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机械压力机滑块行程角度

发布时间:2014-03-06 00:06:08　作者: 信息来源:

机械压力机的滑块运行一个周期为360°，在此过程中电气自动化控制程序需要预设与采集二十组以上的角度信号用以协调冲压过程中各相关部件、相关设备的动作，以保障机械压力机的正常运行。这些角度信号主要包括滑块行程上下死点角度范围、微动行程上下死点角度范围、计数器工作角度、滑块超越故障判定角度、防止再行程保护角度、紧急停止阀工作角度、吨位计使能角度、前后安全光幕保护角度、气垫闭锁使能角度、各个自动化气阀的激活角度、压机不同速度的停车角度、取料送料角度等。从而可以看出滑块行程角度信号的准确性与可靠性对压力机来说是至关重要的。

　　机械压力机滑块运行角度信号的采集与控制装置主要由角度信号采集控制元件与可编程控制器（PLC）组合而成的。角度信号采集控制元件主要有机械凸轮开关、电子凸轮、SSI接口绝对值编码器、网络接口绝对值编码器等。下面将详细的叙述在机械压力机中角度信号采集控制元件的应用。

　　1 机械凸轮开关

　　机械凸轮开关在电子凸轮、编码器技术发展成熟前是使用最广泛的机械压力机滑块角度信号控制元件。虽然当今各种简单易用功能强大的编码器大量出现，但机械凸轮开关仍然是不可或缺的部件之一，为保证压机运行的安全可靠性而发挥着关键的不可替代的作用。

　　1.1机械凸轮开关的应用原理

　　机械凸轮开关的每一个开关点由两片相互独立的旋转偏心凸轮环组成，用来设置开关信号的持续时间（开关开和关的时间）和开关信号的起始位置（0°～360°）。由这些参数组成的设备的程序自动运行，一个或多个机械式或者感应式的开关元件将电气信号传给设备控制器。

　　机械凸轮开关按传感器的类型主要分为机电式与感应式两种。

　　机电式凸轮开关的传感器为接触式限位开关。为了使旋转凸轮开关的主轴在旋转的同时，能够推动所有顶杆，需要一个最小力矩，如果几个凸轮开关相连接，则各个模块的扭矩就要相加。当接有齿轮变速装置而使速度发生变化时，扭矩也要相应同比例上升或下降。机电式凸轮开关结构坚固，多应用于中低速度的设备当中。

　　感应式凸轮开关的传感器为非接触式电子接近开关。通过电子开关元件的感应触发开关工作，当感应式开关元件的感应面检测到目标圆盘（凸轮环装置）时，就提供开关功能。两片独立的可旋转的偏心凸轮片（180°）带有精确的边缘，可以设定开关点的位置和开关脉冲长度。在工作中无机械磨损，适合应用于高速旋转的设备中。

　　1.2 机械凸轮开关在机械压力机中的应用

　　编码器技术未成熟之前机械凸轮开关在机械压力机设备中负责滑块所有角度信号的采集，它将角度信号通过硬线的连接发送给电气控制系统。但机械凸轮开关的精度偏低，无法实现诸如滑块在下死点停车等精度要求非常高的功能。随着各种高精度编码器的出现机械凸轮开关不需要再提供所有的角度信号，而是在机械位置上与编码器同轴，提供几个如上死点停车角度、防止再行程保护角度等重要的角度信号，用来保障机械压力机的安全运行，实现编码器与机械凸轮开关双重保护的功能。

　　在使用机械凸轮开关作为双重保护时需要注意一点，设定的上死点停车角度不能小于机械压力机单次工作时滑块最低运行次数的停车角度，否则在最低速度工作的压力机会无法准确的停在上死点。

