一種醫用耗材製備裝置的同步聯動控制方法與流程
2023-06-11 03:31:21
本發明涉及一種控制方法，特別涉及一種醫用耗材製備裝置的控制方法。
背景技術：
傳統的醫用耗材製備裝置包括大軸、兩個轉速方向相反的切斷軸、兩個轉速方向相反的送布軸以及膠槍橫動軸，通過電機驅動大軸，再通過齒輪等複雜傳動機構傳遞給其它工作軸。由於完全採用機械化設計，其結構、製造、使用和維修過程都很複雜。由於受齒輪傳遞相互聯動的制約，複雜的機械結構限制了機器運轉速度，生產效率低，油垢汙染嚴重，噪聲大，工作環境差，屬於淘汰產品。
近年來，隨著工業的發展和對各種機械性能、產品質量要求的逐步提高，單單針對一臺電機的控制在許多場合己經不能滿足實際生產的要求，在生產過程中，一個生產線經常要用多臺電動機，這些電動機可能是分工協作完成一個設備的生產，也可能是分別完成各自的工作，相互之間沒有任何聯繫，這就需要人們去控制多臺電機，使其協調運行，這樣多電機控制問題就產生了。迄今為止的設計經驗大多主張每臺變頻器和電機都擁有專門屬於自己的控制器，但是這樣的設計就會提高系統的成本和複雜度，降低系統的性能和可靠性。
現在變頻器的技術已經比較成熟，基本型的變頻器都有一拖二甚至更高的功能，這樣就可以用變頻器來帶動多臺電動機運行從而實現多電機的控制。使用這種方式，由於只用一臺變頻器，所以投資少，減少了額外的硬體，又降低了整個系統的成本，同時最大限度的提高設備利用率，挖掘增效潛力。但是此方案只對電機數目不多，電機分布比較集中的應用系統比較合適。二是採用每臺電動機各由一臺變頻器來控制的方式，那麼這就要用到多臺交流變頻調速器，再利用plc來控制多臺變頻調速器，從而達到多電機控制的目的。採用這種方法，由於使用多臺變頻器，相較於第一種方案投資較大，但是適用於大規模生產線中電機數目較多，電機分布距離較遠的情況，而且，用plc和變頻器搭建的程控系統，不但可以實現設備運行的自動化管理和監控，提高了系統的可靠性和安全性，而且提高了企業經濟效益和工作效率。因此，該系統具有一定的工程應用和推廣價值。
變頻調速具有高效率、寬範圍和高精度等特點，是目前運用最廣泛且最有發展前途的調速方式。交流電動機變頻調速系統的種類很多，從早期提出的電壓源型變頻器開始，相繼發展了電流源型，脈寬調製等各種變頻器。目前變頻調速的主要方案有：交-交變頻調速，交-直-交變頻調速，同步電動機自控式變頻調速，正弦波脈寬調製（spwm）變頻調速，矢量控制變頻調速等。變頻調速系統由電力半導體變流器、電動機、控制、檢測四部分組成。這四部分相互依存，共同作用，實現交流驅動的高精度、使用方便、低轉矩脈動、低噪音、無傳感器、小型化等性能指標。異步電動機變頻調速具有調速範圍廣，平滑性較高，機械特性較硬的優點，可以方便地實現恆轉矩或恆功率調速。
plc英文全名為programablecontroller，即可編程控制器，包括邏輯運算、順序控制、時序、計數以及算術運算等程序。它用一串指令形式存放在存儲器中，然後根據存儲的控制內容，經過模擬、數字等輸入輸出部件，對生產設備與生產過程進行控制。一套典型的plc通常包括cpu模塊、電源模塊和一些i/o模塊，這些模塊被插在一塊背板上。如果配置增加，可能會包括一個操作員界面、監控計算機、通信模塊、軟體以及一些可選的特殊功能模塊。可編程控制器不僅容易安裝，佔用空間小，能源消耗小，帶有診斷指示器可以幫助故障診斷，而且可以被重複使用到其他的項目中去。