CN212733994U - 一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，包括PLC控制系统、HMI人机界面、逻辑运动控制器、位移传感器和激光测温仪，激光测温仪固设于机架框架的上方，锤头锻造单元为四个，锤头锻造单元包括锤头和主缸，所述位移传感器设于主缸内，主缸通过管线与液压泵站的供油口连通，管线上设有伺服比例阀和压力传感器；HMI人机界面、逻辑运动控制器、压力传感器和激光测温仪均与PLC控制系统电信号连接，伺服比例阀和位移传感器均与逻辑运动控制器电信号连接。通过PLC控制系统根据工件产品的模型参数来自由结合各锤头锻造单元，实现批次锻造中圆轴类工件和异性类工件之间能够自由切换。

Description

一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统

技术领域

本实用新型属于自由锻造液压机的自动化控制技术领域，具体涉及一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统。

背景技术

在工件连续多道次锻造生产过程中，锻造量精度和锻造频次控制是提高锻件性能的至关重要的环节。目前，现有四锤头径向锻造液压机在锻造时需要四锤头同步运行，所精整的工件类型多为轴类锻件，产品类型相对单一，无法做到多锤头自由组合方便对异性合金锻件进行处理。

另外，四锤头径向锻造液压机锻造控制方法主要有锻压量控制和频次控制两种，目前锻造频次和锻造量基本靠人工经验给定，在实际锻造精整过程经常出现锻造频次无法跟随所设定值而出现设备锻造故障或者报警，也常出现压力已经达到锻压机的最大值而无法满足锻压量的要求，出现“闷车”现象。这些问题出现后都需要人工经验尝试修改完成，操作比较繁琐，准确性和稳定性不高，并且容易对机械本体造成损害，其锻造控制自适应能力和自动化程度相对较低。

这种操作无法根据型材参数来给自适应给定频次和锻压量值，也无法实现锻造过程中根据锻造压力和频次的相应变化来时时地做出相应的调整来保证锻件的性能质量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，根据锻压力和锻件温度的变化实时动态闭环自适应匹配本道次的锻压量及锻造频次，保证锻造生产的连续性以及锻造控制的准确性和稳定性，大幅提高四锤头径向锻造液压机锻造控制的智能化水平。

为此，本实用新型提供的技术方案如下：

一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，包括PLC控制系统、HMI人机界面、逻辑运动控制器、位移传感器和激光测温仪，所述HMI人机界面储存有工件模型和工件工艺数据库，所述激光测温仪固设于机架框架的上方，所述锤头锻造单元为四个，所述锤头锻造单元包括锤头和主缸，所述位移传感器设于主缸内，所述锤头和主缸的活动端连接，所述主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；

所述HMI人机界面、逻辑运动控制器、压力传感器和激光测温仪均与PLC控制系统电信号连接，所述伺服比例阀和位移传感器均与逻辑运动控制器电信号连接。

四个锤头锻造单元分别为上锤头锻造单元、下锤头锻造单元、左锤头锻造单元和右锤头锻造单元，所述左锤头锻造单元、右锤头锻造单元对称安装在机架框架的水平中心线上，所述上锤头锻造单元、下锤头锻造单元对称安装在机架框架的垂直中心线上。

所述工件模型包括待锻造工件的宽度、厚度、高度与所用锤头数量及产品锻造量的对应关系。

所述工艺数据库包括待锻造工件的合金参数和物理性能以及与锻造频次的对应关系。

所述HMI人机界面和运动逻辑控制器均与PLC控制器通过TCP/IP通讯进行数据交互。

所述PLC控制系统包括控制器、数字量输出模块和模拟量输入模块，所述数字量输出模块和模拟量输入模块均与PLC控制器电信号连接，所述PLC控制器与运动逻辑控制器电连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的这种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，通过PLC控制系统根据工件产品的模型参数来自由结合各锤头锻造单元，实现批次锻造中圆轴类工件和异性类工件之间能够自由切换。

