馮若愚 陳桂華

摘要：本文將詳細(xì)介紹PLC技術(shù)的整體概況，通過調(diào)查與研究找出PLC凸輪模鍛的制作工藝，并在PLC技術(shù)的影響下開展凸輪模鍛智能控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容包含整體設(shè)計(jì)、程序研究及人機(jī)界面控制等，從而加強(qiáng)其智能控制系統(tǒng)的整體運(yùn)行水準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：PLC;凸輪模鍛;智能控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD637 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）09-0121-02

0 ?引言

凸輪通常采用滑動(dòng)件或機(jī)械回轉(zhuǎn)，其在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)將滾輪傳遞給自由運(yùn)動(dòng)中的針桿。借助凸輪中的相應(yīng)結(jié)構(gòu)可依照當(dāng)前運(yùn)動(dòng)需求輸出多種運(yùn)動(dòng)形式，因而在機(jī)械設(shè)備內(nèi)的運(yùn)用較為廣泛。技術(shù)人員可利用凸輪成形的方法將其鍛造成形，并運(yùn)用到智能控制系統(tǒng)中。

1 ?PLC系統(tǒng)的整體概況

在計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展下，PLC的功能也變得越來越多，其使用也更加方便，PLC系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境的要求較高，若其運(yùn)作環(huán)境較惡劣，如安裝使用不當(dāng)、電磁干擾嚴(yán)重、沖擊或振動(dòng)力較強(qiáng)、濕度過大、周圍溫度過高等都會(huì)影響該系統(tǒng)的正?？刂婆c運(yùn)行，若不采用合適的管控措施將極易使該系統(tǒng)出現(xiàn)故障，其可靠性也會(huì)極大降低。PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力較重要，其影響著工業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性。具體來說，PLC控制系統(tǒng)主要由工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與PLC組成，其中生產(chǎn)設(shè)備主要囊括了繼電器、多類開關(guān)、接觸器、安全保護(hù)、儀表、傳感器、極限位置、電動(dòng)機(jī)、信號(hào)線與地線等，而PLC則由中央處理器、擴(kuò)展機(jī)箱、主機(jī)箱、外部設(shè)備或相關(guān)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。若在PLC系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障，PLC發(fā)生故障的幾率僅有5%，多數(shù)情況則為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)生故障，影響PLC控制系統(tǒng)安全性的要素多為與PLC連接較緊密的輸出、輸入設(shè)備的可靠性。

2 ?PLC作用下的凸輪模鍛的制作工藝

在分析PLC作用中凸輪模鍛的制作工藝前，技術(shù)人員需掌握凸輪模鍛的工作程序，具體來說，圓棒料在下料機(jī)中進(jìn)行下料并開展毛坯件的加工，該毛坯在完成加熱處理后需達(dá)到一定的溫度，進(jìn)而在鍛模機(jī)中開展鍛模成形工作。此后，技術(shù)人員開展切邊工序，其主要工作步驟為在切邊機(jī)中實(shí)行切邊處理，并及時(shí)剔除掉毛刺，進(jìn)而適時(shí)開展熱處理，即在熱處理爐內(nèi)撤去相應(yīng)應(yīng)力，在清理設(shè)備內(nèi)開展異物處理工作，該異物的來源為爐渣或熱處理后的氧化皮等，增強(qiáng)凸輪外觀的光亮性。在完成相關(guān)工作后，工作人員需對(duì)完工后的產(chǎn)品進(jìn)行檢查，只有該凸輪達(dá)到相應(yīng)要求且檢查合格后才能放置到存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)。若該產(chǎn)品未能通過檢查或發(fā)生變形要對(duì)其立即校正，并再次開展相應(yīng)的檢查與入庫(kù)程序，該凸輪模鍛才可運(yùn)用到智能控制系統(tǒng)內(nèi)，其工序與整體質(zhì)量才會(huì)達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

