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機(jī)械壓力機(jī)滑塊行程角度

發(fā)布時(shí)間:2014-03-06 00:06:08　作者: 信息來源:

 機(jī)械壓力機(jī)的滑塊運(yùn)行一個(gè)周期為360°，在此過程中電氣自動(dòng)化控制程序需要預(yù)設(shè)與采集二十組以上的角度信號(hào)用以協(xié)調(diào)沖壓過程中各相關(guān)部件、相關(guān)設(shè)備的動(dòng)作，以保障機(jī)械壓力機(jī)的正常運(yùn)行。這些角度信號(hào)主要包括滑塊行程上下死點(diǎn)角度范圍、微動(dòng)行程上下死點(diǎn)角度范圍、計(jì)數(shù)器工作角度、滑塊超越故障判定角度、防止再行程保護(hù)角度、緊急停止閥工作角度、噸位計(jì)使能角度、前后安全光幕保護(hù)角度、氣墊閉鎖使能角度、各個(gè)自動(dòng)化氣閥的激活角度、壓機(jī)不同速度的停車角度、取料送料角度等。從而可以看出滑塊行程角度信號(hào)的準(zhǔn)確性與可靠性對壓力機(jī)來說是至關(guān)重要的。 

　　機(jī)械壓力機(jī)滑塊運(yùn)行角度信號(hào)的采集與控制裝置主要由角度信號(hào)采集控制元件與可編程控制器（PLC）組合而成的。角度信號(hào)采集控制元件主要有機(jī)械凸輪開關(guān)、電子凸輪、SSI接口絕對值編碼器、網(wǎng)絡(luò)接口絕對值編碼器等。下面將詳細(xì)的敘述在機(jī)械壓力機(jī)中角度信號(hào)采集控制元件的應(yīng)用。 
　　1 機(jī)械凸輪開關(guān) 
　　機(jī)械凸輪開關(guān)在電子凸輪、編碼器技術(shù)發(fā)展成熟前是使用最廣泛的機(jī)械壓力機(jī)滑塊角度信號(hào)控制元件。雖然當(dāng)今各種簡單易用功能強(qiáng)大的編碼器大量出現(xiàn)，但機(jī)械凸輪開關(guān)仍然是不可或缺的部件之一，為保證壓機(jī)運(yùn)行的安全可靠性而發(fā)揮著關(guān)鍵的不可替代的作用。 
　　1.1機(jī)械凸輪開關(guān)的應(yīng)用原理 
　　機(jī)械凸輪開關(guān)的每一個(gè)開關(guān)點(diǎn)由兩片相互獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)偏心凸輪環(huán)組成，用來設(shè)置開關(guān)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間（開關(guān)開和關(guān)的時(shí)間）和開關(guān)信號(hào)的起始位置（0°～360°）。由這些參數(shù)組成的設(shè)備的程序自動(dòng)運(yùn)行，一個(gè)或多個(gè)機(jī)械式或者感應(yīng)式的開關(guān)元件將電氣信號(hào)傳給設(shè)備控制器。 
　　機(jī)械凸輪開關(guān)按傳感器的類型主要分為機(jī)電式與感應(yīng)式兩種。 
　　機(jī)電式凸輪開關(guān)的傳感器為接觸式限位開關(guān)。為了使旋轉(zhuǎn)凸輪開關(guān)的主軸在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，能夠推動(dòng)所有頂桿，需要一個(gè)最小力矩，如果幾個(gè)凸輪開關(guān)相連接，則各個(gè)模塊的扭矩就要相加。當(dāng)接有齒輪變速裝置而使速度發(fā)生變化時(shí)，扭矩也要相應(yīng)同比例上升或下降。機(jī)電式凸輪開關(guān)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，多應(yīng)用于中低速度的設(shè)備當(dāng)中。 
