浅谈快速锻造压机中PLC电气控制系统的应用

赵文久

摘 要：锻造工艺是工业领域发展中的关键性技术之一，目前，锻造工艺主要应用于我国的冶炼，航空，汽车等各项机械制造过程，直接推动了我国制造业发展的步伐。在锻造过程中，快速锻造油压机逐渐以其优势取代了传统的水压机，成为了锻造工艺中主要使用的锻造手段。文章对快速锻造油压机的发展进程，设备结构特点，工作原理以及控制系统进行了详尽阐述，旨在进一步发展其锻造工艺，提高机械制造领域的锻造水平。

关键词：液压系统；电器控制系统；控制原理

工业生产行业在我国呈现高速的发展态势，以往的小型锻造设备和系统早已不能够满足日益增长的工业需要，随着工业锻造规模的扩大，大型锻造设备的市场需求日益紧迫，扩大锻造设备的生产规模，提高设备的生产效率成为了目前急需解决的问题。为了满足工业锻造需要，快速锻造油压机设备正在不断改进和完善中，在快速锻造油压机液压系统中使用PLC电气控制系统对于该行业是一项新的尝试。PLC电器控制系统是基于计算机系统和电子数处理系统综合演变而来的，它是一种数字化中心数据控制系统，改变了过去在锻造过程中需要庞大的控制装置才能完成锻造过程控制的情况，只需要通过计算机系统进行一些简单的变成模块操作就可以完成控制任务，系统控制人员在操作时，可以根据锻造需要设定不同的控制指令，编制不同的控制程序，这些程序被录入到PLC控制系统之后，系统将自动进行锻造操作控制，大大提高了生产的效率，实现了锻造过程的自动化操作。

將PLC控制系统应用于锻造油压机是锻造工艺的一大突破，PLC系统主要是通过对压机中的液压设备进行控制来发挥其作用的。目前，我国对于液压系统的开发和使用已经不再局限于对国外技术的模仿和单纯的引进，在此领域，我国已经能够独立研发和制造，并且所生产的液压系统都具有较高的技术含量，达到了世界领先水平。锻造压机中的液压设备主要存在以下几种结构并具有各自的操作特点。

三梁四柱式。该种液压设备是较为传统的液压种类之一，主要应用于不锈钢等小型部件锻造过程中，其设备内部构造较为简单，操作起来也更为便捷，其主要构造部分包括油缸，主机身，液压设备，送料装备等，目前大多数为国产制造。

两柱下拉式。两柱下拉式液压设备是近年来我国主要使用的锻造液压系统，该种设备主要具有密封性能好，内部部件不易受到外部污染和磨损，其设备的稳固性也较高，位置不易发生偏移。同时，其缺点也显而易见，拉杆在运转由于角度发生变化，极易发生变形问题，导致设备的生产效能降低。

双柱斜置式。双立柱斜置式液压系统是在双柱下拉式系统的基础上演变而来的，该项液压设备是目前我国最新同时也是规模最大的液压设备。双立柱斜置式液压设备可以将联动拉杆所构成的矩形与工作带之间形成的角度在需要时进行适当的角度调整，使整体结构框架更具使用灵活性，并提高了结构的总承载力，同时也能够进一步提高人员操作的灵活性和安全性，在出现设备故障时也更加容易发现故障点以便于尽快进行维修。该系统不仅适用于传统的液压锻造设备，还适用于立式锻造设备，具有实用范围广泛的优点。另外，该种液压装置的生产尺寸具有较大的调节范围，能够锻造不同尺寸的部件，适应大型零部件的锻造需要。

在这三种基本液压系统中，双柱斜置式系统的生产优势较前两种锻造液压系统生产更具灵活性，能够满足生产的不同需要，也更适合于现代化锻造需要，因此，受到各大生产企业的高度重视。