一般來講，在進(jìn)行凸輪的加熱、切邊、鍛造與熱處理時(shí)，技術(shù)人員需嚴(yán)格控制該四項(xiàng)工序中的相關(guān)參數(shù)，使凸輪的質(zhì)量控制達(dá)到最大化。比如，對(duì)于加熱溫度而言，其應(yīng)嚴(yán)格控制在1225-1235℃之間，且保溫時(shí)間達(dá)到30min，其鍛模時(shí)間也要控制在2.5s左右，其鍛模力要保持在36-40MN間，切邊力度只有達(dá)到3.4MN左右，其水準(zhǔn)才能改善凸輪外觀。當(dāng)技術(shù)人員對(duì)鍛模進(jìn)行熱處理時(shí)，其溫度最好保持在845℃，并在加熱20min后用淬火油冷，再借助187℃的油水加熱100min后開展回火空冷，在保持30min后再實(shí)行回火空冷300min即可。在開展此四道工序的過程中，從數(shù)據(jù)到凸輪或鍛模的形態(tài)都要進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保其數(shù)值的精準(zhǔn)度，進(jìn)而改善凸輪模鍛的制作質(zhì)量，其各項(xiàng)工作流程，如圖1所示。

3 ?在PLC作用下凸輪模鍛智能控制系統(tǒng)的研究措施

在進(jìn)行正式的智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究前，技術(shù)人員應(yīng)掌握PLC控制系統(tǒng)與凸輪模鍛的聯(lián)系，具體來說，在優(yōu)化其智能控制系統(tǒng)時(shí)采用PLC能最大化的發(fā)揮出該系統(tǒng)的控制優(yōu)勢(shì)，從而改善工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、提升生產(chǎn)效率，也能使該控制系統(tǒng)的運(yùn)行更為穩(wěn)定。利用PLC控制系統(tǒng)技術(shù)人員可掌握凸輪模鍛智能控制系統(tǒng)中的多項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)的變化，如切變力、鍛模力、模鍛、溫度等，繼而增強(qiáng)該類材料的利用效率，穩(wěn)定與提升其衍生出的產(chǎn)品質(zhì)量等。

3.1 凸輪模鍛的系統(tǒng)性設(shè)計(jì) ?在了解了凸輪模鍛主要的工藝流程后，技術(shù)人員需逐步提升其關(guān)鍵程序中的技術(shù)水準(zhǔn)，比如，在該工藝流程中模鍛、加熱、熱處理與切邊極為重要，其內(nèi)部程序的控制水平將直接影響著凸輪模鍛的整體質(zhì)量，因而技術(shù)人員要對(duì)該程序內(nèi)的參數(shù)實(shí)行科學(xué)化控制。通常來講，模鍛、加熱、熱處理與切邊程序?qū)⒎謩e與模鍛力、熱溫度、熱處理溫度與切邊力等參數(shù)對(duì)應(yīng)，在進(jìn)行智能化控制時(shí)技術(shù)人員需采用合適的設(shè)計(jì)方案。如圖2所示，該設(shè)計(jì)方案中的主要設(shè)備有PLC電控柜、力傳感器、溫度傳感器、液壓系統(tǒng)、熱處理爐、切邊機(jī)、模鍛機(jī)與電控加熱爐構(gòu)成。在PLC電控系統(tǒng)內(nèi)其主要組成為功率調(diào)整器、人機(jī)界面、觸摸屏與PLC系統(tǒng)等，在采用控制系統(tǒng)的過程中，技術(shù)人員借助模塊中的模糊算法對(duì)熱處理內(nèi)的加熱爐或電控加熱爐進(jìn)行精準(zhǔn)控制，在開展系統(tǒng)控制的過程中及時(shí)運(yùn)用加熱爐內(nèi)的功率調(diào)整器改進(jìn)其內(nèi)部的輸出功率，針對(duì)液壓系統(tǒng)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率也要實(shí)行嚴(yán)格控制。在完成功率調(diào)整器的高效控制后，系統(tǒng)管理人員可精準(zhǔn)控制該智能系統(tǒng)內(nèi)的液壓系統(tǒng)、電控與熱處理的加熱爐，從而使其輸出的切邊力、模鍛力、熱處理或加熱溫度的數(shù)值更加精準(zhǔn)。

