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在機(jī)械壓力機(jī)安全控制系統(tǒng)中，對于壓機(jī)凸輪的監(jiān)控往往是必須的。凸輪監(jiān)控主要用于監(jiān)視滑塊的位置。當(dāng)前大多數(shù)沖壓設(shè)備采用的是機(jī)械式凸輪加上接近開關(guān)的方式實現(xiàn)凸輪監(jiān)控，這樣會存在潛在的風(fēng)險，即一旦某個接近開關(guān)——如用于監(jiān)控超程位置的接近開關(guān)——出現(xiàn)故障，那么滑塊的位置便無法正確監(jiān)控，從而發(fā)生滑塊超過預(yù)期位置而導(dǎo)致人身傷害或沖壓產(chǎn)品損壞的情況。
為了避免這種情況，通常可以采用冗余相異的技術(shù)，即同時采用兩個不同的接近開關(guān)對一個位置進(jìn)行監(jiān)控。采用這種方式雖然能解決單個元件的故障失效問題，但是由于凸輪跳變而產(chǎn)生的錯誤信號的問題（如壓機(jī)處在凸輪切換點，在啟動時稍稍向后回退一點角度而導(dǎo)致的錯誤信號）依然無法解決，且采用這種方式無法進(jìn)行正反轉(zhuǎn)方向監(jiān)控。更好的方式是采用冗余的編碼器實現(xiàn)壓機(jī)的凸輪監(jiān)控，使用皮爾磁的PSEN enco安全編碼器結(jié)合PSS 4000安全控制系統(tǒng)便可很好的實現(xiàn)安全的凸輪監(jiān)控功能。
圖1：PSEN enco安全編碼器與PSS 4000安全控制器
PSEN enco是一款安全編碼器，又可稱為電子凸輪，其內(nèi)部采用了冗余相異的元件結(jié)構(gòu)，一個光學(xué)掃描系統(tǒng)及一個磁感應(yīng)掃描系統(tǒng)共同測量位置和方向，可實現(xiàn)EN ISO 13849 PL e安全等級。當(dāng)然光有安全傳感器還不足以使系統(tǒng)達(dá)到必要的安全要求，還需結(jié)合安全控制器共同使用。本次應(yīng)用中采用的是皮爾磁PSS 4000安全控制器，其內(nèi)部具有眾多經(jīng)認(rèn)證的安全功能塊用于對外圍信號進(jìn)行評估。在凸輪監(jiān)控方面也不例外。PSS 4000處理凸輪信號的流程如下圖所示：
圖2：PSS 4000 凸輪監(jiān)控原理
首先，PSS 4000采用兩個絕對值編碼器功能塊FS_Absolute_Encoder處理絕對值編碼器的信號。當(dāng)然如果實際應(yīng)用中使用增量式編碼器，PSS 4000中也有FS_Incremental_Encoder增量式編碼器模塊與之對應(yīng)。這兩種功能塊將信號轉(zhuǎn)換為32位無符號雙整型傳遞給雙通道計數(shù)模塊FS_CounterDual，該功能塊用于判斷雙通道采集的位置數(shù)據(jù)是否在允許的容差之內(nèi)、是否靜止及正反方向。之后將比較得出的安全位置信號傳遞給安全位置角度轉(zhuǎn)換功能塊 FS_PositionToAngle，用于將絕對位置轉(zhuǎn)換為角度。最后該角度將結(jié)合壓機(jī)安全閥信號，由凸輪控制功能塊FS_CamController判斷當(dāng)前壓機(jī)滑塊是否處在下行階段還是上行階段，且是否超程。在程序中模塊的調(diào)用方式如下圖所示：
圖2：PSS 4000凸輪監(jiān)控程序
此外，現(xiàn)在大多壓機(jī)均帶有變速功能，可在操作過程中調(diào)整沖壓速度。在變速情況下，由于滑塊剎車位置也將出現(xiàn)變化，因此無法采用固定的機(jī)械凸輪實時調(diào)整變化的剎車點（即超程信號）位置。為此一般采用額外加裝一個編碼器，并通過普通PLC計算后給出剎車位置信號的方式來實現(xiàn)動態(tài)凸輪的功能。這樣做一方面增加成本，另一方面需要在普通PLC中進(jìn)行復(fù)雜計算。而PSS 4000內(nèi)部的安全功能塊已經(jīng)集成了動態(tài)凸輪的功能，它通過測量速度并且在設(shè)定值之間進(jìn)行插補(bǔ)的方式實現(xiàn)動態(tài)凸輪角度的計算，從而避免增加額外的凸輪和復(fù)雜的計算程序。
根據(jù)上述應(yīng)用不難看出，使用電子凸輪監(jiān)控取代傳統(tǒng)的機(jī)械凸輪有眾多好處：
1. 無機(jī)械磨損
2. 可以避免由于信號跳變產(chǎn)生的錯誤信號
3. 簡化機(jī)械設(shè)計
4. 無需繁瑣的機(jī)械凸輪設(shè)置
5. 無需額外的凸輪和復(fù)雜的PLC計算過程實現(xiàn)動態(tài)凸輪功能。即使沖壓速度變化，滑塊也可安全準(zhǔn)確停在上限位
6. 持續(xù)性的超程監(jiān)控，無需手動檢查超程
相信如此多的優(yōu)勢勢必會使電子凸輪的應(yīng)用在今后成為主流，使機(jī)械壓機(jī)變得更安全，更高效，更易于維護(hù)。
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