1250吨组合框架式数控液压机控制系统的设计与开发.pdf

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1、南京理工大学硕士学位论文1250吨组合框架式数控液压机控制系统的设计与开发姓名：苗可申请学位级别：硕士专业：航空宇航制造工程指导教师：陆宝春20090525硕士论文12 5 0 吨组合框架式数控液压机控制系统设计与开发摘要框架式数控多点压边液压机的市场需求日益增长，而目前国内在这一领域的研究尚处于起步阶段，设计方法陈旧，性能远落后于国外同类产品。本文综合运用现代化设计方法、先进工控技术与网络技术，研究设计了1 2 5 0 吨组合框架式数控液压机控制系统，为形成具有自主知识产权的性价比高的框架式数控液压机系列产品和产业化奠定基础文章首先分析了框架式数控多点压边液压机国内外研究现状与发展趋势，指出

2、了其不足之处，并提出了解决的关键技术与方法。其次，通过分析液压机工艺流程与设计指标，采用模块化设计方法，构建了基于P L C 与工业触摸屏的液压机控制系统整体结构。针对柔性化数控多点压边控制问题，文章提出了变压边力闭环控制方案，设计了基于位置匹配的离散压边力选择算法与液压机自适应压力精度补偿算法。针对液压机远程监控与维护问题，文章设计开发了基于G S M 的远程通信模块，提出了基于多层模糊匹配的液压机状态评价方法。最后基于M C G S 平台设计了人机界面，本着人性化，实用性，符合人机工程学要求的原则，采用“辐射结构”，以控制中心界面为核心，“辐射”其余功能界面，实现良好的可操作性。本控制系统

3、通过调试，运行状况良好，成功应用于1 2 5 0 吨组合框架式数控液压机样机，该样机通过济南铸锻所国家液压机产品检测中心检测与江苏省科技厅专家组验收。关键词：模块化设计，变压边力，远程维护，位置匹配，精度补偿，G S M，模糊匹配A b s t r a c t硕士论文A b s t r a c tT h em a r k e td e m a n do fF r a m eC N CM u l t i p o i n tB l a n k-H o l d e rH y d r a u l i cM a c h i n e si sg r o w i n g，b u tt h ec u r r

4、e n tr e s e a r c ho fo u rc o u n t r yi nt h i sa r e ai ss t i l la tt h ei n i t i a ls t a g e，t h em e t h o do fd e s i g ni so l da n dt h ep e r f o r m a n c ei sf a rb e h i n dt h ef o r e i g ns i m i l a rp r o d u c t s I nt h i sd i s s e r t a t i o n，t h r o u g hm a k i n gc o m

5、p r e h e n s i v eu s eo fm o d e md e s i g nm e t h o d s，A D v a n c e di n d u s t r i a lt e c h n o l o g ya n dn e t w o r kt e c h n o l o g y,ar e s e a r c hh a sb e e nm A D eo nt h ec o n t r o ls y s t e mo f12 5 0t o n sC o m p o s i t eF r a m eN u m e r i c a lC o n t r o lH y d r a

6、 u l i cM a c h i n e sf o rl a y i n gt h ef o u n D A t i o nf o rf o r m m i n gt h ei n d u s t r i a l i z a t i o no fo u ro w ni n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t sh i g hc o s t e f f e c t i v eF r a m eC N CH y d r a u l i c T h ea r t i c l ef i r s ta n a l y z e st h er e s

7、e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fF r a m eM u l t i-p o i n tC N CB l a n k H o l d e rH y d r a u l i cM a c h i n e sh o m ea n da b r o A D T h ei n A D e q u a c i e sw e r ep o i n t e do u t，a n dt h ek e yt e c h n o l o g ya n dm e t h o d st os o l v ew e r ep u tf o r w a r d I h es e

8、 c o n d，a c c o r d i n gt oa n a l y z i n gt h eT e c h n o l o g i c a lP r o c e s sa n dT e c h n i c a lS p e c i f i c a t i o no fH y d r a u l i cM a c h i n e，u s i n g“m o d u l a rd e s i g na p p r o a c h”，t h eo v e r a l ls t r u c t u r eo fH y d r a u l i cC o n t r o lS y s t e m

