Управление процессами и оборудованием обработки металлов давлением с использованием электропневмооборудования и контроллеров

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 

 

 

Управление процессами 

и оборудованием обработки металлов давлением 
с использованием электропневмооборудования  

и контроллеров 

 
Методические указания 
 к выполнению лабораторной работы  
 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

УДК 621.7–52 
ББК 34.5 

У67 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/48/book1420.html 
 
Факультет «Машиностроительные технологии» 
Кафедра «Технологии обработки давлением» 
 
Рекомендовано Редакционно-издательским советом 
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний 
 

 

Авторы: 

 
А.А. Анцифиров, Ю.А. Гладков, В.А. Кривошеин, Ю.В. Майстров 

 
 
 
Управление процессами и оборудованием обработки металлов 
давлением с использованием электропневмооборудо-
вания и контроллеров : методические указания к выполнению 
лабораторной работы / А. А. Анцифиров [и др.]. — Москва : 
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. — 20, [4] с. : ил. 
 
ISBN 978-5-7038-4401-4 
В методических указаниях кратко представлены сведения об 
управлении от оператора процессами и машинами в обработке металлов 
давлением, реализацией рабочих ходов кузнечно-штамповочного 
оборудования. Рассмотрены вопросы практического создания 
систем управления кузнечно-штамповочными машинами, 
описаны базовые программно-аппаратные средства автоматизации и 
приведен пример моделирования работы пневматического молота и 
его системы управления при помощи оператора. 
Для студентов специальности «Технологии и машины обработки 
металлов давлением» 
                                                                                      
                                                                                                      УДК 621.7–52 
                                                                                                                   ББК 34.5 

                                     МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016 
                                                                                    Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-4401-4                                               МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016 

У67 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Актуальность автоматизации в области кузнечно-штамповочного 
оборудования (КШО) отечественного машиностроения обусловливается 
задачей повышения эффективности и конкурентоспособности 
отечественного заготовительного производства, заводов и машиностроительных 
предприятий. Постановка и решение задач 
автоматизированного управления кузнечным оборудованием в области 
заготовительного производства кроме теоретических знаний, 
требует наличия практического опыта работы с современными программно-
аппаратными средствами автоматизации.  
Целью лабораторной работы является освоение теоретических 
навыков лекционного и семинарского материалов для моделирования 
работы штамповочного молота, в том числе проектирования алгоритма 
его работы, схемы и физической модели управления на элементах 
электропневмологики и контроллерах. На примере моделирования 
работы молота предлагается изучить основные функции 
программируемых логических контроллеров и реле, среды и элементов 
программирования аппаратных средств автоматизации, а также 
последующего составления отладочного стенда для последующего 
физического моделирования работы кузнечно-штамповочных машин 
или отдельных механизмов.  
Студенты получают практические знания по составлению алгоритмов 
работы кузнечно-штамповочных машин с числовым программным 
управлением, разрабатывают на основе алгоритмов тестовые 
программы, проводят испытания разработанных систем 
числового программного управления кузнечно-штамповочными 
машинами на отладочных стендах, выполняя функции оператора.  
  

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ 
О СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ КШМ 
(в случае работы с помощью оператора) 

Управление кузнечно-штамповочной машиной (КШМ) или процессом 
обработки металлов давлением (ОМД) в случае задания управляющих 
воздействий на объект оператором характеризуется тем, что 
оператор формирует и задает цель управления. Также оператор воспринимает 
и оценивает те или иные параметры объекта, изучает реакцию 
объекта на воздействие, принимает решение, формирует управление 
и реализует его путем воздействия на исполнительные механизмы 
КШМ, включая соответствующие приводы с пульта управления.  
Общими 
для большинства классов и типов кузнечно-
штамповочных машин элементами исполнительных механизмов 
систем управления могут служить пневмо- или гидроцилиндры 
поршневого или плунжерного типа, которые могут управляться 
электромагнитными пневмо- или гидроклапанами [1] (табл. 1). 

Таблица 1 

Класс и тип КШМ 
Тип исполнительного механизма 
системы управления 

1. Гидропрессы 
Поршневые или плунжерные гидроцилиндры 
главных рабочих механизмов и дроссельных 
устройств 

2. Кривошипные     
прессы 
Поршневые пневмоцилиндры механизма 
включения муфты, выключения тормоза 

3. Винтовые прессы 
 

3.1. Фрикционные 
Поршневые гидро-, пневмоцилиндры механизма 
нажатия диском на маховик 

3.2. Электровинтовые 
Электромагнитные переключатели 

3.3. Гидровинтовые 
Поршневые и плунжерные гидроцилиндры 
главного рабочего механизма и дроссельных 
устройств 

3.4. Муфтовые 
Электромагнитные, пьезо- или механические 
гидроклапаны включения/отключения муфты 

4. Молоты 
 

4.1. Паровоздушные 

ковочные и 
штамповочные 

Поршневые гидро-, пневмо-, сервоцилиндры 
механизма перемещения золотника 

4.2. Приводные пневма-

тические ковочные 

Поршневые пневматические сервоцилиндры 
механизма поворота кранов управления 

Окончание табл. 1 

Класс и тип КШМ 
Тип исполнительного механизма 

системы управления 

4.3. Гидромолоты 
Поршневые гидроцилиндры главных рабочих 
механизмов и дроссельных устройств 

