基于PLC的凸轮模锻智能控制系统设计研究

基于 PLC的凸轮模锻智能控制系统设计研究

牟岩

山东电力建设第三工程有限公司，山东 青岛 266100

摘要：随着科学技术的发展，我国的PLC技术发展迅速，在PLC技术的影响下开展凸轮模锻智能控制系统的整体设计，其主要内容包含整体设计、程序研究及人机界面控制等，从而加强其智能控制系统的整体运行水准。

关键词：PLC；凸轮模锻；智能控制系统

引言

凸轮一般为机械的回转或滑动件，它是将运动传递给紧靠其边缘移动的滚轮或在槽面上自由运动的针杆。以凸轮为载体的凸轮机构可以根据实际运动要求，实现各种运动形式的输出，在各行各业机械设备中的机构中得到了广泛的应用。凸轮成形方式较多，如模锻、车削、铸造等，对于综合力学性能较高的凸轮其成形工艺一般为模锻成形。凸轮模锻成形工序多且复杂，相关工艺参数要求也较高，因此对其主要工序中的主要关键参数进行智能控制显得尤为必要。

1凸轮连杆组合机构工作原理

凸轮为主动件绕C点逆时针方向旋转，AD杆上B点处的滚子在凸轮槽中滚动，并带动AD杆绕A点摆动，AD杆通过连杆DE使滑块按一定的运动规律上下往复运动。在实现相同滑块行程和运动规律的条件下，凸轮连杆机构的凸轮和压力角比单凸轮机构的小得多，因此凸轮连杆组合机构在末端执行部件按一定运动规律往复运动的机械中具有十分重要的工程意义。

2PLC作用下的凸轮模锻的制作工艺

在分析PLC作用中凸轮模锻的制作工艺前，技术人员需掌握凸轮模锻的工作程序，具体来说，圆棒料在下料机中进行下料并开展毛坯件的加工，该毛坯在完成加热处理后需达到一定的温度，进而在锻模机中开展锻模成形工作。此后，技术人员开展切边工序，其主要工作步骤为在切边机中实行切边处理，并及时剔除掉毛刺，进而适时开展热处理，即在热处理炉内撤去相应应力，在清理设备内开展异物处理工作，该异物的来源为炉渣或热处理后的氧化皮等，增强凸轮外观的光亮性。在完成相关工作后，工作人员需对完工后的产品进行检查，只有该凸轮达到相应要求且检查合格后才能放置到存储仓库内。若该产品未能通过检查或发生变形要对其立即校正，并再次开展相应的检查与入库程序，该凸轮模锻才可运用到智能控制系统内，其工序与整体质量才会达到相应标准。一般来讲，在进行凸轮的加热、切边、锻造与热处理时，技术人员需严格控制该四项工序中的相关参数，使凸轮的质量控制达到最大化。比如，对于加热温度而言，其应严格控制在1225-1235℃之间，且保温时间达到30min，其锻模时间也要控制在2.5s左右，其锻模力要保持在36-40MN间，切边力度只有达到3.4MN左右，其水准才能改善凸轮外观。当技术人员对锻模进行热处理时，其温度最好保持在845℃，并在加热20min后用淬火油冷，再借助187℃的油水加热100min后开展回火空冷，在保持30min后再实行回火空冷300min即可。在开展此四道工序的过程中，从数据到凸轮或锻模的形态都要进行严格控制，确保其数值的精准度，进而改善凸轮模锻的制作质量，其各项工作流程。

3在PLC作用下凸轮模锻智能控制系统的研究措施

3.1设计PLC控制程序

依照技术人员设计完成的智能系统的控制方案，技术人员还要了解在系统实行智能控制时的PLC程序。在PLC控制程序内利用人机界面可清楚显示智能控制系统内的各项参数，如热处理或加热炉中的切边力、模锻力与温度等，其内部主要工序内的关键参数借助输入系统将数值传输到PLC电控柜内，通过电控柜中的控制模块将力信号或温度快速传递回PLC控制系统内，再将当前数值与原来设定好的数值进行比较后，可利用PID中的模糊控制算法计算出相应的微分、积分与比例等，并依照该计算出的数值进行输出量的控制。为提升PLC系统对输出量的控制度，技术人员可将输出控制量变为模拟量信号，其数值需保持在4-20mA之间，并输出实际模拟信号将其发送到液压系统中的电控加热丝或功率调整器内，进而达成对输出功率与加热功率的控制，在完成此项数值控制后，技术人员也可精准掌控热处理温度、切边力、模锻力与加热温度等数值。

3.2凸轮模锻成形智能控制系统PLC

设计的凸轮模锻成形智能控制系统，通过HMI（人机界面）将设定的加热炉、热处理炉中的温度，模锻力、切边力等主要工序及其关键参数及其相对应的模糊控制参数通过输入系统传送至PLC电控柜中的PLC-FM355控制模块，温度、力传感器将检测到的实时温度及力信号快速反馈给PLC-FM355控制模块，PLC-FM355控制模块根据反馈回来的实时温度、力信息与设定的加热、热处理温度，模锻、切边力值进行比较，运用PID模糊控制算法进行比例、积分、微分计算，根据计算数值输出所需控制量。

3.3加强系统内部人机界面的控制

技术人员加强人机界面的系统控制，具体来说，为将凸轮模锻的效果呈现的更加直观，还可将PLC程序中的结果展示在人机界面中。在设计人机界面期间技术人员需将PLC控制系统与人机操作系统的优势巧妙融合，进而完成二者的通讯连接，由于两者的操作属相互独立状态，其数据虽会有联系但却互不干扰。将智能系统内的人机界面改造成热处理与加热炉温度控制系统，并适时了解其内部变化的温度，制作出与其温度变化值相关的曲线，进而掌握切边力与模锻力值与曲线。在完成主要程序关键参数的设定后，技术人员应将其设定数值输入到PLC系统内，在PLC控制系统完成数据的接收后可利用模糊控制算法进行微分、积分、比例的计算，并将生成的数据传输到液压控制系统、切边系统、模锻系统与热处理、加热炉中的温度控制器内，从而较好地控制各系统内部的参数值。此外，在人机界面中技术人员还应对热处理后的冷却时间、热处理时间、模锻时间与加热炉内的保温时间进行合理设计，对其系统内部衍生的主要程序的关键步骤进行采取精准控制，从而加强智能控制系统的运行水平。在研究凸轮模锻控制系统的过程中，技术人员还针对其部分参数设计了警报功能，在发生不良状况或生产出现异常时部分参数会发出警报信号，提升对工艺参数的控制度。

结语

综上所述，从提升智能制造基础件研究的角度出发，提出了机电控制弧面凸轮系统的数学模型，并将其应用于弧面凸轮转位机械手，研究得出以下结论：以弧面凸轮机构动力学分析为基础，所建立的弧面凸轮机械手传递函数稳定。经动态响应分析，建立的数学模型动态响应快，通过调整控制参数，系统调整时间小于2s，可满足设计要求。经运动特性分析，输出位移、速度及加速度的最大值均出现在启动开始的瞬间，通过系统校正，可快速达到稳定状态。所提出的弧面凸轮系统设计与分析方法为下一步的开发与应用提供了理论基础。

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