PSENenco与PSS4000安全控制系统在机械压机凸轮监控中的应用

在机械压力机安全控制系统中，对于压机凸轮的监控往往是必须的。凸轮监控主要用于监视滑块的位置。当前大多数冲压设备采用的是机械式凸轮加上接近开关的方式实现凸轮监控，这样会存在潜在的风险，即一旦某个接近开关——如用于监控超程位置的接近开关——出现故障，那么滑块的位置便无法正确监控，从而发生滑块超过预期位置而导致人身伤害或冲压产品损坏的情况。

为了避免这种情况，通常可以采用冗余相异的技术，即同时采用两个不同的接近开关对一个位置进行监控。采用这种方式虽然能解决单个元件的故障失效问题，但是由于凸轮跳变而产生的错误信号的问题（如压机处在凸轮切换点，在启动时稍稍向后回退一点角度而导致的错误信号）依然无法解决，且采用这种方式无法进行正反转方向监控。更好的方式是采用冗余的编码器实现压机的凸轮监控，使用皮尔磁的PSEN enco安全编码器结合PSS 4000安全控制系统便可很好的实现安全的凸轮监控功能。

图1：PSEN enco安全编码器与PSS 4000安全控制器

PSEN enco是一款安全编码器，又可称为电子凸轮，其内部采用了冗余相异的元件结构，一个光学扫描系统及一个磁感应扫描系统共同测量位置和方向，可实现EN ISO 13849 PL e安全等级。当然光有安全传感器还不足以使系统达到必要的安全要求，还需结合安全控制器共同使用。本次应用中采用的是皮尔磁PSS 4000安全控制器，其内部具有众多经认证的安全功能块用于对外围信号进行评估。在凸轮监控方面也不例外。PSS 4000处理凸轮信号的流程如下图所示：

图2：PSS 4000 凸轮监控原理

首先，PSS 4000采用两个绝对值编码器功能块FS_Absolute_Encoder处理绝对值编码器的信号。当然如果实际应用中使用增量式编码器，PSS 4000中也有FS_Incremental_Encoder增量式编码器模块与之对应。这两种功能块将信号转换为32位无符号双整型传递给双通道计数模块FS_CounterDual，该功能块用于判断双通道采集的位置数据是否在允许的容差之内、是否静止及正反方向。之后将比较得出的安全位置信号传递给安全位置角度转换功能块FS_PositionToAngle，用于将绝对位置转换为角度。最后该角度将结合压机安全阀信号，由凸轮控制功能块FS_CamController判断当前压机滑块是否处在下行阶段还是上行阶段，且是否超程。在程序中模块的调用方式如下图所示：

图3：PSS 4000凸轮监控程序

此外，现在大多压机均带有变速功能，可在操作过程中调整冲压速度。在变速情况下，由于滑块刹车位置也将出现变化，因此无法采用固定的机械凸轮实时调整变化的刹车点（即超程信号）位置。为此一般采用额外加装一个编码器，并通过普通PLC计算后给出刹车位置信号的方式来实现动态凸轮的功能。这样做一方面增加成本，另一方面需要在普通PLC中进行复杂计算。而PSS 4000内部的安全功能块已经集成了动态凸轮的功能，它通过测量速度并且在设定值之间进行插补的方式实现动态凸轮角度的计算，从而避免增加额外的凸轮和复杂的计算程序。

根据上述应用不难看出，使用电子凸轮监控取代传统的机械凸轮有众多好处：

1.无机械磨损

2.可以避免由于信号跳变产生的错误信号

3.简化机械设计

4.无需繁琐的机械凸轮设置

5.无需额外的凸轮和复杂的PLC计算过程实现动态凸轮功能。即使冲压速度变化，滑块也可安全准确停在上限位

6.持续性的超程监控，无需手动检查超程

相信如此多的优势势必会使电子凸轮的应用在今后成为主流，使机械压机变得更安全，更高效，更易于维护。