9、b a s e do nP L Ca n di n d u s t r i a lt o u c hs c r e e nw a sc o n s t r u c t e d A c c o r d i n gt ot h eF l e x i b l eC N CM u l t i p o i n tB l a n k H o l d e rc o n t r o lp r o b l e m，t h eC l o s e d l o o pC o n t r o lP r o g r a m sf o rV a r i a b l eB l a n k-h o l d e rF o r c

10、 ew a sp r o p o s e d，a n dt h ed i s c r e t eB H Fa l g o r i t h mb a s e do np o s i t i o nm a t c h i n ga n dt h eA D A p t i v ea c c u r a c yc o m p e n s a t i o na l g o r i t h mf o rH y d r a u l i cw e r ed e s i g n e d A c c o r d i n gt oH y d r a u l i cr e m o t em o n i t o t i

11、 n ga n dm a i n t e n a n c ep r o b l e m，t h eG S M b a s e dr e m o t ec o m m u n i c a t i o n su n i ta n de v a l u a t i o no ft h eH y d r a u l i cb a s e do nM u l t i l a y e rf u z z ym a t c h i n gh a v eb e e nd e s i g n e da n dd e v e l o p e d I nt h ee n dt h em a n m a c h i n

12、 ei n t e r f a c eb a s eo nt h es p i r i to fh u m a n i t y,p r a c t i c a l i t y,e r g o n o m i c sr e q u i r e m e n t sw a sd e s i g n e do nM C G Sp l a t f o r m，i nw h i c ht h e s t r u c t u r a lr A D i a t i o n”h a sb e e na p p l i e d A st h ec o r ei n t e r f a c e，t h eC o n

13、 t r o lC e n t e rr A D i a t e st h er e s to ft h ef u n c t i o n a li n t e r f a c e，t h o u g hw h i c ht h ei n t e r o p e r a b i l i t yC a nb er e a l i z e dw e l l T h r o u g ht h ec o m m i s s i o n i n g，t h ec o n t r o ls y s t e mi sr u n n i n gw e l la n d h a sb e e nu s e di

14、 nt h ep r o t o t y p eo f12 5 0t o n sC o m p o s i t eF r a m eN u m e r i c a lC o n t r o lH y d r a u l i cs u c c e s s f u l l y T h i sp r o t o t y p eh a sp a s s e dt h ed e t e c t i o ni nJ i n a nC a s t i n ga n dF o r g i n ga n di n s p e c t i o no f J i a n g s uP r o v i n c eS

15、c i e n c ea n dT e c h n o l o g yA g e n c y K e yw o r d s：m o d u l a rd e s i g n，V B H F,r e m o t em a i n t e n a n c e，p o s i t i o nm a t c h i n g，I la c c u r a c yc o m p e n s a t i o n，G S M，f u z z ym a t c h i n g声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成

16、果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：御砂年6 月谚日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：多弓卅年6 月丞目硕士论文1 2 5 0 吨组合框架式数控液压机控制系统设计与开发1 绪论1 1 课题研究背景近年来，国外对框架式数控液压机进行了深入研发13|。如德国著名的M U L L E R

17、W E I N G A R T E N 公司和S M G 公司，对单动拉深数控液压机的液压垫四角压边力进行数字化控制，以提高拉深成形的柔性化和智能化。德国著名的S C H U L E R 公司还将数控四角压边这一共性技术用于单动拉深机械压力机上。数控多点压边技术具有显著的技术经济效益，可使生产试验成本降低5 0，降低对模具研配和板材性能的要求，缩短试模时间，提高生产效率和制件质量。框架式数控多点压边单动拉深液压机及其系列产品在国外已比较完善和成熟，而在国内基本上处于空白状态。国内的高端用户，基本上全盘选购国外设备，或者由国内主机厂制造机体而核心部分全部购买国外产品配套，经济代价极大(仅进口一套

