专利名称：一种电动螺旋压力机控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及电动螺旋压力机技术领域，具体涉及一种电动螺旋压力机控制系统及控制方法。
背景技术：
电动螺旋压力机是一种新型螺旋压力机，广泛应用于锻压成型行业中，主运动电机频繁正反转，通过飞轮和螺杆、螺母带动滑块往返运动，由于电动螺旋压力机具有节能性好、启动电流小、调速性好、运转效率高、噪音低的特点，所以普及率有逐年提高的趋势。国内现有主流电动螺旋压力机电气系统普遍的主电机，不管是永磁同步电机，还是开关磁阻电机或者交流伺服电机，在电机轴端都装有轴端位置传感器，将采集的电气信号反馈回电机驱动器，该轴端位置传感器有以下作用1.如果为同步机，电机轴端位置传感器是支持电机本身正常运转的部件，如通用的永磁同步电机和开关磁阻同步电机。2.如果为异步机，电机轴端位置传感器是闭环矢量控制的必备条件，可以提高电机的运转性能，如交流异步伺服电机。3.利用这个电机轴端位置传感器来间接测量飞轮转速。目前公知的控制策略是当电动螺旋压力机打击开始，PLC发出启动命令到电机驱动器，主电机按照预设的速度和加速曲线带动飞轮加速，经螺杆螺母使滑块下滑，当行进到下端位置撞击工件后，电机速度为“0”，电机迅速反转拖动滑块返回到上端位置，完成一个打击周期。现行方案主要缺点1.经过几年在锻压行业的推广应用，发现因主电动机转速较高，电动螺旋压力机打击瞬间震动大，非常容易出现轴端位置传感器和电机轴之间的连接问题；轴端位置传感器因为温度或震动造成电子元件问题，从而出现停机现象；如果轴端位置传感器兼具定位功能，那么还会引发设备事故的后果。2.电动螺旋压力机是一种定能量的设备，飞轮能量是否释放完毕是通过检测飞轮转速是否为“O”作为滑块回升的条件，原来控制方式是通过与飞轮相连接的主电动机的轴端位置传感器反馈回电机驱动器，当电动机和飞轮之间采用离合器或皮带等缓冲装置连接，一定会出现当飞轮和滑块因为锻件的阻力快速停止，但主电动机因为电机转子和小皮带轮(小齿轮)本身具有的运转惯量不会同步停止，电动机反转响应变慢造成滑块回升时间延长，相应造成了锻件在模具时间相应加长，缩短了模具使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动螺旋压力机控制系统及控制方法，旨在解决现有技术下的电动螺旋压力机的主电动机的轴端位置端传感器容易出现连接失效造成停机，甚至引发设备事故的后果，以及由于采用主电动机的轴端位置传感器进行信号反馈控制主电动机的正反转会导致主电动机反转响应变慢从而造成滑块回升时间延长，致使锻件在模具时间相应加长，缩短了模具的使用寿命的问题。本发明是这样实现的，一种电动螺旋压力机控制系统，包括驱动电动螺旋压力机内的滑块上下直线运动的主电动机，控制所述主电动机运转的PLC控制器及电机驱动器，与所述PLC控制器连接的用于设定与采集数据的上位机；还包括用于检测所述滑块的当前坐标位置的滑块位置检测装置；所述滑块位置检测装置经模拟量模块连接所述PLC控制器；所述电机驱动器经数据总线和开关量信号连接所述PLC控制器；所述主电动机未安装轴端位置传感器。本发明的目的还在于提供一种电动螺旋压力机的控制方法，启动后，由所述PLC控制器输出控制指令到所述电机驱动器，驱动所述主电动机旋转带动所述滑块自预设停机坐标位置向下运动进行工件打击，所述滑块位置检测装置检测所述滑块的当前坐标位置、输出模拟量反馈信号到所述模拟量模块送至所述PLC控制器，由所述PLC控制器根据该模拟量反馈信号及对应的采集时间，确定所述滑块在一定时间段内的位移量，并据此计算所述滑块的即时运行速度，当计算的即时运行速度为“O”时，控制所述主电动机反转向上反拉所述滑块到所述预设停机坐标位置停机，完成一次打击。本发明通过采用滑块位置检测装置检测滑块的当前坐标位置，反馈到控制主电动机运转的PLC控制器而实现对主电动机状态转换的控制，由于没有了电机轴端位置传感器，没有利用电机轴端位置传感器去控制电动螺旋压力机打击状态的转换，因而消除了因轴端位置传感器失灵造成的停机现象，提高了电动螺旋压力机整体使用可靠性，同时也有效地克服了现有技术下采用主电动机的轴端位置传感器进行信号反馈控制主电动机的正反转会导致主电动机反转响应变慢从而造成滑块回升时间延长，致使锻件在模具时间相应加长，缩短了模具的使用寿命的问题，从而有效延长了模具的使用寿命。
