PLC在机械压力机控制中的应用_开题报告

交流伺服电机驱动的研究是未来装备制造业发展的一个新领域，开发基于伺服电机驱动的压力机将成为压力机发展的一个趋势。伺服压力机的技术革新，主要体现在其动力源的变革成熟上。在其产生发展的历史上，这一直是研究生们孜孜以求的首要难题。几十年来，动力源的变革与调控技术的进步己成为科学界的热点难点。事实上很早就有国外研究者想到把伺服电机作为压力机的新驱动，但由于当时自动控制伺服电机容量不够大而无法成功。伴随着大容量伺服电机的研发应用，上述设想成为现实，能够成熟地作为机械加工设备的主驱动，且在此基础上组建了伺服驱动系统。着眼于伺服传动上述的颇多优点，国内国际学术界和生产制造企业就其应用价值进一步加大了研究力度。

（一）国内研究现状

如今，随着我国经济的快速增长，对先进制造技术的迫切需求，对高精度、高质量、高效率的大型伺服压力机的需求不断增加。以汽车制造行业的冲压件为例，正在以每年25%的速度高速增长，对机械压力机提出了新的挑战。重工业加工制造一直是我国科技研发领域的薄弱环节，尤其是压力机设计制造技术远远落后国际先进水平，近些年国家积极推动原始创新，加大人力财力的投入力度，同时与国际先进企业联合开展设计研究，该领域的国内企业乘势而上，努力吸收消化国外先进成熟的设计理念并不断打破瓶颈、积极创新，奋起直追国际先进水平，以至于在较短时间内我国在该领域的装备水平获得明显提高，并在国际市场占据了一席之地在伺服压力机的研究领域，我国一直积极进行着研究开发工作，陆续有多种型号和规格的压力机产品推出，在多个领域填补了国内的空白。台湾金丰、协易及中国济二、齐二、广锻、江苏中兴西田数控等亦有伺服冲床相关产品，产品冲压能力己达10000KN;其中江苏中兴西田数控为中、日两国所共同投资，全力发展伺服数控冲床。

国内数控压力机的研制工作起步较晚，水平也较低。上海第二锻压机床厂曾在1976研制出硬件连接数控(NC)步冲压力机，其板料进给系统由电液脉冲马达驱动。在从国外引进大量的数控压力机后，国内对其技术进行了消化、吸收及国产化工作，在科研人员的努力下，国产压力机装备水平也有了一定的提升。如北京机床研究所与天津重型机器厂联合生产了国内第一台大型数控压力机，通过伺服闭环系统，实现了高精度的位置、压力控制，并配有人机界面。浙江锻压机械有限公司也成功研制JZ21K-110型1100kN开式数控快速返程压力机，该机是以普通的开式曲柄压力机为基型，在传动系统中增设多连杆机构，在控制系统中增加数控系统设计而成。该机在结构、性能、操纵控制等方面均处于同类压力机领先水平

以广州锻压机床厂为例，该厂自20世纪90年代进行压力机的研发工作，先后开发出多种机械结构的压力机，并在近年推出了一款轴杆式伺服压力机，该压力机采用齿轮传动结构作为传动机构，最大冲击力达到6300kN。该企业还积极与高校展开联合研发工作，与高校在几年前合作研制的系列肘式结构压力机，通过混合肘杆、连杆机构带动滑块工作，最大规格达到630t。其研制开发的混合式伺服压力机，通过异步电机和伺服电机同步工作，驱动方式灵活可选，在需要普通运行轨迹时由异步电机经减速装置驱动，需要实现灵活曲线时由伺服电机通过指令调节来驱动，具有极大的灵活性和驱动能力。作为国内冲压行业的领军企业，济南二机床不断加强自主创新，在压力机研发方面一直走在国内的前沿，在2007年开发出一款大功率伺服压力机，可以通过对伺服电机的精确控制实现滑块位移和速度的精密控制。尤其可以在工作和空载时采用不同的运行速度，可以极大的提高其工作效率。