18、四角压边电液比例控制系统就高达5 0 万美元)。国内现状是：没有建立在现代设计方法和先进的液电技术、网络技术及其控制基础上的完整的单动拉深液压机系列，与国外同类产品相比有较大差距。主要差距是：产品设计以类比为主，整个系列缺少经优化设计的模块化架构；技术参数指标主要是空程速度和工作速度偏低；关键大件机械加工受装备条件所限，精度储备量不高，进而影响整机精度；基本上不含成形生产所需的柔性化数控多点压边技术，和有助于用户的远程监控技术；在整机可靠性即平均无故障运行时间等方面也存在差距。与国外同类产品相比，国内产品虽有价格优势，但只是在中低档的层面上应对国内需求 4】5 1。中国正由制造大国转为制造强国

19、，由产业链的低端转向产业链的高端，对制造装备的需求也将由中低档转向中高档，尤其是汽车制造业对数控化制造装备的需求愈来愈高。国内迫切需要在学习国外的先进技术思想，通过对同类技术装备实现集成创新，形成具有中国特色和自主知识产权的性价比高的框架式数控多点压边单动拉深液压机。为解决国内对框架式数控液压机日益增长的市场需求与技术落后的矛盾，瞄准国外同类产品的技术指标、特征和特点，2 0 0 7 年江苏省科技厅设立了“新型框架式数控多点压边单动拉深液压机研制”科技攻关项目，该项目由南通锻压设备有限公司与南京理工大学共同协作完成。本课题的研究作为该项目的重要组成部分，采用现代设计方法，综合运用先进工业控制技

20、术与网络技术，旨在实现框架式数控液压机系列化与产业化，进一步加强我国基础制造装备领域数字化控制技术，加速我国该产品领域技术水平进入国际先进行列，为形成具有自主知识产权的民族液压机品牌打下了一定的基础。为实现上述目的，本课题有两项关键技术必须攻克：柔性化数控多点压边控制技术与液压机远程监控与维护技术。1 绪论硕士论文1 2 变压边力控制技术国内外研究状况在1 9 7 5 年，H a v r a n e k 6 1 首先提出了确定起皱临界曲线6 V L C)的方法，他通过锥形杯的成形实验得出了起皱断裂临界曲线图。其后，H a r d 等 _ 7】提出了两种闭环控制压边力的方法：一种是在整个拉延过程

21、中，压边力恒定不变且保持在既不起皱又不至于拉裂的最小水平上；另一种是通过控制毛坯流进模腔的体积来控制压边力。实验结果表明，上述方法虽然没有增加极限拉延深度，但明显地降低了极限拉延深度对压边力变化的敏感性。随着技术的进一步发展，2 0 世纪9 0 年代初，J a l k h 掣8 1、H a r d t 等【9 J 继续用闭环控制的方法来寻求压边力的最优行程曲线，掀起了变压边力研究的热潮。压边力的控制技术发展的另一个方面是对压边装置的研究。传统的压边方式是采用刚性压边圈，这种压边圈的压边力分布近似均匀。由于汽车车身覆盖件的复杂性，拉深成形过程中金属材料的流动在各个部分是不均匀的，如果都采用恒定均

22、匀的压边力，可能导致在同一零件上同时出现起皱和拉裂的现象。为此，D o e g e 等【lo】提出采用弹性结构的压边装置来解决这个问题。1 9 9 5 年，D o e g e掣1 1】将弹性压边圈的研究和变压边力的研究综合到一起，提出两种类型的弹性压边圈：一种是橡胶类的压边装置；另一种是液压闭环控制的压边装置。介于刚性和弹性之间的一种压边圈是分段式的压边圈 12 1，9 0 年代中期，德国舒勒(S c h u l e r)公司开发了一种四点调压的液压压边装置【l3 1，这种压边装置的特点是在整个拉深过程中可以对模具4 个角的压边力进行单独控制，这对传统的压边装置是一种极大改进。由于上述四点压边

23、的压力机受到工作台面尺寸的限制，不能拉深尺寸较大的零件(如汽车车身覆盖件)，为了解决这个问题，德国S t u g g a r t 大学S i e g e r t 等【1 4】开发了多个液压缸支撑的液压拉深垫系统，在该系统中，各液压缸分别由独立的液压阀控制，各压边缸可以施加不同的压边力。在此基础上，S i e g e r t 等【1 4】又开发了计算机数字控锚J(C N C)多点液压拉深垫系统，在每个压边缸上安装高度可自动调节的装置和压力传感器，根据各压边缸的应力，由计算机自动调整顶杆的高度，实现压边力随位置和时间变化。最近一些年来，国内有许多研究人员对压边力的控制技术进行了不同程度的研究，取得