图1是所示为本发明实施例提供的电动螺旋压力机控制系统的结构示意 图中1、上位机，2、PLC控制器，3、模拟量模块，4、数字量模块5、电源，6、电机驱动器，7、主电动机，8、滑块位置检测装置，9、连接机构，10、滑块，11、螺母，12、螺杆，13、止推轴承，14、飞轮，15、齿轮，16、动力电缆。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。参见图1所示，该图示出了本发明实施例提供的一种电动螺旋压力机控制系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。如图1所示，一种电动螺旋压力机控制系统，包括驱动电动螺旋压力机的滑块10上下直线运动的主电动机7，控制所述主电动机7运转的PLC控制器2及通过动力电缆16连接主电动机7的电机驱动器6，与所述PLC控制器2连接的用于设定与采集数据的上位机I ;还包括用于检测所述滑块10的当前坐标位置的滑块位置检测装置8 ;所述滑块位置检测装置8经模拟量模块3连接所述PLC控制器2 ;所述电机驱动器6经数据总线和开关量信号连接所述PLC控制器2 ;所述主电动机7未安装轴端位置传感器。所述电机驱动器6根据作为系统控制中枢的PLC控制器2输出的相关参数，控制所述的主电动机7的运转状态(正转或反转)，对所述的主电动机7的运行状态进行监控，通过通讯数据的交互向PLC控制器2反映自己当前的运行状态。所述的滑块位置检测装置8的反馈信号通过PLC控制器2运算后得出滑块10当前运行速度，其反馈到所述的模拟量模块3的反馈信号是4-20ma，即行程为O时，输出4ma，最大行程时输出20ma。所述主电动机7的输出轴通过齿轮15或皮带连接飞轮14，所述的飞轮14经穿过止推轴承13的螺杆12、螺母11连接所述滑 块10。具体的，所述飞轮14连接所述螺杆12的上端，所述螺杆12的下端经所述的螺母11连接所述滑块10，所述主电动机7旋转通过所述螺杆12和所述滑块10内的所述螺母11转化为所述滑块10上下直线运动，来做功打击工件。所述的滑块位置检测装置8安装于电动螺旋压力机的机身上，通过连接机构9与所述滑块10连接。较优的，选择安装在电动螺旋压力机的机身上震动较小，易于维护之处，且所述的滑块定位测速置本体具有故障自检功能。所述的滑块位置检测装置8采用磁致伸缩传感器。所述主电动机7采用永磁同步电动机。所述的上位机I作为人机对话的窗口，通过它可输入电动螺旋压力机所需工艺参数及数据，了解电动螺旋压力机的运行情况，本发明实施例中，所述的上位机为工控机或HMI人机界面。本发明所述的电动螺旋压力机的控制方法是，启动后，由所述PLC控制器输出控制指令到所述电机驱动器，驱动所述主电动机按照预设速度值和加速曲线旋转通过带动飞轮加速，经螺杆、螺母而带动所述滑块自预设停机坐标位置，开始下冲，向下运动进行工件打击，所述滑块位置检测装置实时检测所述滑块的当前坐标位置、输出模拟量反馈信号到经所述模拟量模块送至所述PLC控制器，由所述PLC控制器根据该模拟量反馈信号及对应的采集时间，确定所述滑块在一定时间段内的位移量，并据此计算所述滑块的即时运行速度，当计算的即时运行速度为“O”时，控制所述主电动机反转向上反拉所述滑块到所述预设停机坐标位置停机，完成一次打击。下面，以西门子EM231模拟量模块为例对本发明的控制策略及方法进行说明，该模拟量模块单极性满量程数字表达为0 32000，模拟量电流程量是0 20晕安,每晕安对应的数字量是32000 + 20=1600 ;磁滞伸缩传感器反馈信号是4_20ma，所以在PLC控制器的数据区对应数字量是640(Γ32000，即数值6400代表坐标原点，32000代表磁致伸缩传感器最大测量长度L，磁滞伸缩传感器每单位长度变化对应的数字量是32000-6400/L=25600/L。PLC控制器对滑块位置检测装置返回的模拟量信号按时间段不停监控；设PLC控制器在时间点^得到的反馈量是Xma，PLC控制器内部相应数据区数字化后坐标数据是[1600X (X-4) ] +25600/L ;时间点t2得到的反馈量是Yma，对应的PLC控制器的数字化坐标数据是[1600 X (Y-4) ] +25600/L。