此外，技術(shù)人員還需通過實(shí)時(shí)監(jiān)控來了解溫度傳感器內(nèi)的溫度，并將該數(shù)值傳輸?shù)絇LC電控系統(tǒng)內(nèi)，借助該電控系統(tǒng)的合理運(yùn)算后，可實(shí)時(shí)調(diào)整其加熱輸出功率，繼而改進(jìn)智能系統(tǒng)內(nèi)部的溫度控制。相較于溫度控制，切邊力與模鍛力的控制方法與其相似，可通過傳感器及時(shí)監(jiān)測(cè)切邊與鍛模過程中的數(shù)據(jù)，將變化中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞到PLC系統(tǒng)內(nèi)，再經(jīng)過多重運(yùn)算后控制與調(diào)整液壓系統(tǒng)內(nèi)的輸出功率，進(jìn)而精準(zhǔn)控制與監(jiān)測(cè)切邊力、模鍛力等數(shù)值，保證智能控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

3.2 控制系統(tǒng)內(nèi)的程序研究

3.2.1 設(shè)計(jì)PLC控制程序 ?依照技術(shù)人員設(shè)計(jì)完成的智能系統(tǒng)的控制方案，技術(shù)人員還要了解在系統(tǒng)實(shí)行智能控制時(shí)的PLC程序。在PLC控制程序內(nèi)利用人機(jī)界面可清楚顯示智能控制系統(tǒng)內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)，如熱處理或加熱爐中的切邊力、模鍛力與溫度等，其內(nèi)部主要工序內(nèi)的關(guān)鍵參數(shù)借助輸入系統(tǒng)將數(shù)值傳輸?shù)絇LC電控柜內(nèi)，通過電控柜中的控制模塊將力信號(hào)或溫度快速傳遞回PLC控制系統(tǒng)內(nèi)，再將當(dāng)前數(shù)值與原來設(shè)定好的數(shù)值進(jìn)行比較后，可利用PID中的模糊控制算法計(jì)算出相應(yīng)的微分、積分與比例等，并依照該計(jì)算出的數(shù)值進(jìn)行輸出量的控制。為提升PLC系統(tǒng)對(duì)輸出量的控制度，技術(shù)人員可將輸出控制量變?yōu)槟M量信號(hào)，其數(shù)值需保持在4-20mA之間，并輸出實(shí)際模擬信號(hào)將其發(fā)送到液壓系統(tǒng)中的電控加熱絲或功率調(diào)整器內(nèi)，進(jìn)而達(dá)成對(duì)輸出功率與加熱功率的控制，其具體過程，如圖3所示，在完成此項(xiàng)數(shù)值控制后，技術(shù)人員也可精準(zhǔn)掌控?zé)崽幚頊囟?、切邊力、模鍛力與加熱溫度等數(shù)值。

3.2.2 加強(qiáng)智能系統(tǒng)的流程控制 ?對(duì)于凸輪模鍛的控制流程而言，在開啟設(shè)備前，技術(shù)人員需設(shè)定自動(dòng)檢測(cè)程序，比如，在測(cè)試加熱爐溫度前應(yīng)設(shè)定好合適的加熱時(shí)間，并對(duì)其溫度的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。若加熱爐的溫度還沒能達(dá)到該數(shù)值，技術(shù)人員通過人工法即按動(dòng)按鈕開展升溫加熱;在加熱爐溫度達(dá)到其設(shè)定值時(shí)需及時(shí)測(cè)試并了解模鍛力。若模鍛力數(shù)值沒能達(dá)到設(shè)定要求時(shí)，技術(shù)人員需開啟液壓系統(tǒng)利用其內(nèi)部的電機(jī)功率來增減相應(yīng)功率值，在完成液壓系統(tǒng)輸出功率的控制后，依照模鍛壓力值可找出模鍛力。在模鍛力達(dá)到相應(yīng)要求后，工作人員應(yīng)適時(shí)檢測(cè)切邊工序，并找出切邊力。相較于模鍛力的控制方法，切邊力的控制檢測(cè)方式與之相似，在應(yīng)力未達(dá)到相應(yīng)條件時(shí)，工作人員要開啟液壓系統(tǒng)并調(diào)整其切邊電機(jī)內(nèi)的輸出功率，從而合理的控制切邊力。此后，技術(shù)人員可進(jìn)行熱處理檢測(cè)，找出其熱處理爐內(nèi)的溫度，相較于加熱爐，二者的控制方式相同，借助溫度加熱按鈕開展熱處理爐的溫度加熱，當(dāng)達(dá)成程序設(shè)定的條件后，可及時(shí)開展熱處理，并進(jìn)行下料的輸送與清理工作。在控制系統(tǒng)運(yùn)行的流程期間，工作人員需實(shí)時(shí)掌控加熱、熱處理、切邊與模鍛等工序的關(guān)鍵參數(shù)。