2008年，该企业推出一款混合动力驱动的伺服压力机，该压力机的工作控制采用全软件控制。今年，济南第二机床厂成功研制出冲压力可达25000kN的大型伺服压力机，该压力机为国内首台，处于世界领先水平，主要用于汽车覆盖件领域。台湾协易成立于1962年，历经50年的发展，协易己奠立了在全球冲床设备制造业的领先地位.作为国内压力机研发的龙头之一，齐二机床车通过与国外领先厂家技术引进和自主研发相结合的方式实现自己的技术升级，先后吸收和掌握了日本、瑞典、德国等多家伺服压力机生产企业的压力机技术。在2008年推出的全数字伺服压力机，打破了国外的技术优势，代表了国内的最高水平。自80年代末开始的叶云岳就着手研发直线伺服电机为动力的锻冲加工设备，己经较好地达到了直线电机带动小吨位压力机的目标。目前己可以小规模制造较小吨位多种型号的压力机，尚不具备更大吨位压力机的制造条件。    台湾压力机行业与大陆市场形成了鲜明对比，不仅在上世纪七八十年代即实现了主要成形设备的自给自足，并依靠质优价廉的优势在世界市场上占有越来越大的份额，每年有80%的锻压机床成功销往世界市场，并造就了一批优秀的锻压设备制造企业，金丰企业、协易(SEYI )机械两家公司先后跻身世界锻压企业前十名。2003年，金属工业研究发展中心与日本大同机械制作所进行策略联盟，在较为传统的C型冲床和自动化精密压力机生产领域，不断进行技术创新，与大陆始终保持近五年的技术差距。

（二）国外研究现状

自从上个世纪末，日美欧等发达国家对伺服压力机的研究处在一个较高的水平。伺服压力机尤其在日本进入了获得了极大的发展。随着伺服压力机投入广泛使用，在材料加工领域如汽车制造等表现出的在加工复杂高精零件的优越性，进一步推动了压力机的研发和应用，日益成为未来制造业发展的重要设备之一。日本占据了伺服压力机生产研究及市场化等领域的国际领先地位，掌握着先进伺服压力机的先进技术，其多家压力机生产企业前后生产了传动结构各异、规格不同且能满足多样化需求的伺服压力机，在国际尖端压力机市场居于领军地位，取得了可观的商业效益。从近二十年前日本会田公司就开始率先研制大功率伺服压力机，且在1997年成功向市场发售NSI-D系列产品。该系列产品相比于以往的同系列压力机有很大的不同，其自主研发的大功率伺服电机通过齿轮传动直接驱动曲柄连杆机构工作。以此为技术基础，其独立研究的伺服驱动技术性能优良，其单台可产生高达300t的滑块冲压力。日本小松公司从1993年开始投入研究大功率伺服压力机，经过将近四年的研究，积累了丰富的开发经验，推出了多种型号的大型伺服压力机，其多采用伺服电机带动螺杆、带轮或齿轮驱动滑块的六连杆肘杆机构进行工作。实际应用的H1F系列锻冲公称吨位最高可达200t，H2F系列则包括了锻冲公称吨位则最高可达300t的多种规格品牌。日本网野公司是一家伺服压力机制造企业，自1995年开始投入压力机的研发工作，目前己经具备了生产多种规格压力机的能力。可以根据客户定制，生产曲柄连杆式、机械连杆式和液压伺服式等多种类型的压力机。

欧洲企业在伺服压力机研发上处于较高水平，其中德国公司则处于领军地位。包括舒勒、凯撒，舒勒公司于2007年世界机床设计制造大会上推出了250}360t的一系列新型大吨位压力机产品。三年后，该公司又成功研制了新一代伺服驱动机械压力机。

美国学者希沃布里和尤瑟夫教授研究了直接通过伺服交流电机作为主传动的对称肘杆压力机，进一步改善了其工作结构，优化选取了部分关键的物理参量，在此基础上设计出30t的机械对称驱动压力机。

Yaen和Chan建立了一种变转速曲柄滑块冲床，该机床由伺服电机直接驱动，可以根据不同的冲压加工需要，冲床能够提供不同的输入转速。

采用了美国HELM公司的数控系统，使主机具有以下功能：菜单式显示和设定压力机工作状态：实时显示曲轴转动角度、滑块运行速度与冲压力；冲压速度实现数字化设定；显示并控制制件计数；可在线编程电了凸轮；高速模具保护接口;具有光线式安全保护装置；中英文自动显示故障原因并提示诊断方法；可设定各类安全密码；可配置装模高度传感器，实现装模高度闭环控制；可配置送料伺服系统。

由于JZ21K-110型压力机具备上述滑块的运行特性和数字化技术，故除能适应一般的冲裁、落料、弯曲等冲压工序外，结束了在机械压力机上只能进行浅拉深的历史，并能保证拉深件质量。而整机所具备的各项性能，更使开式压力机在数字化、宜人化、自动化方向迈进了一大步。

二、^范文提纲

1.引言

2.控制系统相关理论基础

2.1控制系统特点

2.2控制系统安全功能

3.控制系统组成

4.基于PLC的机械压力机的控制系统设计

4.1 系统硬件

4.2 PLC选型

4.3编程软件及程序语言的选用

4.4接线设计及外围元件选型

4.5电气柜的布线

4.6 P LC逻辑控制器的程序备份

结论

三、参考文献

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