本实用新型通过PLC控制系统根据HMI人机界面存储的工件模型运算出工件所需锻造量和锻造频次值，并根据锻造压力限制值和频次参数值变化来进行各道次锻造量和锻造频次值自适应匹配，实时动态闭环调节伺服比例阀适应值，保证锻件的性能质量的准确性和机械设备的稳定性，大幅提高四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制的智能化水平。

与现有技术相比，该实用新型设计合理，工艺优良，智能化和自适应程度高。实现了四锤头径向锻造液压机各锤头锻造单元的智能化结合，并且相应的锻压量和锻造频次自适应匹配，促进锻造工件类型的多样性发展，提高了锻造液压机的生产效率以及工件产品的性能质量，大幅减低了人工和生产成本。

为让本实用新型的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型的一种实施方式平面示意图；

图2是PLC控制系统与逻辑运动控制器的原理框图；

图3是本实用新型的控制流程图。

图中：

附图标记说明：

1、左锤头锻造单元；2、右锤头锻造单元；3、上锤头锻造单元；4、下锤头锻造单元；5、激光测温仪；6、PLC控制系统；7、HMI人机界面；8、逻辑运动控制器；9、工件；10、液压泵站；101、左锤头；102、左主缸；103、左锤头主缸位移传感器；104、左锤头主缸压力传感器；105、左锤头主缸伺服比例阀；201、右锤头；202、右主缸；203、右锤头主缸位移传感器；204、右锤头主缸压力传感器；205、右锤头主缸伺服比例阀；301、上锤头；302、上主缸；303、上锤头主缸位移传感器；304、上锤头主缸压力传感器；305、上锤头主缸伺服比例阀；401、下锤头；402、下主缸；403、下锤头主缸位移传感器；404、下锤头主缸压力传感器；405、下锤头主缸伺服比例阀。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

需说明的是，在本实用新型中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统的上、下、左、右。

现参考附图介绍本实用新型的示例性实施方式，然而，本实用新型可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本实用新型，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本实用新型的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例1：

本实施例提供了一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，包括PLC控制系统6、HMI人机界面7、逻辑运动控制器8、位移传感器和激光测温仪5，所述HMI人机界面7储存有工件9模型和工件9工艺数据库，所述激光测温仪5固设于机架框架的上方，所述锤头锻造单元为四个，所述锤头锻造单元包括锤头和主缸，所述锤头和主缸的活动端连接，所述主缸通过管线与液压泵站10的供油口连通，所述管线上设有伺服比例阀和压力传感器；

所述HMI人机界面7、逻辑运动控制器8、压力传感器和激光测温仪5均与PLC控制系统6电信号连接，所述伺服比例阀和位移传感器均与逻辑运动控制器8电信号连接。

具体地说，本实施例提供的控制系统工作过程或应用过程如下：

首先在HMI人机界面7上上输入待锻造工件9的模型，PLC控制系统6根据型材的宽度、厚度和高度自动筛选出该工件9合适的锻造所用锤头数目，并根据该工件9合金元素种类以及工艺要求得出锻压量L、锻造压力限定最大值P以及最佳锻造频次F参数；之后PLC控制系统6中的PLC控制器将锻造量和锻造频次反馈到逻辑运动控制器8的控制值中，本道次自动锻造开始。

在锻造过程中，PLC控制器实时监测各锤头在加压到锻压量的过程中各所对应的压力传感器值的变化，当压力值超限而锻压量尚未到达给定值L时，各锤头迅速回程并相应减少下一锤头给定锻压量值变为新的值， 同时PLC控制器将新的锻压量值传输给逻辑运动控制器8继续下一锤头锻造，在本道次循环锻造过程中PLC控制器根据实际压力值与压力限定值比较实时调整锻压量值直到达到实际压力值变化在限定范围内，PLC控制器可确定本道次的锻压量L1。

