專利名稱：一種電動螺旋壓力機控制系統及控制方法
技術領域：
本發明涉及電動螺旋壓力機技術領域，具體涉及一種電動螺旋壓力機控制系統及控制方法。
背景技術：
電動螺旋壓力機是一種新型螺旋壓力機，廣泛應用于鍛壓成型行業中，主運動電機頻繁正反轉，通過飛輪和螺桿、螺母帶動滑塊往返運動，由于電動螺旋壓力機具有節能性好、啟動電流小、調速性好、運轉效率高、噪音低的特點，所以普及率有逐年提高的趨勢。國內現有主流電動螺旋壓力機電氣系統普遍的主電機，不管是永磁同步電機，還是開關磁阻電機或者交流伺服電機，在電機軸端都裝有軸端位置傳感器，將采集的電氣信號反饋回電機驅動器，該軸端位置傳感器有以下作用1.如果為同步機，電機軸端位置傳感器是支持電機本身正常運轉的部件，如通用的永磁同步電機和開關磁阻同步電機。2.如果為異步機，電機軸端位置傳感器是閉環矢量控制的必備條件，可以提高電機的運轉性能，如交流異步伺服電機。3.利用這個電機軸端位置傳感器來間接測量飛輪轉速。目前公知的控制策略是當電動螺旋壓力機打擊開始，PLC發出啟動命令到電機驅動器，主電機按照預設的速度和加速曲線帶動飛輪加速，經螺桿螺母使滑塊下滑，當行進到下端位置撞擊工件后，電機速度為“0”，電機迅速反轉拖動滑塊返回到上端位置，完成一個打擊周期。現行方案主要缺點1.經過幾年在鍛壓行業的推廣應用，發現因主電動機轉速較高，電動螺旋壓力機打擊瞬間震動大，非常容易出現軸端位置傳感器和電機軸之間的連接問題；軸端位置傳感器因為溫度或震動造成電子元件問題，從而出現停機現象；如果軸端位置傳感器兼具定位功能，那么還會引發設備事故的后果。2.電動螺旋壓力機是一種定能量的設備，飛輪能量是否釋放完畢是通過檢測飛輪轉速是否為“O”作為滑塊回升的條件，原來控制方式是通過與飛輪相連接的主電動機的軸端位置傳感器反饋回電機驅動器，當電動機和飛輪之間采用離合器或皮帶等緩沖裝置連接，一定會出現當飛輪和滑塊因為鍛件的阻力快速停止，但主電動機因為電機轉子和小皮帶輪(小齒輪)本身具有的運轉慣量不會同步停止，電動機反轉響應變慢造成滑塊回升時間延長，相應造成了鍛件在模具時間相應加長，縮短了模具使用壽命。

發明內容
本發明的目的在于提供一種電動螺旋壓力機控制系統及控制方法，旨在解決現有技術下的電動螺旋壓力機的主電動機的軸端位置端傳感器容易出現連接失效造成停機，甚至引發設備事故的后果，以及由于采用主電動機的軸端位置傳感器進行信號反饋控制主電動機的正反轉會導致主電動機反轉響應變慢從而造成滑塊回升時間延長，致使鍛件在模具時間相應加長，縮短了模具的使用壽命的問題。本發明是這樣實現的，一種電動螺旋壓力機控制系統，包括驅動電動螺旋壓力機內的滑塊上下直線運動的主電動機，控制所述主電動機運轉的PLC控制器及電機驅動器，與所述PLC控制器連接的用于設定與采集數據的上位機；還包括用于檢測所述滑塊的當前坐標位置的滑塊位置檢測裝置；所述滑塊位置檢測裝置經模擬量模塊連接所述PLC控制器；所述電機驅動器經數據總線和開關量信號連接所述PLC控制器；所述主電動機未安裝軸端位置傳感器。本發明的目的還在于提供一種電動螺旋壓力機的控制方法，啟動后，由所述PLC控制器輸出控制指令到所述電機驅動器，驅動所述主電動機旋轉帶動所述滑塊自預設停機坐標位置向下運動進行工件打擊，所述滑塊位置檢測裝置檢測所述滑塊的當前坐標位置、輸出模擬量反饋信號到所述模擬量模塊送至所述PLC控制器，由所述PLC控制器根據該模擬量反饋信號及對應的采集時間，確定所述滑塊在一定時間段內的位移量，并據此計算所述滑塊的即時運行速度，當計算的即時運行速度為“O”時，控制所述主電動機反轉向上反拉所述滑塊到所述預設停機坐標位置停機，完成一次打擊。本發明通過采用滑塊位置檢測裝置檢測滑塊的當前坐標位置，反饋到控制主電動機運轉的PLC控制器而實現對主電動機狀態轉換的控制，由于沒有了電機軸端位置傳感器，沒有利用電機軸端位置傳感器去控制電動螺旋壓力機打擊狀態的轉換，因而消除了因軸端位置傳感器失靈造成的停機現象，提高了電動螺旋壓力機整體使用可靠性，同時也有效地克服了現有技術下采用主電動機的軸端位置傳感器進行信號反饋控制主電動機的正反轉會導致主電動機反轉響應變慢從而造成滑塊回升時間延長，致使鍛件在模具時間相應加長，縮短了模具的使用壽命的問題，從而有效延長了模具的使用壽命。