　　感應(yīng)式凸輪開關(guān)的傳感器為非接觸式電子接近開關(guān)。通過電子開關(guān)元件的感應(yīng)觸發(fā)開關(guān)工作，當(dāng)感應(yīng)式開關(guān)元件的感應(yīng)面檢測到目標(biāo)圓盤（凸輪環(huán)裝置）時(shí)，就提供開關(guān)功能。兩片獨(dú)立的可旋轉(zhuǎn)的偏心凸輪片（180°）帶有精確的邊緣，可以設(shè)定開關(guān)點(diǎn)的位置和開關(guān)脈沖長度。在工作中無機(jī)械磨損，適合應(yīng)用于高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備中。 
　　1.2 機(jī)械凸輪開關(guān)在機(jī)械壓力機(jī)中的應(yīng)用 
　　編碼器技術(shù)未成熟之前機(jī)械凸輪開關(guān)在機(jī)械壓力機(jī)設(shè)備中負(fù)責(zé)滑塊所有角度信號(hào)的采集，它將角度信號(hào)通過硬線的連接發(fā)送給電氣控制系統(tǒng)。但機(jī)械凸輪開關(guān)的精度偏低，無法實(shí)現(xiàn)諸如滑塊在下死點(diǎn)停車等精度要求非常高的功能。隨著各種高精度編碼器的出現(xiàn)機(jī)械凸輪開關(guān)不需要再提供所有的角度信號(hào)，而是在機(jī)械位置上與編碼器同軸，提供幾個(gè)如上死點(diǎn)停車角度、防止再行程保護(hù)角度等重要的角度信號(hào)，用來保障機(jī)械壓力機(jī)的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)編碼器與機(jī)械凸輪開關(guān)雙重保護(hù)的功能。 
　　在使用機(jī)械凸輪開關(guān)作為雙重保護(hù)時(shí)需要注意一點(diǎn)，設(shè)定的上死點(diǎn)停車角度不能小于機(jī)械壓力機(jī)單次工作時(shí)滑塊最低運(yùn)行次數(shù)的停車角度，否則在最低速度工作的壓力機(jī)會(huì)無法準(zhǔn)確的停在上死點(diǎn)。 
　　 
　　2 電子凸輪與凸輪模塊結(jié)合使用 
　　這種方案在編碼器盛行之前應(yīng)用的比較廣泛，在九十年代的機(jī)械壓力機(jī)設(shè)備中比較常見。電子凸輪與機(jī)械凸輪開關(guān)的原理類似，需要通過硬線連接送入PLC，具有獨(dú)立的角度設(shè)置盤，可以便捷的設(shè)定凸輪角度信號(hào)，PLC識(shí)別為數(shù)字量信號(hào)。電子凸輪的通道數(shù)量受限，凸輪角度信號(hào)的設(shè)定自主性差，應(yīng)用起來不夠靈活，但相對于機(jī)械凸輪開關(guān)無論是在靈活性還是精度方面均已經(jīng)具有了很大的提高。目前編碼器的技術(shù)已經(jīng)成熟起來了，所以這種方案已不再多見，電子凸輪性價(jià)比偏低。歐姆龍等一些品牌的產(chǎn)品使用起來非常可靠，但是附加的功能過多，用戶需要為不需要的應(yīng)用功能買單，還有一些常見的產(chǎn)品使用壽命不夠長，維修更換比較麻煩。 
　　3 單圈絕對值編碼器通過硬線連接到位置控制模塊（SM338、FM352、FM452等） 
　　這種方案在編碼器技術(shù)成熟起來后應(yīng)用非常廣泛，很多不適合使用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械設(shè)備都會(huì)選擇單圈編碼器與位置控制模塊結(jié)合的方式來控制角度。由于位置控制模塊大多自身具有運(yùn)算處理能力，所以此應(yīng)用精度較高，雖然在程序中的設(shè)定不如支持網(wǎng)絡(luò)的編碼器那樣靈活便捷，但是可靠性非常高。 
　　下面用西門子的常見的兩種位置模塊（SM338、FM352）來舉例說明單圈絕對值編碼器通過硬線連接到位置控制模塊在機(jī)械壓力機(jī)中的應(yīng)用。 
　　3.1 SM338在機(jī)械壓力機(jī)中的應(yīng)用 
　　SM338是S7 300系列PLC模塊中應(yīng)用最早最廣的位置控制模塊，其安全性穩(wěn)定性均得到了實(shí)戰(zhàn)的檢驗(yàn)，只是SM338的軟件設(shè)定內(nèi)容不夠豐富，只能單純的讀出編碼器的脈沖值，剩下的工作均需要通過在程序中運(yùn)算轉(zhuǎn)換來完成。SM338需要通過硬線的短接這種方式來對編碼器的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行設(shè)定。 