在本道次锻压量确定的情况下，逻辑运动控制器8实时监测单位时间内的实际锻造频次变化并与所给定频次进行比较，当未达到给定频次时，锻造频次给定值相应减少并相应进入下一锤头锻造循环，在本道次循环锻造过程中PLC控制器实时根据实际的锻造频次与所给定值比较并及时调整所给定频次直到两者一致， PLC控制器确定本道次的锻造频次F1。PLC控制器记录下本道次锻造量和锻造频次都确定时的工件9温度T1（开始锻造时的工件9温度）。待本道次锻造完成后，PLC控制器将本道次的锻造量L1和锻造频次F1与所需要锻造量L和锻造频次F进行比较，如果其中一项未满足该工件9需求值并且当前工件9温度大于工件9温度T1时，PLC控制系统6进入下一道次锻造循环，道次在不停循环锻造直到满足锻造量L和锻造频次F要求，锻造循环结束。

其中，运动逻辑控制器用于根据各锤头位移变化实时闭环控制各锤头锻造单元所对应的伺服比例阀开口度快速响应以实现锻造频次的要求。在各道次锻造中锻造所用各锤头锻压量给定与锻造单元系统加压压力值以及各锤头锻造频次给定与相应的伺服比例阀间始终维持一种动态的平衡。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，四个锤头锻造单元分别为上锤头锻造单元3、下锤头锻造单元4、左锤头锻造单元1和右锤头锻造单元2，所述左锤头锻造单元1、右锤头锻造单元2对称安装在机架框架的水平中心线上，所述上锤头锻造单元3、下锤头锻造单元4对称安装在机架框架的垂直中心线上。

如图1所示，上锤头锻造单元3包括上锤头301和上主缸302，上主缸302内安装有上锤头主缸位移传感器303，用于实时监测上锤头301的位置变化；下锤头锻造单元4包括下锤头401和下主缸402，下主缸402内安装有下锤头主缸位移传感器403，用于实时监测下锤头401的位置变化；左锤头锻造单元1包括左锤头101和左主缸102，左主缸102内安装有左锤头主缸位移传感器103，用于实时监测左锤头101的位置变化；右锤头锻造单元2包括右锤头201和右主缸202，右主缸202内安装有右锤头主缸位移传感器203，用于实时监测右锤头201的位置变化。

上锤头301、下锤头401、左锤头101和右锤头201相互间隔90°布置在机架框架上，四个锤头轴心交叉处为待锻造工件9。上主缸302、下主缸402、左主缸102和右主缸202分别通过管线与液压泵站10的供油口并列连通，各管线上分别设有上锤头主缸压力传感器304和上锤头主缸伺服比例阀305，下锤头主缸压力传感器404和下锤头主缸伺服比例阀405，左锤头主缸压力传感器104和左锤头主缸伺服比例阀105，右锤头主缸压力传感器204和右锤头主缸伺服比例阀205。各锤头锻造单元通过运动逻辑控制器实时闭环控制伺服比例阀开口响应从而控制液压油进出各主缸带动锤头做加压回程往复运动。

实施例3：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，所述工件9模型包括待锻造工件9的宽度、厚度、高度与所用锤头数量及产品锻造量的对应关系。

本实用新型提供的这种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，通过PLC控制系统6根据工件9产品形状等参数智能结合锻造所用锤头数，实现既能对圆轴类工件进行精整拔长，又能对异形件进行锻造。并且在各道次锻造中相应的锻造量和锻造频次自适应匹配，提高了锻造的生产效率以及工件9产品的性能质量，大幅减低了人工和生产成本。

实施例4：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，所述工艺数据库包括待锻造工件9的合金参数和物理性能以及与锻造频次的对应关系。

根据该工件9合金元素种类以及工艺要求得出锻压量L、锻造压力限定最大值P以及最佳锻造频次F。在锻造过程中根据锻压力和锻件温度的变化实时动态闭环自适应匹配本道次的锻压量及锻造频次，保证锻造生产的连续性以及锻造控制的准确性和稳定性，大幅提高四锤头径向锻造液压机锻造控制的智能化水平。