24、了丰富的研究成果。例如，上海交通大学的余海燕 15】等开发了工作台内带多点调压液压垫单动拉深液压机，而且该校的其他研究人员也取得了一些成果。此外，湖南大学的谢晖 1 6 1 等、山东大学的谭晶 1 刀等、华中科技大学的潘艺果【1 8 等、上海理工大学的徐尚德【l9】等以及燕山大学的一些研究人员【2 0】也做了相应的研究工作。这些研究中，B H F预测研究是成果典型代表。B H F 的控制基于B H F 的预测研究，预测研究的主要目的是确定B H F 的优化控制曲线。预测拉伸成形B H F 优化控制曲线的传统方法主要有两种：理论计算方法和试验法。2硕士论文12 5 0 吨组合框架式数控液压机控制

25、系统设计与开发近年来又有人把A N N 和F u z z y 等A I 理论引入B H F 最佳控制曲线的预测研究，取得了一定成果。拉伸件成形过程的智能化控制系统主要由监测、识别、预测和控制这四个基本要素构成。在拉伸过程的智能化控制中，最佳工艺参数的预测最终归结为压边力变化规律的确定，而得到压边力变化规律的理论依据是确定起皱和破裂临界条件【2 l J【2 6 1。应该看到，在这些研究成果中，变压边力工艺曲线的研究较多，但是，变压边力控制算法的研究较少，尤其是柔性化控制策略的研究成果更少。在现有的这些研究成果中，基于工控机的控制系统研究较多，基于P L C 的变压边力控制系统较少，显而易见，基于

26、工控机的控制系统在算法运算上实现较为容易，而基于P L C 的控制系统，由于P L C 的运算能力不足，其算法实现难度相对更大。1 3 制造装备的远程监控与维护国内外研究状况远程监控是国内外研究的前沿课题，国内外都展开了积极的研究【27 J L 2 引。1 9 9 7 年1 月，首届基于I n t e r n e t 的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，有来自3 0 个公司和研究机构的5 0 多位代表到会。会议主要讨论了有关远程监控系统开放式体系、诊断信息规程、传输协议及对用户的合法限制等，并对未来技术发展作了展望。由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于I n t e r

27、 n e t 的下一代远程监控诊断示范系统，这项工作同时也得到了制造业、计算机业和仪器仪表业的S u n、H P、B o e i n g、I n t e l、F o r d等1 2 家大公司的热情支持和通力配合。之后，由这些公司共同推出了一个实验性的系统T e s t b e d。T e s t b e d 用嵌入式w 曲组网、用实时J A V A 和B a y e s i a nN e t 初步形成在I n t e m e t范围内的信息监控和诊断推理。另外，许多国际组织，如M I M O S A(M a c h i n e r yI n f o r m a t i o nM a n a g

28、 e m e n tO p e nS y s t e mA l l i a n c e)、S M F P T(S o c i e t yf o r。M a c h i n e r yF a i l u r eP r e v e n t i o nT e c h n o l o g y)、C O M A D E M(C o n d i t i o nM o n i t i o na n dE n g i n e e r i n gM a n a g e m e n t)等，也纷纷通过网络进行设备监控与故障诊断咨询和技术推广工作，并制定了一些信息交换格式和标准。许多大公司也在他们的产品中加入了I

29、n t e m e t 的功能，如B e n t l y 公司的计算机在线设备运行监测系统D A t aM a n a g e r2 0 0 0 可以通过网络动态数据交换(N e tD D E)的方式向远程终端发送设备运行状态信息；著名的N a t i o n a lI n s t r u m e n t s 公司也在它的产品L a b W i n d o w s C V I以及L a b V l E W 中加入了网络通讯处理模块，因而可以通过W W W、F T P、E m a i l 方式在网络范围内进行监控数据的传送。法国“A L A R M”研究组对生产过程的智能报警和监控系统进行了长期

