CN103567342A - 一种热模锻压力机的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热模锻压力机的控制系统，包括变频器、主电机及CPU模块，变频器上连接有外部制动单元，外部制动单元上连接有制动电阻柜；CPU模块通过RS485模块与变频器通讯，本地I/O模块、Mod-bus模块、CC-link模块和电源模块分别设于扩展基板上并分别与CPU模块通讯；CC-link模块上连接有远程I/O模块、远程温度模块和模拟量模块；压力机各监测点的信号输出端分别接入远程I/O模块的信号输入端；远程温度模块的信号输入端连接有若干温度传感器，模拟量模块的信号输入端连接有压力传感器。本发明应用于热模压力机上，可避免频繁制动导致的变频器母线电压过高及CPU模块接线繁琐的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制系统，特别涉及一种热模锻压力机的控制系统，属于压力机控制技术领域。
背景技术
现有技术中，有一种热模锻压力机的控制系统，主要用于工件的热成型，它包括三相电源、变频器、主电机及CPU模块，三相电源依次通过断路器、漏电保护器、交流电抗器与变频器的交流电源输入端相连，变频器的交流电源输出端与主电机相连，主电机的输出轴与压力机的飞轮传动连接，飞轮与压力机的偏心轴通过离合器进行扭矩传递，压力机的偏心轴与飞轮同步转动。
其不足之处在于：飞轮在下死点转差率相对较高，且工作模式一般采用一行程模式，即在实际工作中频繁制动，这就要求变频器频繁制动，由此导致母线电压值升高，引起变频器报警；热模锻压力机对下死点精度要求相对较高，而一般封高显示器显示精度为0.1mm，不能满足热模锻压力机对工件成型精度的要求；热模锻压力机检测、监控点较多，如果将所有输入输出信号线直接接入CPU模块必然导致配线繁琐，且各线路之间互相干扰、线路稳定性差等问题。
发明内容
本发明目的是针对现有技术中的不足，提供一种热模锻压力机的控制系统，能够解决高转差率状况下频繁制动引起的变频器母线电压升高报警，封高显示装置显示精度不高以及CPU模块接线繁琐的问题。
本发明的目的是这样实现的：一种热模锻压力机的控制系统，包括三相电源、变频器、主电机及CPU模块，所述三相电源依次通过断路器、漏电保护器、交流电抗器与所述变频器的交流电源输入端相连，所述变频器的交流电源输出端与所述主电机相连，所述主电机的输出轴与压力机的飞轮传动连接，所述变频器上连接有外部制动单元，所述外部制动单元上连接有制动电阻柜；所述CPU模块通过RS485模块与所述变频器进行双向高速串行通讯，CPU模块和RS485模块分别设置于扩展基板上，所述扩展基板上还设有本地I/O模块、Mod-bus模块、CC-link模块和电源模块，所述本地I/O模块、Mod-bus模块、CC-link模块和电源模块分别与所述CPU模块进行双向数据通讯；所述CC-link模块通过CC-link专用电缆分别连接有远程I/O模块、远程温度模块和模拟量模块；压力机各监测点的信号输出端分别接入所述远程I/O模块的信号输入端；所述远程温度模块的信号输入端连接有若干温度传感器，各所述温度传感器设于压力机的相关运动副上；所述模拟量模块的信号输入端连接有用于测量系统气压值的压力传感器。
本发明工作时，变频器将飞轮制动产生的动能通过变频器中的逆变装置转换成电能储存在变频器的滤波回路中，外部制动单元实时对滤波回路的电压值进行监控，当变频器频繁制动或因负载飞轮转差率较大导致变频器母线电压升高到滤波回路耐压峰值，外部制动单元和制动电阻柜开始工作，将储存在滤波回路中的过高电能通过制动电阻柜以热能形式消耗掉，直至母线电压恢复至安全值。压力机动作需要的诸多参数及反馈信息通过远程I/O模块、远程温度模块和模拟量模块传输至CC-link模块，CC-link模块作为控制与通讯链路系统实现远程I/O模块、远程温度模块、模拟量模块与CPU模块的通讯。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、变频器外接外部制动单元，通过制动电阻柜消耗飞轮产生的过高电能，避免变频器母线电压过高，确保了制动效果、有效保护了变频器；2、由一根CC-link专用电缆形成工业现场总线，解决了CPU模块配线繁琐的问题，且CC-link专用电缆具有较高的抗干扰性能，避免各传输信号之间互相干扰，提高了线路稳定性。