实施例5：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，所述HMI人机界面7和运动逻辑控制器均与PLC控制器通过TCP/IP通讯进行数据交互。

如图2所示，通过TCP/IP以太网通讯方式将各个部分串联成一个网络，将数据共享。

实施例6：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，所述PLC控制系统6包括控制器、数字量输出模块和模拟量输入模块，所述数字量输出模块和模拟量输入模块均与PLC控制器电信号连接，所述PLC控制器与运动逻辑控制器电连接。

如图2所示，数字量输出模块与液压泵站10的泵头阀电连接，模拟量输入模块与上锤头主缸压力传感器304、下锤头主缸压力传感器404、左锤头主缸压力传感器104和右锤头主缸压力传感器204电信号连接，PLC控制器与逻辑运动控制器8通过TCP/IP通讯连接，逻辑运动控制器8电连接上锤头主缸伺服比例阀305、下锤头主缸伺服比例阀405、左锤头主缸伺服比例阀105和右锤头主缸伺服比例阀205，以及上锤头主缸位移传感器303、下锤头主缸位移传感器403、左锤头主缸位移传感器103和右锤头主缸位移传感器203。

在本实施例中，PLC控制系统6主要是以西门子6ES7 315-2PN/DP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。激光测温仪5以及各锤头锻造单元所对应的压力传感器（包括上锤头主缸压力传感器304、下锤头主缸压力传感器404、左锤头主缸压力传感器104和右锤头主缸压力传感器204）反馈信号均为4~20ma电流信号，PLC控制系统6中模拟量输入模块（型号为6ES7 331-7KF02-0AB0）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。各位移传感器的反馈数值和各伺服比例阀开口度由美国DELTA公司的运动逻辑控制器RMC75E进行控制，液压泵站10泵头阀的输出给定由PLC控制系统6中的数字量输出模块（型号为6ES7322-1BL00-0AA0）来完成，HMI人机界面7和逻辑运动控制器8运行参数通过TCP/IP通讯与PLC控制器之间进行数据交互。

实施例7：

本实施例提供了一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制方法，采用四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，包括以下步骤：

步骤1）在HMI人机界面7上输入待锻造工件9的模型，PLC控制系统6根据待锻造工件9的宽度、厚度和高度自动筛选出该工件9锻造所需锤头数目，并根据工件9工艺数据库得出锻压量L、锻造压力限定最大值P以及锻造频次F；

步骤2）PLC控制系统6将锻压量L和锻造频次F反馈到逻辑运动控制器8的控制值中，开始本道次锻造；

步骤3）在锻造过程中，PLC控制系统6实时监测各锤头锻造单元的锤头在加压到锻压量的过程中压力传感器的数值以及位移传感器的数值，并实时调整实际压力值在锻造压力限定最大值P范围内以及本道次的锻压量，当确定本道次的锻压量后确定与本道次的锻压量对应的锻造频次，并记录激光测温仪5测到的工件9温度T1，逻辑运动控制器8实时监测单位时间内的实际锻造频次变化并与本道次的锻造频次进行比较，直至实际锻造频次达到本道次锻造频次，完成本道次锻造；

步骤4）当本道次的锻压量未达到设定的锻压量L或锻造频次未达到设定的锻压频次F，且工件9此时温度大于工件9温度T1，则进入下一道次循环，直到满足锻造量L和锻造频次F，锻造循环结束，完成工件9锻造。

当本道次的锻压量达到设定的锻压量L且锻造频次达到设定的锻压频次F，则工件9锻造完成。若本道次的锻压量未达到设定的锻压量L或锻造频次未达到设定的锻压频次F，且工件9此时温度小于工件9温度T1，则工件9需回炉后再锻造。达到设定的锻压频次目的是实现锻压件的平整度，满足产品要求。