30、研究，并在多个项目中进行了应用。国内对于远程监控技术也开展了积极的研究 2 9 1。目前，西安交大、华中科技大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学等高校已取得了较为先进的研究成果，如西安交通大学研制的“大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统R M M D”、华中科技大学开发的“汽轮机工况监测和诊断系统K B G M D 、哈尔滨工业大学的“微计算机化机组状态1 绪论硕士论文监视与故障诊断专家系统M M M D E S”等。针对制造装备的远程监测、诊断和维护问题国外早已有了研究，如斯坦福大学建立了基于I n t c r n e t 的诊断原型系统、美国密歇根大学和威斯康辛大学共同建立的智能维护

31、系统(I M S)研究中心在智能预测诊断代理系统、T e s t b e d 应用系统和D 2 B(D e v i c et oB u s i n e s s)的研究与应用开发方面均取得了进展，成果已应用在压缩机、齿轮箱等的状态监测与故障预诊断中。目前这些研究的主要思考方式有几个弊端：由设备使用方而不是设备提供商建立设备在线监测系统，而设备使用方对设备监测、诊断和维护知识并不熟悉，他们也不愿意承担此项任务：这样的系统很难满足敏捷制造环境下虚拟企业间异地制造、异地监控的要求，其可重构性、可配置性不强；国内在这方面的研究起步较晚，研究相对较少，对于液压机的监控与维护尤为如此，一般对于液压机的监控其

32、结构特点是工控机与显示终端、可编程控制器相连，工控机主板上装有光隔离通信卡和模拟量输出板卡，光隔离通信卡分别与液压机压力数显和行程数显相连接，摸拟量输出板卡与控制液压机比例变量泵的比例放大板相连【3 0 J。该方式最大的问题是基于成熟工控模块组合而成，成本高、系统庞大，且系统的可配置性低。1 4 课题的研究内容与研究目标1 4 1 研究内容(1)框架式数控多点压边液压机控制系统总体设计在深入分析控制系统主要技术指标与液压机工艺流程基础上，提出控制系统结构，并进行模块接口设计。基于控制系统功能需求分析，进行系统功能设计。(2)框架式数控多点压边液压机数控多点压边技术研究；基于位置匹配的离散压边力

33、选择算法与液压机自适应压力精度补偿算法，采用智能P I D 闭环控制方案，实现液压机数控多点变压边力控制。(3)框架式数控多点压边液压机远程通讯与维护系统研究；本课题采用嵌入式控制、远程通信、检测监控、故障诊断、网络数据库等技术，研究开发液压机的网络化远程监控、诊断和服务技术及系统，扩大液压机的“服务”功能，实现对液压机运行状态的远程监控以及故障的远程诊断与维护，为用户提供远程加工程序下载及远程培训和咨询服务打下基础。(4)框架式数控多点压边液压机控制系统数字化集成控制与模块化设计实现；应用模块化设计方法，采用工业控制P C 与基于M C G S 的人机界面系统，基于智能P I D 控制、嵌入

34、式控制等技术，实现对单动拉深液压机的机械系统、电气系统、仪表系统、液压执行系统等硬软件的集成控制；实现对液压机可变分区压边力的同步控制和柔4硕士论文12 5 0 吨组合框架式数控液压机控制系统设计与开发性控制；开发液压机的嵌入式控制系统，实现对拉深过程的多模态控制、拉深工艺数据现场管理、现场故障报警以及液压机运行安全管理等。(5)框架式数控多点压边液压机控制系统样机研制；研制框架式数控多点压边液压机控制系统，进行相关参数性能调试与验证。1 4 2 研究目标本课题研究目标是瞄准国际、国内高性能数控液压机技术指标，综合应用现代设计方法与技术、先进的智能控制技术、现场控制网络技术等，开发出具有自主知

35、识产权的柔性化、集成化、网络化技术特征的新型框架式数控多点压边液压机。具体研究目标如下：基于框架式数控多点压边液压机主要指标与功能需求分析，设计控制系统整体方案。研究数控多点变压边力控制技术。研究液压机远程监控与维护技术。框架式数控多点压边液压机控制系统数字化集成控制与模块化设计。框架式数控多点压边液压机样机研制。1 5 章节安排全文共分为七章，章节安排如下：第一章绪论首先分析框架式数控液压机国内外研究现状与不足之处，提出了解决的关键技术和方法；接着分析了液压机变压边力控制技术与制造装备远程监控与维护技术的发展现状，指出其问题，并提出了研究方向；最后对全文内容和结构进行了介绍。第二章控制系统总