通过公式([1600X (X -4)] +25600/L_[1600X (Y-4) ] +25600/L } + (t2-t)，即可得出滑块的即时运动速度Vi，当Vi=O或者在一个认可范围数据“O”时，控制主电动机反转而反拉滑块上行，到达一个预先设定的停机坐标位置P，主电动机制动，结束一个打击过程。由于滑块位置检测装置运动速度比较主电动机旋转运动低得多，且磁致伸缩传感器的滑动部分和固定部分之间通过磁场耦合，没有机械接触，加之所处位置震动较小，所以整个电动螺旋压力机运行可靠性得以提高，同时减少闷模时间，提高模具寿命。本发明通过采用滑块位置检测装置检测滑块的当前坐标位置，反馈到控制主电动机运转的PLC控制器而实现对主电动机状态转换的控制，因而，该控制系统除保留原有电动螺旋压力机电气控制系统具有的节能性好、启动力矩大、启动电流小、调速性好、运转效率高、噪音低、响应性好的特点外，由于没有了电机轴端位置传感器，没有利用电机轴端位置传感器去控制电动螺旋压力机打击状态的转换，因而消除了因轴端位置传感器失灵造成的停机现象，提高了电动螺旋压力机整体使用可靠性，同时也有效地克服了目前采用主电动机的轴端位置传感器进行信号反馈控制主电动机的正反转会导致主电动机反转响应变慢从而造成滑块回升时间延长，致使锻件在模具时间相应加长，缩短了模具的使用寿命的问题，从而有效延长了模具的使用寿命。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种电动螺旋压力机控制系统，包括驱动电动螺旋压力机内的滑块上下直线运动的主电动机，控制所述主电动机运转的PLC控制器及电机驱动器，与所述PLC控制器连接的用于设定与采集数据的上位机；其特征在于，还包括用于检测所述滑块的当前坐标位置的滑块位置检测装置；所述滑块位置检测装置经模拟量模块连接所述PLC控制器；所述电机驱动器经数据总线和开关量信号连接所述PLC控制器；所述主电动机未安装轴端位置传感器。
2.根据权利要求1所述的电动螺旋压力机控制系统，其特征在于，所述主电动机的输出轴通过齿轮或皮带连接飞轮，所述飞轮经螺杆、螺母连接所述滑块。
3.根据权利要求1所述的电动螺旋压力机控制系统，其特征在于，所述的滑块位置检测装置与所述滑块连接。
4.根据权利要求1或3所述的电动螺旋压力机控制系统，其特征在于，所述的滑块位置检测装置采用磁致伸缩传感器。
5.根据权利要求1或2所述的电动螺旋压力机控制系统，其特征在于，所述主电动机采用永磁同步电动机。
6.根据权利要求1所述的电动螺旋压力机控制系统，其特征在于，所述的上位机为工控机或HMI人机界面。
7.一种电动螺旋压力机的控制方法，其特征在于，启动后，由所述PLC控制器输出控制指令到所述电机驱动器驱动所述主电动机旋转带动所述滑块自预设停机坐标位置向下运动进行工件打击，所述滑块位置检测装置检测所述滑块的当前坐标位置转换成模拟量反馈信号到经所述模拟量模块送至所述PLC控制器，由所述PLC控制器根据该模拟量反馈信号及对应的采集时间，确定所述滑块在一定时间段内的位移量，并据此计算所述滑块的即时运行速度，当计算的即时运行速度为“O”时，控制所述主电动机反转向上反拉所述滑块到所述预设停机坐标位置停机，完成一次打击。
全文摘要
本发明公开了一种电动螺旋压力机控制系统及控制方法，所述电动螺旋压力机控制系统包括驱动电动螺旋压力机滑块上下直线运动的未安装轴端位置传感器的主电动机，控制所述主电动机运转的PLC控制器及电机驱动器，与所述PLC控制器连接的用于设定与采集数据的上位机；还包括用于检测所述滑块的当前坐标位置的滑块位置检测装置；所述滑块位置检测装置经所述模拟量模块连接所述PLC控制器；所述电机驱动器经数据总线和开关量信号连接所述PLC控制器。本发明通过滑块位置检测装置检测滑块的当前坐标位置，反馈到PLC控制器而实现对主电动机状态转换控制，消除了轴端传感器失灵造成的停机现象，提高了电动螺旋压力机整体使用可靠性，延长了模具使用寿命。
文档编号B21J9/20GK103008518SQ201210588700
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者程贤勇, 赵至友, 耿孝富 申请人:青岛宏达锻压机械有限公司