一种大型模锻压机智能调速控制系统及方法

技术领域

本发明属于锻造设备模锻压机电气控制技术领域，具体涉及一种大型模锻压机智能调速控制系统及方法。

背景技术

在大型模锻压机生产中，需要根据锻造过程中压力状态以及模具内型材温度来调整模锻加压速度以便生产出高质量标准的制品。

目前模锻压制过程中调速的方法主要是人工在HMI触摸屏上输入，在实际生产中靠有经验的操作工调整压制速度来渐进式的进行，人工进行调整常会因为因对材料的把握不够严格或误操作而引起压制速度跳跃变化造成制品质量不合格的现象。同时这种方式不仅会占用人力物力增加成本，而且还存在一定的安全隐患。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种大型模锻压机智能调速控制系统及方法。

为实现以上目的，本发明一方面在于提供一种大型模锻压机智能调速控制系统，采用如下技术方案：

一种大型模锻压机智能调速控制系统，包括锻造单元、变量泵控制单元、PLC控制系统、逻辑运动控制器、位移传感器和HMI人机界面；

所述模锻锻造单元包括上模具、下模具、主缸和回程缸，所述主缸和活动梁连接，所述回程缸有两个，分别对称安装在机架框架的垂直中心线上；所述上模具和活动梁连接，所述主缸和回程缸通过管线与液压泵站的供油口连通，所述管线上设有伺服比例阀和压力传感器Ⅰ，所述位移传感器用于时检测和记录锤头当前位置，所述伺服比例阀和位移传感器以及压力传感器Ⅰ均与逻辑运动控制器电信号连接；

所述变量泵控制单元包括多个变量泵，所述变量泵均连接有放大板，所述变量泵均带有泵头阀且分别通过管线与主缸进液口并列连通，每根管线上均设有压力传感器Ⅱ；

所述PLC控制系统包括PLC控制器、数字量输出模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块，所述泵头阀与数字量输出模块电信号连接，所述变量泵的放大板与模拟量输出模块电信号连接，所述压力传感器Ⅱ均与PLC控制系统电信号连接，所述逻辑运动控制器的运行参数与PLC控制器之间进行数据交互；所述HMI人机界面与PLC控制器进行数据交互。

进一步地，所述大型模锻压机智能调速控制系统还包括HMI人机界面，所述HMI人机界面储存有锻造模具压制模型和模锻锻造工艺数据库，所述锻造模具压制模型包括待压制产品的合金元素种类与型材形状的对应关系，所述锻造工艺数据库包括锻造压力和锻造速度。

进一步地，所述PLC控制系统中模拟量输入模块分别将其模拟压力信号转换为数字压力信号并传送给PLC控制器。

进一步地，所述主缸为柱塞缸，所述回程缸为活塞缸。

进一步地，所述位移传感器为磁致伸缩位移传感器，两端分别在固定梁和活动梁上。

进一步地，所述位移传感器以上下模具合模位为零点。

进一步地，变量泵控制单元中各个变量泵以及主缸、回程缸所对应压力传感器Ⅰ反馈信号均为4～20mA电流信号。

进一步地，所述HMI人机界面和逻辑运动控制器运行参数通过TCP/IP通讯与PLC控制器之间进行数据交互。

本发明另一方面在于提供一种大型模锻压机智能调速控制方法。

一种大型模锻压机智能调速控制方法，采用大型模锻压机智能调速控制系统，包括以下步骤：

1)HMI上设定该产品所需型材的材料性能以及所选模具类型，PLC控制器根据HMI中存储的材料和模具模型参数智能筛选出该型材的最佳模锻压制速度V和压制最大力F，PLC控制系统根据HMI中模具压制速度V运算出需要输出到变量泵的速度V1(V1>V),同时根据速度V1得出各变量泵的最佳开口值Q，并将其反馈到模具压制速度控制中；

2)模具压制生产开始时，PLC控制器实时监测并记录各变量泵的开口值并实时通过控制放大板来使变量泵开口达到最佳要求值，各变量泵根据其开口值反馈值变化来实时动态调整其放大板输出值来满足变量泵开口要求；同时逻辑运动控制器实时监测位移传感器值的变化并运算出相应实时的压制速度值V2，若压制速度值V没有在所需模具压制速度值的误差范围时，相应的主缸伺服比例阀实时的来调整比例阀口的开口度以动态闭环控制压制速度值以满足该型材压制速度要求。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明大型模锻压机智能调速控制系统，能够通过PLC控制系统实时监测变量泵开口反馈值和逻辑运动控制器实时检测上模具位移的数据变化，实时调整压制过程中速度的变化，使模锻压机压制的速度变化范围和伺服比例阀的开口变化始终维持一种动态的平衡，能够以均匀恒定的速度压制工件，从而保证模具压制顺利进行，同时避免误操作和提高所压型材成品率；