　　2 电子凸轮与凸轮模块结合使用

　　这种方案在编码器盛行之前应用的比较广泛，在九十年代的机械压力机设备中比较常见。电子凸轮与机械凸轮开关的原理类似，需要通过硬线连接送入PLC，具有独立的角度设置盘，可以便捷的设定凸轮角度信号，PLC识别为数字量信号。电子凸轮的通道数量受限，凸轮角度信号的设定自主性差，应用起来不够灵活，但相对于机械凸轮开关无论是在灵活性还是精度方面均已经具有了很大的提高。目前编码器的技术已经成熟起来了，所以这种方案已不再多见，电子凸轮性价比偏低。欧姆龙等一些品牌的产品使用起来非常可靠，但是附加的功能过多，用户需要为不需要的应用功能买单，还有一些常见的产品使用寿命不够长，维修更换比较麻烦。

　　3 单圈绝对值编码器通过硬线连接到位置控制模块（SM338、FM352、FM452等）

　　这种方案在编码器技术成熟起来后应用非常广泛，很多不适合使用工业网络的机械设备都会选择单圈编码器与位置控制模块结合的方式来控制角度。由于位置控制模块大多自身具有运算处理能力，所以此应用精度较高，虽然在程序中的设定不如支持网络的编码器那样灵活便捷，但是可靠性非常高。

　　下面用西门子的常见的两种位置模块（SM338、FM352）来举例说明单圈绝对值编码器通过硬线连接到位置控制模块在机械压力机中的应用。

　　3.1 SM338在机械压力机中的应用

　　SM338是S7 300系列PLC模块中应用最早最广的位置控制模块，其安全性稳定性均得到了实战的检验，只是SM338的软件设定内容不够丰富，只能单纯的读出编码器的脉冲值，剩下的工作均需要通过在程序中运算转换来完成。SM338需要通过硬线的短接这种方式来对编码器的旋转方向进行设定。

　　3.2 FM352在机械压力机中的应用

　　FM352具有独立的CPU，通过背板与PLC的CPU之间进行数据交换时运算速度快，精度高，其自身的软件设定功能很丰富强大，FM352适用于多种位置控制方式。

　　编码器的类型、正反转、量程、分辨率等所有参数都可以很方便的在FM352中设定。凸轮信号设定也非常简单快捷，只需要在起始角度（Start degrees）与结束角度（End degrees）栏目内填上所需角度下载到模块内即可，相较于SM338省去了很多的程序编写工作。

　　FM352适应恶劣环境的能力相对于SM338要差一些，对工厂条件要求较高，所以是否选用FM352来作为机械压力机角度监控解决方案，要根据工厂生产环境而定。

　　4 支持网络通讯的绝对值编码器

　　工业控制网络技术已经非常成熟的今天，支持网络通讯的绝对值编码器（以下简称网络编码器）已经作为了机械压力机角度控制的首选。网络编码器主要应用在DP网与DeviceNet网两种网络形式上，这两种网络也是机械压力机使用的主流网络。

　　当今多家主流工控集团如西门子、AB、欧姆龙等均在控制软件中对网络编码器进行了优化。这使得网络编码器的帧数、圈数、分辨率、方向等所有参数均可以非常便捷的设定出来。

　　在Profibus_DP网系统中网络编码器的组态设定参数有Count direction（编码器旋转方向）、Measuring units per revolution（编码器单圈分辨率）、Total measuring range（总帧数）。如编码器为8192×8192分辨率的多圈绝对值编码器。实际应用中单圈分辨率可以设定为3600，总帧数也设为3600，这样设定便可以直接得到360.0度的角度信号，省去了程序中的转换运算等工作；还可以看出单圈与多圈编码器的界限已经被彻底打破，根据需要设定就可以分别满足两种应用。

　　大部分网络编码器还具有输入功能，此功能可以提供角度写入这一重要功能，这就意味着在使用此种网络编码器时不需要编写大段的角度校验程序，只要将实测角度值写入编码器对应的地址中即可。网络编码器的参数In Ch为PLC读取地址，Out Ch为写入编码器的地址。结合触摸屏的应用可以使机械压力机的角度校验变得更加便捷。

　　5 结语

　　机械压力机滑块行程角度控制技术的不断成熟，控制模式的不断完善的过程是机械凸轮开关、电子凸轮到各种类型编码器等角度控制元件不断推陈出新的过程。新硬件的出现催生出更加合理更加可靠的新的应用技术。