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機械壓力機滑塊行程角度

發布時間:2014-03-06 00:06:08　作者: 信息來源:

機械壓力機的滑塊運行一個周期為360°，在此過程中電氣自動化控制程序需要預設與采集二十組以上的角度信號用以協調沖壓過程中各相關部件、相關設備的動作，以保障機械壓力機的正常運行。這些角度信號主要包括滑塊行程上下死點角度范圍、微動行程上下死點角度范圍、計數器工作角度、滑塊超越故障判定角度、防止再行程保護角度、緊急停止閥工作角度、噸位計使能角度、前后安全光幕保護角度、氣墊閉鎖使能角度、各個自動化氣閥的激活角度、壓機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的準確性與可靠性對壓力機來說是至關重要的。

　　機械壓力機滑塊運行角度信號的采集與控制裝置主要由角度信號采集控制元件與可編程控制器（PLC）組合而成的。角度信號采集控制元件主要有機械凸輪開關、電子凸輪、SSI接口絕對值編碼器、網絡接口絕對值編碼器等。下面將詳細的敘述在機械壓力機中角度信號采集控制元件的應用。

　　1 機械凸輪開關

　　機械凸輪開關在電子凸輪、編碼器技術發展成熟前是使用最廣泛的機械壓力機滑塊角度信號控制元件。雖然當今各種簡單易用功能強大的編碼器大量出現，但機械凸輪開關仍然是不可或缺的部件之一，為保證壓機運行的安全可靠性而發揮著關鍵的不可替代的作用。

　　1.1機械凸輪開關的應用原理

　　機械凸輪開關的每一個開關點由兩片相互獨立的旋轉偏心凸輪環組成，用來設置開關信號的持續時間（開關開和關的時間）和開關信號的起始位置（0°～360°）。由這些參數組成的設備的程序自動運行，一個或多個機械式或者感應式的開關元件將電氣信號傳給設備控制器。

　　機械凸輪開關按傳感器的類型主要分為機電式與感應式兩種。

　　機電式凸輪開關的傳感器為接觸式限位開關。為了使旋轉凸輪開關的主軸在旋轉的同時，能夠推動所有頂桿，需要一個最小力矩，如果幾個凸輪開關相連接，則各個模塊的扭矩就要相加。當接有齒輪變速裝置而使速度發生變化時，扭矩也要相應同比例上升或下降。機電式凸輪開關結構堅固，多應用于中低速度的設備當中。

　　感應式凸輪開關的傳感器為非接觸式電子接近開關。通過電子開關元件的感應觸發開關工作，當感應式開關元件的感應面檢測到目標圓盤（凸輪環裝置）時，就提供開關功能。兩片獨立的可旋轉的偏心凸輪片（180°）帶有精確的邊緣，可以設定開關點的位置和開關脈沖長度。在工作中無機械磨損，適合應用于高速旋轉的設備中。

　　1.2 機械凸輪開關在機械壓力機中的應用

　　編碼器技術未成熟之前機械凸輪開關在機械壓力機設備中負責滑塊所有角度信號的采集，它將角度信號通過硬線的連接發送給電氣控制系統。但機械凸輪開關的精度偏低，無法實現諸如滑塊在下死點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機械凸輪開關不需要再提供所有的角度信號，而是在機械位置上與編碼器同軸，提供幾個如上死點停車角度、防止再行程保護角度等重要的角度信號，用來保障機械壓力機的安全運行，實現編碼器與機械凸輪開關雙重保護的功能。

　　在使用機械凸輪開關作為雙重保護時需要注意一點，設定的上死點停車角度不能小于機械壓力機單次工作時滑塊最低運行次數的停車角度，否則在最低速度工作的壓力機會無法準確的停在上死點。

　　2 電子凸輪與凸輪模塊結合使用

　　這種方案在編碼器盛行之前應用的比較廣泛，在九十年代的機械壓力機設備中比較常見。電子凸輪與機械凸輪開關的原理類似，需要通過硬線連接送入PLC，具有獨立的角度設置盤，可以便捷的設定凸輪角度信號，PLC識別為數字量信號。電子凸輪的通道數量受限，凸輪角度信號的設定自主性差，應用起來不夠靈活，但相對于機械凸輪開關無論是在靈活性還是精度方面均已經具有了很大的提高。目前編碼器的技術已經成熟起來了，所以這種方案已不再多見，電子凸輪性價比偏低。歐姆龍等一些品牌的產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用功能買單，還有一些常見的產品使用壽命不夠長，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成熟起來后應用非常廣泛，很多不適合使用工業網絡的機械設備都會選擇單圈編碼器與位置控制模塊結合的方式來控制角度。由于位置控制模塊大多自身具有運算處理能力，所以此應用精度較高，雖然在程序中的設定不如支持網絡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械壓力機中的應用。

　　3.1 SM338在機械壓力機中的應用

　　SM338是S7 300系列PLC模塊中應用最早最廣的位置控制模塊，其安全性穩定性均得到了實戰的檢驗，只是SM338的軟件設定內容不夠豐富，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算轉換來完成。SM338需要通過硬線的短接這種方式來對編碼器的旋轉方向進行設定。

　　3.2 FM352在機械壓力機中的應用

　　FM352具有獨立的CPU，通過背板與PLC的CPU之間進行數據交換時運算速度快，精度高，其自身的軟件設定功能很豐富強大，FM352適用于多種位置控制方式。

　　編碼器的類型、正反轉、量程、分辨率等所有參數都可以很方便的在FM352中設定。凸輪信號設定也非常簡單快捷，只需要在起始角度（Start degrees）與結束角度（End degrees）欄目內填上所需角度下載到模塊內即可，相較于SM338省去了很多的程序編寫工作。

　　FM352適應惡劣環境的能力相對于SM338要差一些，對工廠條件要求較高，所以是否選用FM352來作為機械壓力機角度監控解決方案，要根據工廠生產環境而定。

　　4 支持網絡通訊的絕對值編碼器

　　工業控制網絡技術已經非常成熟的今天，支持網絡通訊的絕對值編碼器（以下簡稱網絡編碼器）已經作為了機械壓力機角度控制的首選。網絡編碼器主要應用在DP網與DeviceNet網兩種網絡形式上，這兩種網絡也是機械壓力機使用的主流網絡。

　　當今多家主流工控集團如西門子、AB、歐姆龍等均在控制軟件中對網絡編碼器進行了優化。這使得網絡編碼器的幀數、圈數、分辨率、方向等所有參數均可以非常便捷的設定出來。

　　在Profibus_DP網系統中網絡編碼器的組態設定參數有Count direction（編碼器旋轉方向）、Measuring units per revolution（編碼器單圈分辨率）、Total measuring range（總幀數）。如編碼器為8192×8192分辨率的多圈絕對值編碼器。實際應用中單圈分辨率可以設定為3600，總幀數也設為3600，這樣設定便可以直接得到360.0度的角度信號，省去了程序中的轉換運算等工作；還可以看出單圈與多圈編碼器的界限已經被徹底打破，根據需要設定就可以分別滿足兩種應用。

　　大部分網絡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絡編碼器時不需要編寫大段的角度校驗程序，只要將實測角度值寫入編碼器對應的地址中即可。網絡編碼器的參數In Ch為PLC讀取地址，Out Ch為寫入編碼器的地址。結合觸摸屏的應用可以使機械壓力機的角度校驗變得更加便捷。

　　5 結語

　　機械壓力機滑塊行程角度控制技術的不斷成熟，控制模式的不斷完善的過程是機械凸輪開關、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。新硬件的出現催生出更加合理更加可靠的新的應用技術。