4.4. Газогидравлические 
Поршневые или плунжерные гидроцилиндры 
главных рабочих механизмов и дроссельных 
устройств 

4.5. Высокоскоростные 
Плунжерные гидроцилиндры механизма возврата 
рабочих частей 

4.6. Импакторы 
Поршневые пневмоцилиндры главных рабочих 
механизмов и дроссельных устройств 

4.7. Бесшаботные 
Поршневые или плунжерные гидроцилиндры 
главных и возвратных рабочих механизмов и 
дроссельных устройств 

 
Работа главных и вспомогательных исполнительных механизмов 
КШМ на отладочном стенде физически может быть промоде-
лирована с помощью основных средств автоматизации компании 
Festo, к которым относятся: 
• элементы пневмо- и гидроавтоматики; 
• элементы электропневмо- и электрогидроавтоматики; 
• датчики для мониторинга процессов ОМД. 
Для случая управления КШМ от оператора пневматические 
приводы главных исполнительных механизмов удобно представлять 
в качестве простых пневматических цилиндров (рис. 1) [2], 
которые могут занимать только начальное и конечное положение. 
Подача сжатого воздуха в штоковую или поршневую полости 
цилиндра может осуществляться с помощью 5/2 распределителя 
(рис. 2) [3] с электроуправлением от программируемого логического 
контроллера (ПЛК) и реле. 
Положение и мониторинг главных и исполнительных механизмов 
КШМ должно определяться с помощью индуктивных (рис. 3) [4] или, 
например, герконовых датчиков (геркон – герметичный контакт) 
(рис. 4) [5], которые состоят из герметизированных магнитоуправляемых 
контактов, устанавливаемых на корпус цилиндра или вне его. 
Принцип срабатывания индуктивных и герконовых датчиков заключается 
в обнаружении металлической метки или магнитного поля 
постоянных магнитов, установленных на исполнительных механизмах 
КШМ или в поршне цилиндра.  

Рис. 1. Пневматический цилиндр Festo:  
1 — шток поршня; 2 — крышка цилиндра; 3 — корпус цилиндра 

Рис. 2. Распределитель с электроуправлением: 
1 — глухая крышка; 2 — корпус; 3 — цилиндрический золотник 

Рис. 3. Индуктивный датчик положения: 
1 — тестовая пластина; 2 — активная поверхность; 3 — дистанция переключения 

Рис. 4. Герконовый датчик положения 

ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА 
В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ КШМ 

Аппаратную простейшую реализацию 

системы 
числового 
программного 
управления 
(ЧПУ) КШМ ударного действия 
при помощи оператора можно 
выполнить на базе программируемого 
реле LOGO! Basic [6] 
(рис. 5) компании Siemens.  
Входы программируемого реле 
LOGO! Basic обозначаются буквой 
I. Номера цифровых входов 
(I1, I2,...) соответствуют номерам 
входных клемм и могут принимать 
физические сигналы обратной 
связи, например от датчиков 
положения главных и исполнительных 
механизмов КШМ или 
кнопок пуска.  
Выходы 
обозначаются 
бук- 
вой Q. Номера выходов (Q1, Q2,...) 
соответствуют номерам выходных 
клемм на LOGO! Basic, с их 
помощью можно управлять распределителем (
см. рис. 2) или 
другими исполнительными элементами системы управления КШМ.  
Основные аппаратные средства LOGO! Basic таковы:  
• 8 дискретных входов, 4 дискретных выхода; 
• 39 встроенных функций, сгруппированных в библиотеки логических (
GF) и специальных (SF) функций. Объем программы — 
до 200 программных блоков; 
• 24 внутренних флага; 
• встроенный календарь и часы (кроме LOGO! 24); 
• встроенный жидкокристаллический дисплей с поддержкой 
кириллицы и клавиатура; 

Рис. 5. Программируемое реле 
LOGO! Basic: 
1 — клеммы подключения цепей
нагрузки; 2 — дисплей; 3 — интерфейс
подключения 
текстового 
дисплея;
4 — клеммы подключения цепей питания; 
5 — клеммы подключения входных 
цепей; 6 — интерфейс внутренней
шины; 7 — интерфейс карты памяти/
кабеля LOGO!–PC; 8 — клавиатура 

• интерфейс для установки модуля памяти/батареи или подключения 
кабеля ПК для программирования с компьютера; 
• интерфейс расширения: до 24 дискретных входов + 8 аналоговых 
входов + 16 дискретных выходов + 2 аналоговых выхода. 

Программная составляющая ЧПУ КШМ должная быть выполнена 

при помощи специального программного обеспечения LOGO! Soft 
Comfort [7], разработанного компанией Siemens, с помощью которого 
можно осуществлять программирование реле LOGO! Basic для выполнения 
задач управления КШМ. Интерфейс среды программной 
разработки системы ЧПУ КШМ представлен на рис. 6.  

Рис. 6. Рабочий интерфейс ПО LOGO! Soft Comfort: 
1 — панель меню; 2 — стандартная панель инструментов; 3 — интерфейс программирования; 
4 — окно информации; 5 — строка состояния; 6 — соединители, 
базовые функции, специальные функции; 7 — панель инструментов программи- 
                                                               рования