为了适应现代化生产需要，快速锻造液压机的使用范围正日趋扩大，较传统的液压设备而言，快速锻造液压机的制造速度快，生产出来的部件尺寸精度高，一部液压机还能够同时带动多部锻造设备进行运转，大大提升了锻造的效率，与此同时，快速锻造液压机实现了生产的自动化，可以在生产过程中根据需要自动调整材料输入量和锻造条件，并能够将锻造温度控制在标准范围内，保证锻造成品的质量。

1 液压传动和控制系统

“电液伺服控制的二通插装阀”和“液压泵直接传动”是目前最为广泛应用的控制方式，其强大的可控性和维护工作的简易性得到了业内人士的普遍认同。其设计思路如图1示。

在快速锻造过程中，工作缸进油阀始终保持常开状态，液压泵也始终保持大流量输出，电液伺服阀从关闭状态到开启状态时，工作缸的压力从电液伺服阀卸荷，流量通过伺服阀进入低压系统（油箱），主工作缸近似为无压状态，此时回程缸将通过蓄能器积蓄的压力释放，使活动横梁上升；电液伺服阀从开启状态到关闭状态时，主工作缸由卸荷状态进入带压状态，使活动横梁下降，并且给蓄能器积蓄能量。由此可以看出，电液伺服阀以很高的频率在开启与关闭状态之间来回的切换，就实现了活动横梁不断地上下往复运动，满足了压机快速性的要求，而准确调节电液伺服阀的开口度可以对活动横梁的位置进行精确的控制。

2 快速锻造压机的控制原理

快速锻造压机的控制原理如图2所示。PLC接收操作台和触摸屏的给定操作信号，根据给定信号控制锻造压机的液压泵站系统、压机的控制系统、1#操作机和2#操作机的动作。快速锻造压机的三大特点中，“快”就是要求锻造速度快，最快锻造次数要达到每分钟（75～85）次。这样就要求锻造压机锻造一次的时间为700～800ms。“精”就是锻件尺寸精度要求高，精度为+1mm。在一次锻造过程中，位置量一般在40mm左右，要求采样数据每毫米不小于2个。这样，根据香农（Shannon）采样定理，数据采样频率的下限为：ωs≥2max。

式中：ω max-被采样输入信号中所含的最高频率，单位为Hz；ωs-采样频率，单位为Hz。

在一次锻造过程中采样点在80个以上，这就要求每个采样点的采样周期不大于10ms，也就要求CPU扫描周期要控制在10ms以内， 才能对尺寸检测作出精确反应，通过运算来控制压机的尺寸精度。“联”就是与操作机的联动，压机每锻造一次，操作机前进一定距离或锻件旋转一定角度（触摸屏设定），提高快速锻造压机的生产效率，这无疑也增加了程序量和控制的复杂程度，增加了CPU处理程序的时间。

3 电气控制系统的应用

3.1 建立一个共享数据块，例如DB100，以单整为数据类型存入伺服阀开口度值（单位为千分数，“0”表示开口度为零，即关闭状态，“1000”表示开口度为最大）。

3.2 位置控制精度对于提高锻件的质量和材料利用率非常重要，因此如何修正位置误差是实现高精度的关键。在实际应用中，可以采用误差反馈补偿的方式修正下一次锻造的位置给定值，来达到逐次减小误差的目的。

4 结束语

在锻造工业中使用PLC控制系统可以实现的对锻造油压机的自动化和智能化控制，是目前工业生产领域所广泛应用的中心控制系统，在锻造过程中使用PLC控制系统，可以提高控制系统对于锻造数据和计算的准确性，实现不同特点和不同类型的锻造效果，随着系统技术的不断改进，该项技术具有越来越光明的发展前景。

参考文献

[1]闫军.快速锻造油压机的自动控制系统[J].现代电子技术，2006（6）：117-118.

[2]谢剑英.微型计算机控制技术[M].北京：国防工业出版社，1985.

[3]王兆义.可编程控制器教程[M].北京：机械工业出版社，1998（3）：10-11.