36、体设计阐述了1 2 5 0 吨组合框架式数控液压机的组成结构与工艺流程，通过分析其主要技术指标与系统功能需求，提出了控制系统的整体结构，并对该结构各模块接口进行了设计。第三章关键技术研究研究了数控多点变压边力系统，提出了变压边力闭环控制方案，设计了基于位置匹配的离散压边力选择算法与液压机自适应压力精度补偿算法。针对液压机远程监控与维护问题，设计开发了基于G S M 的远程通信模块，提出了基于多层模糊匹配的液压机状态评价方法。第四章系统硬件设计开发系统硬件选型，包括可编程控制器选型、高速计数模块选型、编码器与触摸屏选型。1 绪论硕士论文底层控制系统硬件设计与远程维护单元硬件设计。第五章系统软件设

37、计与开发基于模块化设计方法，设计了P L C 程序。基于M C G S 平台设计了人机界面，本着人性化，实用性，符合人机工程学要求的原则，采用“辐射结构”，以控制中心界面为核心，“辐射”其余功能界面，实现良好的可操作性。第六章系统调试与运行介绍压力校正方法与变压边力实际运行状况。第七章总结与展望6硕士论文1 2 5 0 吨组合框架式数控液压机控制系统设计与开发2 控制系统的总体设计2 1 组合框架式数控液压机的组成1 2 5 0 吨组合框架式数控液压机为框架式结构，由机械结构、液压系统和控制系统三大部分组成，通过液压管路及电气装置联系起来构成一整体。如图2 1 所示。图2 11 2 5 0 吨

38、组合框架式数控液压机组成图(1)机械部分机械部分由机身、主缸、液压垫、缓冲装置和锁紧装置组成。机身机身由上横梁、滑块、工作台、移动工作台、液压垫等组成。滑块安装在上横梁与移动工作台之间，采用四角八面导轨作导向上下运动，液压垫位于工作台内，滑块和移动工作台均有T 形槽，以便于模具安装。主缸主吨位由3 只油缸实现，紧固于上横梁内。活塞下端用连接法兰、螺栓与滑块联接。活塞头部之材料为铸铁，作导向用。活塞头部外圆处装有方向相反的密封圈，内有“o”型圈密封，将缸内形成上下两个油腔，缸口部分也装有密封圈，借助缸口螺母锁紧，以保证下腔密封。液压垫液压垫为钢板焊接结构，利用导板导向，内部装有三个油缸，可实现快

39、速顶出；液72 控制系统的总体设计硕士论文压垫可作顶出器，也可作拉伸垫使用。缓冲装置配备冲裁缓冲装置，实现全吨位冲裁缓冲，调节方式为人工调节。缓冲装置能有效够吸收冲裁过程中产生的液体能量，降低冲裁噪声，减少冲裁振动，改善工作环境，并有效地延长了模具和液压机的使用寿命。冲裁缓冲装置设在移动工作台两侧。锁紧装置为防止滑块下滑，在滑块上设有死点锁紧装置。该装置有限位指示与主电路互锁，以确保人员的安全。(2)液压系统液压系统由比例阀、二通插装阀、液压泵站与液压管路组成。液压泵站(动力系统)布置在液压机的顶部。动力机构由油箱、高压泵、油泵电动机组、阀组等组成。它是产生和分配工作液压而使缸体实现各种动作的

40、机构液压元器件构成。油箱为钢板焊接件，箱内装有供油洄流的隔板，前端装有长形油标，其油箱注油量不得低于油标可视部分的三分之二处，防止出现油泵吸空现象。油泵电机组油泵电机组经二通插装阀组及管路系统为主缸、顶缸、锁紧缸等执行元件提供了液压动力。二通插装阀组采用二通插装集成系统，具有液压阻力小、通油能力大、动作速度快密封性能好、阀芯不易卡阻的特点；与普通的液压控制阀相比，不但抗污染能力强、占用空间体积小，而且具有寿命长，便于调整维修等诸多优势。管路系统管路系统是各液压缸工作油液、远控调压阀及压力仪表之间的液压通路，是液压动力控制系统与液压执行部件之间的液压动力输送的必须零部件。(3)控制系统控制系统由