現在，儘管plc的功能，如運行速度、接口種類、數據處理能力已經獲得了很大的提高，但plc一直保持了最初設計的原則，那就是簡單之上的原則。1968年，通用汽車公司確立了第一個可編程邏輯控制器的標準，目的在於替代既複雜又昂貴的繼電器控制系統。該設計規格需要固態系統和電腦技術，並要求能夠在工業環境中生存，也能夠方便地編程，並且可以重複使用。到1969年，第一個plc誕生，當時稱為可編程控制器，英文稱為programmablecontroller，縮寫為pc。由於第一代plc是為了取代繼電器，因此，採用採用了梯形圖語言作為編程方式，形成了工廠的編程標準。這些早期的控制器滿足了最初的要求，並且打開了新的控制技術發展的大門。在很短時間內，plc就迅速擴展到食品、飲料、金屬加工、製造等多個行業。
變頻器可分為間接變頻器和直接變頻器兩大類。間接變頻器先將工頻交流電源整流成電壓大小可控的直流，再經過逆變器變換成可變頻率交流，由此也稱交-直-交變頻器；直接變頻器則將工頻交流一次性變換成可變頻率交流，故可稱交-交變頻器。目前以間接變頻器應用較為廣泛。
交-直-交變頻器控制簡單，所用晶閘管元件少，但它要經過兩次能量轉換損耗比較大，而且大部分變頻器都用不可控器件作逆變開關，採用電容強迫換流，電路結構複雜。交-交變頻器可直接將電網頻率交流變成頻率可調交流，無需中間直流環節，從而可提高整個變頻裝置的變換效率。又由於交-交變頻器中晶閘管可利用交流電網實現電源自然換流，無需專門設計換流電路，簡化了變流器結構。再由於這種變頻器基本單元是由三相可逆整流裝置所構成、每相裝置均為兩個反並聯的三相整流器、變頻器容量就由它們來分擔，因此在不採用元件串、並聯的條件下，可將交-交變頻器容量做得很大，使這種變頻器在大容量低速同步電機的無齒系傳動、大型線繞異步電機的超同步雙饋調速，以及新型交流勵磁變速恆頻發電系統中得到了相當廣泛的應用。
可編程序控制器（programmablecontroller）是計算機家族中的一員，是為工業控制應用而設計製造的。早期的可編程序控制器主要用來代替繼電器實現邏輯控制，稱可編程邏輯控制器（programmablelogiccontroller），簡稱plc隨著技術的發展，這種裝置的功能己經大大超過了邏輯控制的範圍，不僅具有邏輯控制功能，而且還能實現數據運算、數據傳輸和處理等功能，使其真正成為一種電子計算機工業控制設備，因此，今天這種裝置稱作可編程序控制器，簡稱pc，但是為了避免與個人計算機（personalcomputer）的簡稱pc混淆，所以仍將可編程序控制器簡稱為plc。
綜上所述，為了改善生產條件，提高生產效率，有必要改進現有的醫用耗材製備裝置的控制系統，使得老機器實現智能化、自動化控制。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種用於醫用耗材製備裝置的控制方法，以解決現有的醫用耗材製備裝置的各工作軸的聯動都採用純機械設計，使用和維修過程複雜，工作效率低下等問題。
本發明為解決上述技術問題採取的技術方案是：
一種醫用耗材製備裝置的控制方法，醫用耗材製備裝置包括大軸、切斷軸、送布軸以及膠槍橫動軸，所述控制方法使醫用耗材製備裝置的大軸、切斷軸、送布軸以及膠槍橫動軸即能分別自主傳動又能同步聯動運轉；所述控制方法採用控制器控制大軸電機變頻器、切斷軸電機變頻器、送布軸電機變頻器、膠槍橫動軸驅動器、大軸電機、切斷軸減速電機、送布軸減速電機、膠槍橫動軸減速伺服電機；