　　3.2 FM352在機(jī)械壓力機(jī)中的應(yīng)用 
　　FM352具有獨(dú)立的CPU，通過背板與PLC的CPU之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)運(yùn)算速度快，精度高，其自身的軟件設(shè)定功能很豐富強(qiáng)大，F(xiàn)M352適用于多種位置控制方式。 
　　編碼器的類型、正反轉(zhuǎn)、量程、分辨率等所有參數(shù)都可以很方便的在FM352中設(shè)定。凸輪信號(hào)設(shè)定也非常簡單快捷，只需要在起始角度（Start degrees）與結(jié)束角度（End degrees）欄目內(nèi)填上所需角度下載到模塊內(nèi)即可，相較于SM338省去了很多的程序編寫工作。 
　　FM352適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力相對于SM338要差一些，對工廠條件要求較高，所以是否選用FM352來作為機(jī)械壓力機(jī)角度監(jiān)控解決方案，要根據(jù)工廠生產(chǎn)環(huán)境而定。 
　　4 支持網(wǎng)絡(luò)通訊的絕對值編碼器 
　　工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)非常成熟的今天，支持網(wǎng)絡(luò)通訊的絕對值編碼器（以下簡稱網(wǎng)絡(luò)編碼器）已經(jīng)作為了機(jī)械壓力機(jī)角度控制的首選。網(wǎng)絡(luò)編碼器主要應(yīng)用在DP網(wǎng)與DeviceNet網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)形式上，這兩種網(wǎng)絡(luò)也是機(jī)械壓力機(jī)使用的主流網(wǎng)絡(luò)。 
　　當(dāng)今多家主流工控集團(tuán)如西門子、AB、歐姆龍等均在控制軟件中對網(wǎng)絡(luò)編碼器進(jìn)行了優(yōu)化。這使得網(wǎng)絡(luò)編碼器的幀數(shù)、圈數(shù)、分辨率、方向等所有參數(shù)均可以非常便捷的設(shè)定出來。 
　　在Profibus_DP網(wǎng)系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)編碼器的組態(tài)設(shè)定參數(shù)有Count direction（編碼器旋轉(zhuǎn)方向）、Measuring units per revolution（編碼器單圈分辨率）、Total measuring range（總幀數(shù)）。如編碼器為8192×8192分辨率的多圈絕對值編碼器。實(shí)際應(yīng)用中單圈分辨率可以設(shè)定為3600，總幀數(shù)也設(shè)為3600，這樣設(shè)定便可以直接得到360.0度的角度信號(hào)，省去了程序中的轉(zhuǎn)換運(yùn)算等工作；還可以看出單圈與多圈編碼器的界限已經(jīng)被徹底打破，根據(jù)需要設(shè)定就可以分別滿足兩種應(yīng)用。 
　　大部分網(wǎng)絡(luò)編碼器還具有輸入功能，此功能可以提供角度寫入這一重要功能，這就意味著在使用此種網(wǎng)絡(luò)編碼器時(shí)不需要編寫大段的角度校驗(yàn)程序，只要將實(shí)測角度值寫入編碼器對應(yīng)的地址中即可。網(wǎng)絡(luò)編碼器的參數(shù)In Ch為PLC讀取地址，Out Ch為寫入編碼器的地址。結(jié)合觸摸屏的應(yīng)用可以使機(jī)械壓力機(jī)的角度校驗(yàn)變得更加便捷。 
　　5 結(jié)語 
　　機(jī)械壓力機(jī)滑塊行程角度控制技術(shù)的不斷成熟，控制模式的不斷完善的過程是機(jī)械凸輪開關(guān)、電子凸輪到各種類型編碼器等角度控制元件不斷推陳出新的過程。新硬件的出現(xiàn)催生出更加合理更加可靠的新的應(yīng)用技術(shù)。