(2)本发明系统设计合理，工艺优良，智能化和自适应程度高，实现了大型模锻压机压制速度的智能化匹配，能够提高模锻压机的生产效率以及型材产品的性能质量，大幅降低人工和生产成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的一种实施方式结构示意图；

图2是本发明PLC控制系统的原理框图；

图3是本发明方法的流程图。

附图标记说明：1、锻造单元；2、变量泵控制单元；3、PLC控制系统；4、逻辑运动控制器；5、伺服比例阀；6、位移传感器；7、HMI人机界面；8、压力传感器Ⅰ；101、上模具；102、下模具；103、活动梁；104、主缸；105、回程缸；201、变量泵；202、泵头阀；203、放大板；204、压力传感器Ⅱ。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1～3所示，一种大型模锻压机智能调速控制系统，包括锻造单元1、变量泵控制单元2、PLC控制系统3、逻辑运动控制器4和位移传感器6；

所述模锻锻造单元1包括上模具101、下模具102、主缸104和回程缸105，所述主缸为柱塞缸并和活动梁103连接，所述回程缸为活塞缸，回程缸共有两个，分别对称安装在机架框架的垂直中心线上；所述上模具和与主缸相连的活动横梁连接，所述主缸和回程缸通过管线与液压泵站的供油口连通，所述管线上设有伺服比例阀5和压力传感器Ⅰ8；所述伺服比例阀与逻辑运动控制器4电信号连接。

所述位移传感器6为磁致伸缩位移传感器两端分别在固定梁和活动梁上并实时检测和记录锤头当前位置并以上下模具合模位为零点，所述的位移传感器和逻辑运动控制器4电信号连接；

所述变量泵控制单元2包括多个变量泵201和放大板203且两者一一对应，所述的各个变量泵都带有泵头阀202且分别通过管线与主缸进液口并列连通，每根管线上均设有压力传感器Ⅱ204，所述变量泵、放大板和压力传感器Ⅱ均与PLC控制系统电信号连接，具体地，所述压力传感器Ⅱ与模拟量输入模块连接(参见图2)；

所述HMI人机界面7储存有锻造模具压制模型和模锻锻造工艺数据库，所述模具压制模型包括待压制产品的合金元素种类与型材形状的对应关系，所述锻造工艺数据库包括锻造压力锻造速度，所述HMI人机界面与PLC控制器通过TCP/IP通讯进行数据交互。

所述PLC控制系统3包括PLC控制器、数字量输出模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块，所述的泵头阀与数字量输出模块信号连接，所述的变量泵放大板与模拟量输出模块信号连接。

所述的PLC控制系统主要是以西门子CPU 1515-2PN控制器为主，通过TCP/IP以太网通讯方式将各个部分串联成一个网络并数据共享。变量泵单元中压各个变量泵以及主缸、回程缸所对应压力传感器Ⅰ反馈信号均为4～20mA电流信号，PLC控制系统中模拟量输入模块(型号为6ES7531-7NF10-0AB0)分别将其模拟压力信号转换为数字压力信号并传送给控制器。位移传感器的反馈数值和伺服比例阀开口度由DELTA公司的运动逻辑控制器RMC75E进行控制，液压泵站泵头阀的输出给定由PLC控制系统中的数字量输出模块(型号为6ES7522-1BL10-0AA0)来完成，HMI人机界面和逻辑运动控制器运行参数通过TCP/IP通讯与PLC控制器之间进行数据交互。

一种大型模锻压机智能调速控制方法，采用模锻压机智能调速控制系统，包括以下步骤：

在大型模锻压机模具压制生产过程中，首先HMI上设定该产品所需型材的材料性能以及所选模具类型，PLC控制器根据HMI中存储的材料和模具模型参数智能筛选出该型材的最佳模锻压制速度V和压制最大力F，PLC控制系统根据HMI中模具压制速度V运算出需要输出到变量泵的速度V1(V1>V),同时根据速度V1得出各变量泵的最佳开口值Q，并将其反馈到模具压制速度控制中。模具压制生产开始时，PLC控制器实时监测并记录各变量泵的开口值并实时通过控制变量泵放大板来使变量泵开口达到最佳要求值，各变量泵根据其开口值反馈值变化来实时动态调整其放大板输出值来满足变量泵开口要求。同时逻辑运动控制器实时监测位移传感器值的变化并运算出相应实时的压制速度值V2，若压制速度值V没有在所需模具压制速度值的误差范围时，相应的主缸伺服比例阀实时的来调整比例阀口的开口度以动态闭环控制压制速度值以满足该型材压制速度要求。在锻造模具压制生产速度控制中，各变量泵开口给定与各变量泵开口反馈之间以及压制速度值给定与相应的伺服比例阀间始终维持一种动态的平衡。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。