圖1是所示為本發明實施例提供的電動螺旋壓力機控制系統的結構示意 圖中1、上位機，2、PLC控制器，3、模擬量模塊，4、數字量模塊5、電源，6、電機驅動器，7、主電動機，8、滑塊位置檢測裝置，9、連接機構，10、滑塊，11、螺母，12、螺桿，13、止推軸承，14、飛輪，15、齒輪，16、動力電纜。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明進行進一步詳細說明。參見圖1所示，該圖示出了本發明實施例提供的一種電動螺旋壓力機控制系統的結構，為了便于說明，僅示出了與本發明實施例相關的部分。如圖1所示，一種電動螺旋壓力機控制系統，包括驅動電動螺旋壓力機的滑塊10上下直線運動的主電動機7，控制所述主電動機7運轉的PLC控制器2及通過動力電纜16連接主電動機7的電機驅動器6，與所述PLC控制器2連接的用于設定與采集數據的上位機I ;還包括用于檢測所述滑塊10的當前坐標位置的滑塊位置檢測裝置8 ;所述滑塊位置檢測裝置8經模擬量模塊3連接所述PLC控制器2 ;所述電機驅動器6經數據總線和開關量信號連接所述PLC控制器2 ;所述主電動機7未安裝軸端位置傳感器。所述電機驅動器6根據作為系統控制中樞的PLC控制器2輸出的相關參數，控制所述的主電動機7的運轉狀態(正轉或反轉)，對所述的主電動機7的運行狀態進行監控，通過通訊數據的交互向PLC控制器2反映自己當前的運行狀態。所述的滑塊位置檢測裝置8的反饋信號通過PLC控制器2運算后得出滑塊10當前運行速度，其反饋到所述的模擬量模塊3的反饋信號是4-20ma，即行程為O時，輸出4ma，最大行程時輸出20ma。所述主電動機7的輸出軸通過齒輪15或皮帶連接飛輪14，所述的飛輪14經穿過止推軸承13的螺桿12、螺母11連接所述滑 塊10。具體的，所述飛輪14連接所述螺桿12的上端，所述螺桿12的下端經所述的螺母11連接所述滑塊10，所述主電動機7旋轉通過所述螺桿12和所述滑塊10內的所述螺母11轉化為所述滑塊10上下直線運動，來做功打擊工件。所述的滑塊位置檢測裝置8安裝于電動螺旋壓力機的機身上，通過連接機構9與所述滑塊10連接。較優的，選擇安裝在電動螺旋壓力機的機身上震動較小，易于維護之處，且所述的滑塊定位測速置本體具有故障自檢功能。所述的滑塊位置檢測裝置8采用磁致伸縮傳感器。所述主電動機7采用永磁同步電動機。所述的上位機I作為人機對話的窗口，通過它可輸入電動螺旋壓力機所需工藝參數及數據，了解電動螺旋壓力機的運行情況，本發明實施例中，所述的上位機為工控機或HMI人機界面。本發明所述的電動螺旋壓力機的控制方法是，啟動后，由所述PLC控制器輸出控制指令到所述電機驅動器，驅動所述主電動機按照預設速度值和加速曲線旋轉通過帶動飛輪加速，經螺桿、螺母而帶動所述滑塊自預設停機坐標位置，開始下沖，向下運動進行工件打擊，所述滑塊位置檢測裝置實時檢測所述滑塊的當前坐標位置、輸出模擬量反饋信號到經所述模擬量模塊送至所述PLC控制器，由所述PLC控制器根據該模擬量反饋信號及對應的采集時間，確定所述滑塊在一定時間段內的位移量，并據此計算所述滑塊的即時運行速度，當計算的即時運行速度為“O”時，控制所述主電動機反轉向上反拉所述滑塊到所述預設停機坐標位置停機，完成一次打擊。下面，以西門子EM231模擬量模塊為例對本發明的控制策略及方法進行說明，該模擬量模塊單極性滿量程數字表達為0 32000，模擬量電流程量是0 20暈安,每暈安對應的數字量是32000 + 20=1600 ;磁滯伸縮傳感器反饋信號是4_20ma，所以在PLC控制器的數據區對應數字量是640(Γ32000，即數值6400代表坐標原點，32000代表磁致伸縮傳感器最大測量長度L，磁滯伸縮傳感器每單位長度變化對應的數字量是32000-6400/L=25600/L。PLC控制器對滑塊位置檢測裝置返回的模擬量信號按時間段不停監控；設PLC控制器在時間點^得到的反饋量是Xma，PLC控制器內部相應數據區數字化后坐標數據是[1600X (X-4) ] +25600/L ;時間點t2得到的反饋量是Yma，對應的PLC控制器的數字化坐標數據是[1600 X (Y-4) ] +25600/L。