各压力压力传感器用于监测各锤头的锻造压力，本道次锻造量给定由PLC控制系统6实时监测各压力传感器数值及位移传感器变化来实时动态调整来完成，本道次锻造频次的给定由PLC控制系统6实时监测逻辑运动控制器8中所采集的实际锻造频次数值变化来实时动态调整来完成。

在给定锻压量时，逻辑运动控制器8给定各伺服比例阀的开口度，从而控制和确定各主缸伸缩带动各锤头的运行速度。当通过各位移传感器监测到运行速度减小或小于各伺服比例阀的开口度对应的运行速度，则说明无法实现给定锻压量，此时需调整锻压量。

实施例8：

在实施例7的基础上，本实施例提供了一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制方法，当PLC控制系统6监测到压力传感器的数值超过锻造压力限定最大值P且锻压量尚未到达给定值L时，PLC控制系统6确定将本道次的锻压量减小至L1，锻造频次减少至F1，同时PLC控制器将新的锻压量值L1和锻造频次F1传输给逻辑运动控制器8，逻辑运动控制器8控制锤头对工件9进行锻造，完成本道次锻造，之后，PLC控制系统6得到工件9当前温度并进行比较，当工件9当前温度大于工件9温度T1时，PLC控制系统6控制进入下一道次锻造循环，直到满足锻造量L和锻造频次F，锻造循环结束，完成工件9锻造。如图3所示。

本道次锻造完成后，下一道次是否进行是通过锻压量和锻造频次与工艺值比较以及工件9温度的数值变化来确定。

实施例9：

在实施例7的基础上，本实施例提供了一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制方法，所述工件9包括圆轴类工件和异性类工件。

本实用新型通过PLC控制系统6根据工件9产品形状等参数智能结合锻造所用锤头数，实现既能对圆轴类工件进行精整拔长，又能对异形件进行锻造。并且在各道次锻造中相应的锻造量和锻造频次自适应匹配，提高了锻造的生产效率以及工件9产品的性能质量，大幅减低了人工和生产成本。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (6)

1.一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，其特征在于：包括PLC控制系统（6）、HMI人机界面（7）、逻辑运动控制器（8）、位移传感器和激光测温仪（5），所述HMI人机界面（7）储存有工件（9）模型和工件（9）工艺数据库，所述激光测温仪（5）固设于机架框架的上方，所述锤头锻造单元为四个，所述锤头锻造单元包括锤头和主缸，所述位移传感器设于主缸内，所述锤头和主缸的活动端连接，所述主缸通过管线与液压泵站（10）的供油口连通，所述管线上设有伺服比例阀和压力传感器；

所述HMI人机界面（7）、逻辑运动控制器（8）、压力传感器和激光测温仪（5）均与PLC控制系统（6）电信号连接，所述伺服比例阀和位移传感器均与逻辑运动控制器（8）电信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，其特征在于：四个锤头锻造单元分别为上锤头锻造单元（3）、下锤头锻造单元（4）、左锤头锻造单元（1）和右锤头锻造单元（2），所述左锤头锻造单元（1）、右锤头锻造单元（2）对称安装在机架框架的水平中心线上，所述上锤头锻造单元（3）、下锤头锻造单元（4）对称安装在机架框架的垂直中心线上。

3.根据权利要求1所述的一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，其特征在于：所述工件（9）模型包括待锻造工件（9）的宽度、厚度、高度与所用锤头数量及产品锻造量的对应关系。

4.根据权利要求1所述的一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，其特征在于：所述工艺数据库包括待锻造工件（9）的合金参数和物理性能以及与锻造频次的对应关系。

5.根据权利要求1所述的一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，其特征在于：所述HMI人机界面（7）和运动逻辑控制器均与PLC控制器通过TCP/IP通讯进行数据交互。

6.根据权利要求1所述的一种四锤头径向锻造液压机自适应锻造控制系统，其特征在于：所述PLC控制系统（6）包括控制器、数字量输出模块和模拟量输入模块，所述数字量输出模块和模拟量输入模块均与PLC控制器电信号连接，所述PLC控制器与运动逻辑控制器电连接。

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