作为本发明的进一步改进，所述压力机的曲轴上设有角度编码器，所述角度编码器的信号输出端连接有电子凸轮，所述电子凸轮与所述Mod-bus模块双向通讯连接；所述压力机的封高调节杆上安装有位移传感器，所述位移传感器的信号输入端连接有10kHz正弦波输入信号，位移传感器的信号输出端连接有封高显示器，所述封高显示器与Mod-bus模块双向通讯连接。位移传感器采用10kHz正弦波输入信号，其测量精度可达到0.001mm，控制精度高达0.01mm，可充分满足热模锻压力机对工件成型精度的要求。
作为本发明的进一步改进，所述CPU模块通过以太网通讯接口与触摸屏双向通讯连接。触摸屏上显示用户界面，压力机动作需要的诸多参数设置及规范选择、信息显示等，是控制系统具有良好的人机界面。
作为本发明的进一步改进，所述变频器上连接有直流电抗器。直流电抗器可将叠加在直流电流上的交流分量限定在某一规定值，保持变频器的整流电流连续，减小电流脉动值，改善输入功率因数。
作为本发明的优选方案，所述外部制动单元采用IBU-4220B型制动单元。
作为本发明的优选方案，所述CPU模块采用Q03UDE型模块。
作为本发明的优选方案，所述CC-link模块采用QJ61BT11N型模块。
作为本发明的优选方案，所述Mod-bus模块采用QJ71MB91型模块。
作为本发明的优选方案，所述RS485模块采用QJ71C24N型模块。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的线路图。
图3为触摸屏的用户界面示意图。
图1及图2中：a. 断路器；b. 多功能表；c. 漏电保护器；d. 交流电抗器；e. 变频器；f. 主电机；g. 直流电抗器；h. 制动单元；i. 制动电阻柜；j. 扩展基板；k. 电源模块；l. CPU模块；m. CC-link模块；n. Mod-bus模块；o. RS485模块；p. 本地I/O模块；q. 触摸屏；r. 远程I/O模块；s. 模拟量模块；t. 远程温度模块；u. 压力传感器；v. 温度传感器；w. 电子凸轮；x. 封高显示器；y. 角度编码器；z. 位移传感器。
图3中：1、滚动条形式显示报警信息；2、角度显示器；3、当前角度值显示；4、行程次数显示；5、频率上限设定；6、频率下限设定；7、工作频率设定；8、运行频率；9、运转电流；10、主电机正转；11、主电机反转；12、刹车制动角；13、刹车时间；14、当前角度；15、偏心轴瞬间转速；16、计划件数；17、批量计数；18、总产计数；19、批量计数开关；20、批量计数复位；21、总产计数开关；22、总产计数复位；23、制动器脱开至离合器结合时间设定；24、离合器分离至制动器制动时间设定；25、封高调整开始时间设定；26、封高调整结束时间设定；27、寸动双手最短时间设定；28、手动一行程下顶出高度保持时间设定；29、气路系统压力值；30、气路系统压力指示；31、CPU模块I/O点状态监视；32、温度监控；33、油路状态监视；34、气路状态监视；35、封高访问；36、润滑设定；37、凸轮访问；38、通讯接口；39、故障排除。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1及图2所示，本发明热模锻压力机的控制系统，包括三相电源、变频器e、主电机f及CPU模块l，三相电源依次通过断路器a、漏电保护器c、交流电抗器d与变频器e的交流电源输入端相连，变频器e的交流电源输出端与主电机f相连，主电机f的输出轴与压力机的飞轮传动连接。断路器a连接至漏电保护器c的线路上还连接有多功能表b，用以监视系统电力使用状况。变频器e的P/+、N/-和CN8端子排上连接有外部制动单元h，P1和P/+端子排上连接有直流电抗器g，外部制动单元h的P和PR端子排上连接有制动电阻柜i。
CPU模块l通过RS485模块o与变频器e进行双向高速串行通讯，CPU模块l、RS485模块o、本地I/O模块p、Mod-bus模块n、CC-link模块m和电源模块k分别设置于扩展基板j上，且本地I/O模块p、Mod-bus模块n、CC-link模块m和电源模块k分别与CPU模块l进行双向数据通讯。
本地I/O模块p将压力机与机械手、上下料输送装置、强冷装置等所需要的信号传输给CPU模块l，进行数据通讯和处理。
CC-link模块m通过CC-link专用电缆分别连接有远程I/O模块r、远程温度模块t和模拟量模块s。
压力机各监测点的信号输出端分别接入远程I/O模块r的信号输入端。远程I/O模块r通过CC-link模块m将压力机动作及油路监控、部分气路监控、吨位监控、光电保护等信号传输给CPU模块l，进行数据通讯和处理。