3.3 加強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)部人機(jī)界面的控制 ?技術(shù)人員還需加強(qiáng)人機(jī)界面的系統(tǒng)控制，具體來說，為將凸輪模鍛的效果呈現(xiàn)的更加直觀，還可將PLC程序中的結(jié)果展示在人機(jī)界面中。在設(shè)計(jì)人機(jī)界面期間技術(shù)人員需將PLC控制系統(tǒng)與人機(jī)操作系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)巧妙融合，進(jìn)而完成二者的通訊連接，由于兩者的操作屬相互獨(dú)立狀態(tài)，其數(shù)據(jù)雖會(huì)有聯(lián)系但卻互不干擾。將智能系統(tǒng)內(nèi)的人機(jī)界面改造成熱處理與加熱爐溫度控制系統(tǒng)，并適時(shí)了解其內(nèi)部變化的溫度，制作出與其溫度變化值相關(guān)的曲線，進(jìn)而掌握切邊力與模鍛力值與曲線。在完成主要程序關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)定后，技術(shù)人員應(yīng)將其設(shè)定數(shù)值輸入到PLC系統(tǒng)內(nèi)，在PLC控制系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的接收后可利用模糊控制算法進(jìn)行微分、積分、比例的計(jì)算，并將生成的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭簤嚎刂葡到y(tǒng)、切邊系統(tǒng)、模鍛系統(tǒng)與熱處理、加熱爐中的溫度控制器內(nèi)，從而較好地控制各系統(tǒng)內(nèi)部的參數(shù)值[2]。此外，在人機(jī)界面中技術(shù)人員還應(yīng)對(duì)熱處理后的冷卻時(shí)間、熱處理時(shí)間、模鍛時(shí)間與加熱爐內(nèi)的保溫時(shí)間進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，對(duì)其系統(tǒng)內(nèi)部衍生的主要程序的關(guān)鍵步驟進(jìn)行采取精準(zhǔn)控制，從而加強(qiáng)智能控制系統(tǒng)的運(yùn)行水平。在研究凸輪模鍛控制系統(tǒng)的過程中，技術(shù)人員還針對(duì)其部分參數(shù)設(shè)計(jì)了警報(bào)功能，在發(fā)生不良狀況或生產(chǎn)出現(xiàn)異常時(shí)部分參數(shù)會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，提升對(duì)工藝參數(shù)的控制度。

4 ?總結(jié)

綜上所述，凸輪模鍛的工序流程較復(fù)雜，在開展系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)時(shí)，技術(shù)人員需嚴(yán)格遵照其設(shè)計(jì)流程與每道工序順序，才能保障該系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)水平，只有對(duì)其主要程序的關(guān)鍵參數(shù)實(shí)行準(zhǔn)確控制，保證其各項(xiàng)數(shù)值的精準(zhǔn)，才能利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)的整體發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李劍，王皖君.基于PLC的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸熱鍛智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].熱加工工藝，2020，49（17）：90-94.

作者簡(jiǎn)介：馮若愚（1986-），男，河南漯河人，本科，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化。