41、P L C、远程维护、工业触摸屏、数据采集模块与电气线路组成。2 2 组合框架式数控液压机工作流程压制工艺要求设有点动和半自动两种工作方式，手动状态控制包括滑块压制与回程，液压垫顶出与退回四个动作，相对其他状态较为简单，在流程图中就不予以体现。如图2 2 所示：硕士论文1 2 5 0 吨组合框架式数控液压机控制系统设计与开发锁紧缸松锁滑块快下滑块慢下保压延时泄压延时上滑块快回滑块慢回锁紧缸锁紧液压垫快顶液压垫慢项液压垫顶出延时液压垫退回缓冲缸顶出图2 21 2 5 0 吨组合框架式数控液压机工艺流程点动主要用于机器的调整和模具的调整，其动作有主缸压制、回程，锁紧缸锁紧、退回，夹紧缸夹紧、松开，

42、浮起缸浮起、下降，移动台前进、后退，液压垫顶出、退回，缓冲缸顶出等，按压相应按钮即得相应动作，松开按钮即停止动作。半自动方式下，只需按“双手运行”按钮，即能实现一次压制工艺过程。具体工作流程：首先起动电动机，注意电动机的转向应与泵的转向一致，否则系统不能工作，并有可能发生故障。(1)初始位置：采用“点动”动作，使滑块处于回程极限位置，S Q l 接近开关被压合；顶出活塞处于下位。(2)操作顺序先将选择开关S A l 搬于“半自动”工作位置；液压垫S A 2 搬于“自动”工作位置：锁紧缸S A 3 搬于“自动”工作位置：缓冲选择S A 5 搬于“自动”工作位置。92 控制系统的总体设计硕士论文根

43、据工艺要求将压力和相关动作延时设定好，各行程开关位置S Q l,-,S Q l O 调整好。上述操作完毕后，按压“双手运行”按钮，压机便按工艺动作程序的设定，完成下列各动作：锁紧缸松锁、滑块快速下行、慢速下行、保压延时、泄压延时、滑块快回、滑块慢回、锁紧缸锁紧、液压垫快顶、液压垫慢项、顶出延时、液压垫退回、缓冲缸顶出。至此，即完成一个半自动循环动作。2 3 控制系统需求2 3 1 主要技术指标1 2 5 0 吨组合框架式数控液压机的技术指标由南通锻压设备有限公司与南京理工大学根据用户需求，参照国外同类液压机技术指标，共同研究确定。其主要技术指标如表2 1 所示：表2 1 主要技术指标序号项目单

44、位规格l公称力斟1 2 5 0 02液压垫力k N5 x 8 0 03液压垫顶出力斟8 0 04冲裁缓冲力斟2 x 3 1 5 05液体最大工作压力M P a2 56液压垫最大行程M m4 0 07滑块最大行程M m1 3 0 08滑块下平面距工作台面最大距离n】m1 8 0 0快速下行m m s4 0 09滑块行程速度慢下m m s1 3 3 2回程m m s1 8 0 2 0 0左右m m3 8 0 01 0液压垫尺寸前后n n1 4 6 0左右n】m4 5 0 01 1移动工作台有效面积煎后n n2 2 0 01 2电机功率K w4 x 5 5+2 2+1 11 0硕士论文1 2 5 0

45、 吨组合框架式数控液压机控制系统设计与开发表2 1 给出了1 2 5 0 吨组合框架式数控液压机的主要技术指标，控制系统的设计指标应当满足或超过以上指标，系统硬件选型时应当注意这一点。2 3 2 功能需求在液压机控制系统中，系统的需求分析包括三个层级：底层控制级、现场监控级、远程维护级。(1)底层控制级功能需求夺工艺流程控制：根据液压机工作工艺流程，使得液压机安全高效运行。令数据采集与处理：自动实时采集液压机压力、流量、速度、继电器设备通断状态等数据，P L C 综合处理分析并上传至触摸屏显示。令报警与紧急事件处理：当液压机工作过程中，操作或参数设置错误，或设备出现故障，必须作出相应的报警处理

