一、概述
　　机械式压力机，俗称冲床，是通过凸轮机构将电动机旋转运动转换为滑块直线往复运动、从而对坯料进行成形加工的锻压机械。
　　为了保证滑块在冲压时有足够的压力，一般要求滑块必须停止于上死点位置。同时，因为在锻压过程中滑块产生的作用力非常大，所以机械式压力机工作时，必须保证工作人员身体的任何一个部位都不可以接近压力机工作区。为避免危险动作可能造成的人身伤害，在机械压力机的周围，通常会装有各种安全设备，如：双手操作台、安全光幕、脚踏开关等，由这些安全设备发出的指令来控制压力机。
　　欧标EN692和机标JB3350-93都要求对压力机的功能实现安全监控。该类监控传统上可以采用施耐德电气专用XPS安全模块来实现，通常一个安全模块能监控一个安全功能。压力机的安全监控必须使用多个模块，导致排线繁复，安装不便，故障排除困难。施耐德电气新推出的XPSMC系列安全控制器可以同时监控多种安全功能的，其一体化的解决方案大大简化了压力机制造商的安全应用。

　　二、XPSMC简介

图1：XPM CS

　　XPSMC系列安全控制器可同时监控多种安全功能，带有16或32个输入，8个独立的安全输出（6个固态安全输出+2×2个继电器输出）。
　　与机械式压力机相关的主要的安全功能有：
　　• 上死点安全停止及超行程监控
　　• 曲轴制动角（制动时间）监控
　　• 双手控制监控
　　• 安全光幕检测
　　• 双联安全阀监控
　　• 断轴监控等

　　三、压力机的基本原理
　　在介绍机械式压力机安全解决方案之前，我们有必要了解其基本工作原理。
　　如下图所示，压力机通过与凸轮相连的硬杆，将飞轮的旋转运动变为直线运动。

图2：压力机原理图

　　其中：
　　TDC：上死点，压力机的停止点。
　　BDC：下死点。
　　凸轮正转（顺时针）时，滑块就在上死点和下死点之间来回动作。停止命令给出后，要求滑块必须停止于上死点（最多超程量为上图中所示的S）。

　　四、XPSMC的安全监控功能
　　XPSMC安全控制器通过2个凸轮驱动的限位开关来检测曲轴的整个工作周期、保证压力机滑块停在一个非危险的位置。我们分步解析如下：
　　1）在接近停止周期的最后阶段，连杆的上端在到达A点后，XPSMC即启动停止行程，机构缓缓动作，最后在到达上死点时完全停止。在上死点之后，允许的最大超程角度为10º。XPSMC能立刻检测出超程情况的发生。此时必须选择单次模式使模块回到上死点处，同时，禁止下一个周期的启动。
　　2）监控连杆机构在一个周期运行中的危险阶段。当连杆的上端位于上死点（0º）和C点（约TDC后的150º）之间，如果安全光幕监测任何对工作区的入侵，XPSMC控制器即时给出停止命令，使压力机立刻停止运行。若停止命令在安全点（C点）之后给出，压力机则完成此次下压并回到上死点。
如下图所示，凸轮的几个关键位置由限位开关来检测，凸轮片1与限位开关OTS相连；凸轮片2与限位开关UN相连（出于安全考虑，限位开关必须位于不同的凸轮片上）。

图3：控制凸轮示意图

　　其中：
　　1 停止区域
　　2 危险区域（滑块下压时）
　　3 非危险区域（滑块上行时）
　　S 允许的超程量
　　A 触发停止命令点
　　B 超过允许超程量的临界点（若在B点以后下达停止命令，压力机将被锁住）
　　C 接受点，一旦连杆上端超过此点，它就会完成此次下压周期并且最后停止在上死点。

　　五、基于XPSMC的机械压力机的安全解决方案
　　根据实际生产中的安全需要，XPSMC提供了以下四种预制的操作模式：调整模式、单次模式、连续模式和连续自动模式。
　　需要说明的是，在这四个模式中，启动命令都是由双手操作台给出。而停止命令既可能由双手操作台给出，也有可能和其它的安全产品相关联，如：
　　安全光幕、安全门等。
　　①调整模式
　　在此模式下，OTS、UN、PSV1和PVS2（阀状态检测传感器）都不起监控作用。阀的输出仅和双手控制台按钮的状态有关，无论此时滑块处于什么位置，都有：
 　　当双手控制台的两个蘑菇头按钮同时被按下并保持按下状态时，阀的输出为高电平，表现为滑块运动；
 　　当有一个蘑菇头按钮松开或两个蘑菇头按钮都松开的时候，阀的输出为低电平，表现为滑块静止。
　　②单次模式
在此模式下，压力机只能完成一次下压过程，而不能连续下压两次。阀的输出不仅和双手控制台的按钮状态有关，同时也受限位开关OTS、UN的控制：
　　 当双手控制台的两个蘑菇头按钮同时被按下并保持按下状态时，阀的输出为高电平，表现为滑块运动；
 　　一旦压力机完成了一次下压的过程，无论按钮松开与否，只要OTS限位开关到达凸轮1的A1点或UN限位开关到达凸轮2的A2点（从未触发状态到触发状态）时，即启动停止行程，阀的输出为低电平，表现为滑块缓慢停止运行，最后停止于上死点（TDC）处。
　　 当双手控制台的两个按钮都被松开、输入复位后再次同时被按下时，则滑块重复上述过程。
　　③连续模式
　　在此模式下，阀的输出不仅和双手控制台的按钮状态有关，同时也受限位开关OTS、UN的控制：
 　　当双手控制台的两个蘑菇头按钮同时被按下并保持按下状态时，伐的输出为高电平，表现为滑块运动，压力机连续不断地进行下压工作；
 　　当有一个蘑菇头按钮松开或两个蘑菇头按钮都松开时，伐的输出仍为高电平，压力机完成此次下压过程。当OTS限位开关到达凸轮1上的A1点（或UN限位开关到达凸轮2上的A2点）时，伐的输出由高点平转为低电平，表现为滑块逐渐停止运动，最后停止于上死点处。
 　　输入复位后、双手控制台的两个按钮再次被同时按下时，滑块重复上述过程。
　　④连续自动模式
　　在此模式下，阀的输出受以下三个因素影响：
　　- 双手控制台的按钮；
　　- 限位开关OTS、UN状态；
　　- 其它安全保护装置的状态。
　　其运行规律为：
 　　当双手控制台的两个蘑菇头按钮同时被按下后（无论保持按下状态或是松开），阀的输出为高电平，表现为滑块运动，压力机连续不断地进行下压工作；
 　　(1)当连杆顶端位于B点和C点之间时，人为按下停止按钮或其它安全保护装置被触发（如安全光幕的光束被阻断），阀的输出立刻变为低电平，压力机被锁住并且下一个周期也被禁止，表现为滑块立刻停止动作。
　　　(2) 当连杆顶端位于C点和A点之间时，人为按下停止按钮或其它安全保护装置被触发，压力机将完成此次下压过程，当OTS限位开关到达凸轮1上的A1点（或UN限位开关到达凸轮2上的A2点）时，伐的输出由高点平转为低电平，滑块逐渐停止运动，最后停止于上死点处。
 　　输入复位后、双手控制台的两个按钮再次被同时按下时，滑块重复上述过程。

图4：连续自动模式时序图

  图5