远程温度模块t的信号输入端连接有若干温度传感器v，各温度传感器v设于压力机的相关运动副上。
模拟量模块s的信号输入端连接有用于测量系统气压值的压力传感器u。压力传感器u将系统气压准确值传送给CPU模块l进行数据通讯和处理
压力机的曲轴上设有角度编码器y，角度编码器y的信号输出端连接有电子凸轮w，电子凸轮w与Mod-bus模块n双向通讯连接；角度编码器y安装在电子凸轮w上将压力机偏心转过的角度、速度等参数在网络上进行数据通讯。
压力机的封高调节杆上安装有位移传感器z，位移传感器z的信号输入端连接有10kHz正弦波输入信号，位移传感器z的信号输出端连接有封高显示器x，封高显示器x与Mod-bus模块n双向通讯连接。位移传感器z连接在封高显示器x上将封高电机转动的位移量、封高限值、位移方向等参数在网络上进行数据通讯。
CPU模块l通过以太网通讯接口与触摸屏q双向通讯连接。图3为触摸屏q的用户界面示意图，各界面含义如下：
滚动条形式显示报警信息1：滚动条形式显示压力机相关报警信息，如吨位计报警、气路异常、运动副温度异常、油路异常、光电异常等。
角度指示器2：指示滑块转过的角度。
当前角度值显示3：准确显示滑块当前角度值。
行程次数显示4：显示压力机每分钟通过下死点的次数。
频率上限设定5：设定变频器e输出频率上限值。
频率下限设定6：设定变频器e输出频率下限值。
工作频率设定7：设定变频器e运行频率值，在触摸屏q上数值写入，通过RS485模块o串行通讯将该数据写入到变频器e的数据存储区，执行运行命令。
运行频率8：显示当前变频器e的输出频率值。
运转电流9：显示当前变频器e的输出电流值。
主电机正转10：主电机f正转状态显示。
主电机反转11：主电机f反转状态显示。
刹车制动角12：显示离合器制动器每次从接收的刹车信号到滑块停止运转，偏心轴转过的角度；通过Mod-bus模块n通讯，读取电子凸轮w数据。
刹车时间13：显示离合器制动器每次从接收的刹车信号到滑块停止运转，所需要的时间；通过Mod-bus模块n通讯，读取电子凸轮w数据。
当前角度14：准确显示滑块当前角度值，通过Mod-bus模块n通讯，读取电子凸轮w数据。
偏心轴瞬间转速15：准确显示偏心轴在单位时间内的实际转速，实时显示偏心轴在运转过程的速度降；通过Mod-bus模块n通讯，读取电子凸轮w数据。
计划件数16：设定计划件数17。
批量计数17：统计设定时间内加工工件数量，当批量计数17等于计划件数16时，压力机停止工作，按下批量计数复位20，重新计数。
总产计数18：显示压力机总冲压次数，一般用于计件制，统计一段时间内总加工工件数量。
批量计数开关19：控制批量计数17功能的开启和关闭。
批量计数复位20：将批量计数17的值进行清零。
总产计数开关21：控制总产计数18功能的开启和关闭。
总产计数复位22：将总产计数18的值进行清零。
制动器脱开至离合器结合时间设定23：设定从制动器脱开到离合器结合的时间差值。
离合器分离至制动器制动时间设定24：在寸动工作模式时，设定从离合器分离到制动器开始制动的时间差值。
封高调整开始时间设定25：在封高调整前，控制气缸通气，平衡缸延时通气，执行机构动作需要的时间差值。
封高调整结束时间设定26：封高调整结束后，用于设定执行机构恢复动作所需要的时间差值。
寸动双手最短时间设定27：寸动工作模式时，设定双手按钮最短同步时间值。
手动一行程下顶出高度保持时间设定28：设定手动一行程模式时，下顶出机构顶出杆到位后，高度保持的时间值。
气路系统压力值29：对气源供气压力值进行监控；当低于设定值时，为保护离合器，压力机停止工作并报警。
气路系统压力指示30：准确指示当前气源压力值。
CPU模块l的I/O点状态监视31：对CPU模块所有输入输出点状态进行监视。
温度监控32：监控不同运动副的温度值，当达到设定值时，压力机停止工作并报警显示。
油路状态监视33：监控油路系统各润滑点、分油器状态，当发生故障时，压力机停止工作并报警显示。
气路状态监视34：监控各气路回路气压是否在规定的范围内，当气压超出规定范围，压力机停止工作并进行报警。
封高访问35：对当前封高数值、封高上限、封高下限进行调用显示，并进行封高电机过载监控。
润滑设定36：根据各润滑点加油量不同的需求，设定压力机主传动、上下顶出装置、平衡缸的加油量及加油频次。
凸轮访问37：访问压力机控制所需要的各组凸轮角度值。
通讯接口38：对压力机与机械手连线、上下料输送装置、强冷装置等所需要的通讯信号进行监视。