46、及紧急自动停机；夺与触摸屏及实时通信：实时把采集的数据信息上传给触摸屏，在触摸屏上显示各个设备状态。令与远程服务器通讯：出现故障，根据故障监控处理机制，将液压机状态数据打包发送到远程服务器，以便对故障进行进一步分析。(2)现场监控级功能需求液压机状态监控：触摸屏对底层故障数据分析，发出故障状态指示，操作员根据指示对液压机工作状态进行监控。夺工艺参数管理与监控：根据不同工艺状态，实现工艺参数编辑、存储与选择与实时显示。历史数据收集、归档和分析：实现液压机各项数据自动收集，存储与分析。信息集成服务：提供远程故障诊断模块的通讯接口，实现远程故障诊断维护模块与控制系统的信息集成。(3)远程维护级功能需

47、求夺状态数据接收、分析与存储：远程服务器程序能够实现远程数据接收，并分析，给出处理办法，并存储。2 4 控制系统方案设计根据现有的设备条件和实际现场情况，以高可靠性、高性价比、实用性、先进性为设计原则，进行控制系统的方案设计洲。2 4 1 控制系统的结构设计系统的控制核心为P L C，上层人机接口为工业触摸屏，通过高速计数模块与编码器测定滑块与液压垫行程；通过D A 模块将压力数字量转换为电压信号控制比例电磁阀；1 12 控制系统的总体设计硕士论文通过A D 模块采集压力数据；继电开关由P L C 直接输出控制；故障检测由P L C 完成，并将数据发送到远程通讯模块，远程通讯模块将状态数据打包

48、发送到远程服务器。通过以上简要分析结合图2 3，我们可以看出系统可以分为四个大的部分，控制核心部分P L C；人机接口部分一触摸屏；远程通讯部分远程通信模块接收端与客户端；底层数据采集与驱动部分。一一一一一一一一一一一?：现场监控级。：远程维护级I 一一远程服务器f 工艺参数管理If 故障报警ltf 系统运行监控f系统数据采集l远程维护单元(客户端)工业触摸屏fR S 2 3 2 接E 3远程维护单元令“f(接收端)十IR$2 3 2 一B DJ 雨而丽-r j 焉订i 斤滑高1fL=二三2 一L!=竺=三=竺块速扩编程口串行通讯口八+r 面而F 卜啊萜面了位斗计展+|比例阀3H 压边缸1移数

49、电路o叫比例阀4 H 压边缸2+|比例阀5 卜-叫压边缸3叫比例阀6 H 压边缸4一主缸压力表I脉模缆故障检测。八一顶缸压力表l冲块位置P L C压扩t 展电_ 幽圉寥，薮控缆控顶高制缸编速位o码斗计x 输入IY 输出 制移器数JL1 堡垫鱼!I脉口路冲丁赢圃o按钮开关继电器一压望篁!lJ几i 再矗彳刁二通插装阀一 些丝_ 虬兰f 底层控制级：二一一I图2 3 控制系统架构图P L C 与触摸屏采用编程口通讯，通讯协议为三菱编程口协议。P L C 与远程监控模块采用串行通讯，R S 2 3 2 接口。P L C 与高速计数模块采用P L C 自带功能扩展电缆连接，将编码器连接到X O、X 1

50、两口。P L C 与A D 和D A 模块采用自带扩展板连接。继电开关用P L C 输出口Y 直接驱动。2 4 2 控制系统功能设计控制系统的功能设计将1 2 5 0 吨组合框架式数控液压机功能结构分为三个部分，如图2 4 所示：1 2硕士论文1 2 5 0 吨组合框架式数控液压机控制系统设计与开发图2 4 控制系统功能结构图生产过程控制功能部分、现场监控级功能部分以及远程维护级功能部分。底层控制级功能主要是满足液压机基本运行，包括：工艺流程控制、生产过程数据采集与处理、设备状态数据采集与处理、报警与紧急事件处理。现场监控级功能主要是保证系统安全可靠运行，包括液压机运行状态监控、关键参数监控、