通過公式([1600X (X -4)] +25600/L_[1600X (Y-4) ] +25600/L } + (t2-t)，即可得出滑塊的即時運動速度Vi，當Vi=O或者在一個認可范圍數據“O”時，控制主電動機反轉而反拉滑塊上行，到達一個預先設定的停機坐標位置P，主電動機制動，結束一個打擊過程。由于滑塊位置檢測裝置運動速度比較主電動機旋轉運動低得多，且磁致伸縮傳感器的滑動部分和固定部分之間通過磁場耦合，沒有機械接觸，加之所處位置震動較小，所以整個電動螺旋壓力機運行可靠性得以提高，同時減少悶模時間，提高模具壽命。本發明通過采用滑塊位置檢測裝置檢測滑塊的當前坐標位置，反饋到控制主電動機運轉的PLC控制器而實現對主電動機狀態轉換的控制，因而，該控制系統除保留原有電動螺旋壓力機電氣控制系統具有的節能性好、啟動力矩大、啟動電流小、調速性好、運轉效率高、噪音低、響應性好的特點外，由于沒有了電機軸端位置傳感器，沒有利用電機軸端位置傳感器去控制電動螺旋壓力機打擊狀態的轉換，因而消除了因軸端位置傳感器失靈造成的停機現象，提高了電動螺旋壓力機整體使用可靠性，同時也有效地克服了目前采用主電動機的軸端位置傳感器進行信號反饋控制主電動機的正反轉會導致主電動機反轉響應變慢從而造成滑塊回升時間延長，致使鍛件在模具時間相應加長，縮短了模具的使用壽命的問題，從而有效延長了模具的使用壽命。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種電動螺旋壓力機控制系統，包括驅動電動螺旋壓力機內的滑塊上下直線運動的主電動機，控制所述主電動機運轉的PLC控制器及電機驅動器，與所述PLC控制器連接的用于設定與采集數據的上位機；其特征在于，還包括用于檢測所述滑塊的當前坐標位置的滑塊位置檢測裝置；所述滑塊位置檢測裝置經模擬量模塊連接所述PLC控制器；所述電機驅動器經數據總線和開關量信號連接所述PLC控制器；所述主電動機未安裝軸端位置傳感器。
2.根據權利要求1所述的電動螺旋壓力機控制系統，其特征在于，所述主電動機的輸出軸通過齒輪或皮帶連接飛輪，所述飛輪經螺桿、螺母連接所述滑塊。
3.根據權利要求1所述的電動螺旋壓力機控制系統，其特征在于，所述的滑塊位置檢測裝置與所述滑塊連接。
4.根據權利要求1或3所述的電動螺旋壓力機控制系統，其特征在于，所述的滑塊位置檢測裝置采用磁致伸縮傳感器。
5.根據權利要求1或2所述的電動螺旋壓力機控制系統，其特征在于，所述主電動機采用永磁同步電動機。
6.根據權利要求1所述的電動螺旋壓力機控制系統，其特征在于，所述的上位機為工控機或HMI人機界面。
7.一種電動螺旋壓力機的控制方法，其特征在于，啟動后，由所述PLC控制器輸出控制指令到所述電機驅動器驅動所述主電動機旋轉帶動所述滑塊自預設停機坐標位置向下運動進行工件打擊，所述滑塊位置檢測裝置檢測所述滑塊的當前坐標位置轉換成模擬量反饋信號到經所述模擬量模塊送至所述PLC控制器，由所述PLC控制器根據該模擬量反饋信號及對應的采集時間，確定所述滑塊在一定時間段內的位移量，并據此計算所述滑塊的即時運行速度，當計算的即時運行速度為“O”時，控制所述主電動機反轉向上反拉所述滑塊到所述預設停機坐標位置停機，完成一次打擊。
全文摘要
本發明公開了一種電動螺旋壓力機控制系統及控制方法，所述電動螺旋壓力機控制系統包括驅動電動螺旋壓力機滑塊上下直線運動的未安裝軸端位置傳感器的主電動機，控制所述主電動機運轉的PLC控制器及電機驅動器，與所述PLC控制器連接的用于設定與采集數據的上位機；還包括用于檢測所述滑塊的當前坐標位置的滑塊位置檢測裝置；所述滑塊位置檢測裝置經所述模擬量模塊連接所述PLC控制器；所述電機驅動器經數據總線和開關量信號連接所述PLC控制器。本發明通過滑塊位置檢測裝置檢測滑塊的當前坐標位置，反饋到PLC控制器而實現對主電動機狀態轉換控制，消除了軸端傳感器失靈造成的停機現象，提高了電動螺旋壓力機整體使用可靠性，延長了模具使用壽命。
文檔編號B21J9/20GK103008518SQ201210588700
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者程賢勇, 趙至友, 耿孝富 申請人:青島宏達鍛壓機械有限公司