伺服机械压机电气控制系统安全性分析及设计

发布时间：2020-04-10 23:32

【摘要】：在工业设备中,压力机是一种危险性极高的设备。每年由于压力机操作不当、设备安全性不够而导致的事故屡有发生。对此国际及国内均制定了技术标准,对压力机的功能安全提出了要求。另一方面,伺服控制技术的进步促使机械压力机由传统飞轮驱动向伺服驱动方向发展。本文的研究方向是评估伺服机械压力机上主要的风险点,通过提升电气控制系统的可靠性降低伺服压力机发生危险事故的概率。为此,本文结合安全相关控制系统标准,设计并实施了一台伺服机械压力机的电气控制系统,最终对设备可靠性进行了验证。本文主要完成以下几部分的工作内容:1.对一台5吨伺服机械压力机进行风险评估,列出机器上所有风险点。确定电气控制系统的安全功能及各功能所需达到的安全等级。2.讨论不同的系统结构对可靠性的影响,给出5吨伺服压力机控制系统的硬件结构。对于非安全相关的伺服驱动器,给出实现安全停止功能的方法。3.使用符合IEC 61131-3标准的软件平台完成安全功能的软件设计。针对压力机的滑块运动,给出安全PLC中实现可靠滑块位置监控的方法。4.配置伺服安全控制器实现安全停止、操作停止、限速、制动控制及制动测试等安全功能。5.对控制系统执行故障插入测试,通过安全相关参数计算验证实际控制系统的性能等级。测试结果表明,相比传统的控制系统,本文给出的设计方法可极大提高伺服机械压力机的可靠性,并符合国际及国内安全相关标准。
【图文】：

曲柄压力机

上海交通大学硕士学位论文第二章伺服压力机风险评估及安全功能确定压力机结构概述式曲柄压力机市场上经常使用的机械压力机为曲柄压力机，其核心由曲柄连杆机构及螺杆机构组成。设备运行时，由电机带动三角皮带以驱动轴驱动大齿轮运行，最后由与大齿轮相连的曲柄轴带动滑块及凸其基本结构图如图 2-1 所示。

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上海交通大学硕士学位论文的滑块位置一般通过凸轮机构完成，常用的位及下死点（滑块处于行程底端）。滑块运行到关或接近开关，控制器通过开关信号获取滑块电子凸轮或机电混合的方式，使用编码器获取力机主要通过控制刹车离合来控制压力机的起部分需要始终保持运行状态，因此能耗较大。力机曲轴运动方式固定，滑块只能在最大行程块运行到下死点时才会达到。这就导致其无法的冲压工艺要求[10]。力机着运动控制技术的发展，国内外众多压机厂商。与曲柄式压力机不同，伺服机械压力机采用传动轴、主齿轮、曲轴及连杆直接控制滑块运结构如图 2-2 所示：
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH69;TP273

【参考文献】