故障排除39：根据报警信息，查询故障排除方法。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (9)
1. 一种热模锻压力机的控制系统，包括三相电源、变频器、主电机及CPU模块，所述三相电源依次通过断路器、漏电保护器、交流电抗器与所述变频器的交流电源输入端相连，所述变频器的交流电源输出端与所述主电机相连，所述主电机的输出轴与压力机的飞轮传动连接，其特征在于：所述变频器上连接有外部制动单元，所述外部制动单元上连接有制动电阻柜；所述CPU模块通过RS485模块与所述变频器进行双向高速串行通讯，CPU模块和RS485模块分别设置于扩展基板上，所述扩展基板上还设有本地I/O模块、Mod-bus模块、CC-link模块和电源模块，所述本地I/O模块、Mod-bus模块、CC-link模块和电源模块分别与所述CPU模块进行双向数据通讯；所述CC-link模块通过CC-link专用电缆分别连接有远程I/O模块、远程温度模块和模拟量模块；压力机各监测点的信号输出端分别接入所述远程I/O模块的信号输入端；所述远程温度模块的信号输入端连接有若干温度传感器，各所述温度传感器设于压力机的相关运动副上；所述模拟量模块的信号输入端连接有用于测量系统气压值的压力传感器。
2. 根据权利要求1所述的热模锻压力机的控制系统，其特征在于，所述压力机的曲轴上设有角度编码器，所述角度编码器的信号输出端连接有电子凸轮，所述电子凸轮与所述Mod-bus模块双向通讯连接；所述压力机的封高调节杆上安装有位移传感器，所述位移传感器的信号输入端连接有10kHz正弦波输入信号，位移传感器的信号输出端连接有封高显示器，所述封高显示器与Mod-bus模块双向通讯连接。
3. 根据权利要求2所述的热模锻压力机的控制系统，其特征在于，所述CPU模块通过以太网通讯接口与触摸屏双向通讯连接。
4. 根据权利要求3所述的热模锻压力机的控制系统，其特征在于，所述变频器上连接有直流电抗器。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的热模锻压力机的控制系统，其特征在于，所述外部制动单元采用IBU-4220B型制动单元。
6. 根据权利要求1至4中任一项所述的热模锻压力机的控制系统，其特征在于，所述CPU模块采用Q03UDE型模块。
7. 根据权利要求1至4中任一项所述的热模锻压力机的控制系统，其特征在于，所述CC-link模块采用QJ61BT11N型模块。
8. 根据权利要求1至4中任一项所述的热模锻压力机的控制系统，其特征在于，所述Mod-bus模块采用QJ71MB91型模块。
9. 根据权利要求1至4中任一项所述的热模锻压力机的控制系统，其特征在于，所述RS485模块采用QJ71C24N型模块。
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Address after: Yang Road, Yangzhou hi tech Industrial Development Zone, Hanjiang District, Jiangsu city of Yangzhou Province, No. 99 225009 Patentee after: JIANGSU YANGLI GROUP CO., LTD. Address before: 225127 Jiangsu Province, Yangzhou City Hanjiang Industrial Park Yang Road No. 99 Patentee before: Jiangsu Yangli Group Co., Ltd. |
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Application publication date: 20140212 Assignee: JIANGSU YANGLI CASTING AND FORGING Co.,Ltd. Assignor: YANGLI GROUP Co.,Ltd. Contract record no.: X2020980007885 Denomination of invention: Control system of hot die forging press Granted publication date: 20160601 License type: Common License Record date: 20201113 |