同步聯動運轉的控制方法具體為：首先，根據設定的輸入工藝參數，通過工藝參數同步聯動數學模型分別得出：大軸電機頻率、切斷軸減速電機頻率、送布軸減速電機頻率、膠槍橫動軸減速伺服電機速度；具體步驟為：
1）大軸電機頻率參數計算公式：
x＝y1u(k+1)+y3u(k-1)；
2）切斷軸電機頻率參數計算公式：
xc＝α*x(k)；
3）送布軸電機頻率參數計算公式：
y＝y2x(k+1)+y1u(k-1)；
4）膠槍橫動軸電機速度參數計算公式：
z＝y3x(k-1)+y2u(k-1)；
以上各計算公式中，y為動態採樣值，u為耗材塗膠厚度，k為公稱參數，x為切斷軸電機轉速，α為了單位耗材長度；
然後，根據以上計算公式得到的大軸電機頻率、切斷軸減速電機頻率、送布軸減速電機頻率以及膠槍橫動軸減速伺服電機速度，對醫用耗材製備裝置的大軸、切斷軸、送布軸以及膠槍橫動軸的動作進行控制。
進一步地，動態採樣值y的算法為：
，
式中：yn為第n次採樣的權值輸出；xn為第n次採樣值；xn-1為第n-1次採樣值；δx為採樣允許的最大權值偏差值；
進一步地，所述公稱參數k的範圍為1.95-2.5。
本發明的有益效果是：本發明通過可編程邏輯器實現對醫用耗材製備裝置各軸統一控制，使醫用耗材製備裝置各軸自主傳動又能同步聯動運轉，實現同步聯動加工功能。本發明是全新的計算機控制技術、變頻和伺服電機技術、減速機技術的綜合應用。本發明的推廣使用替代了複雜的機械設計，降低製造成本，提高生產效率，具有很大的經濟價值。本發明就是針對現有的醫用耗材製備裝置而設計的，用於現有的醫用耗材製備裝置的自動化升級改造，使現有廢舊的醫用耗材製備裝置二次利用，節約了能源。本發明的提出，將為醫用耗材製備裝置改造和更新換代奠定了基礎技術。
利用本發明設計出同步聯動軟體的應用，可使生產效率提高速度20％，根據建立的數學模型的函數關係，由計算機軟體統一控制，四軸的同步聯動運轉，實現生產過程從啟動到額定速度運轉，再從額定速度運轉到停車，四軸都是按相互的函數關係，保持同步的聯動運轉，使生產過程中，啟動、運轉和停車，生產連續不中斷。本發明開發的軟體技術，使用於驅動各軸的減速電機分別自主傳動，取代了紛繁複雜的機械結構設計、製造、操作和維修，提高設計生產效率，降低製造和生產成本。該軟體技術，無論在舊機型改造和新機型設計中應用，將改造出高速智能化、高效率、低成本的現代化的醫用耗材製備裝置。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明所述的控制方法作進一步說明。
一種醫用耗材製備裝置的控制方法，醫用耗材製備裝置包括大軸、切斷軸、送布軸以及膠槍橫動軸，所述控制方法使醫用耗材製備裝置的大軸、切斷軸、送布軸以及膠槍橫動軸即能分別自主傳動又能同步聯動運轉；所述控制方法採用控制器控制大軸電機變頻器、切斷軸電機變頻器、送布軸電機變頻器、膠槍橫動軸驅動器、大軸電機、切斷軸減速電機、送布軸減速電機、膠槍橫動軸減速伺服電機；
同步聯動運轉的控制方法具體為：首先，根據設定的輸入工藝參數，通過工藝參數同步聯動數學模型分別得出：大軸電機頻率、切斷軸減速電機頻率、送布軸減速電機頻率、膠槍橫動軸減速伺服電機速度；具體步驟為：
1）大軸電機頻率參數計算公式：
x＝y1u(k+1)+y3u(k-1)；
2）切斷軸電機頻率參數計算公式：
xc＝α*x(k)；
3）送布軸電機頻率參數計算公式：
y＝y2x(k+1)+y1u(k-1)；
4）膠槍橫動軸電機速度參數計算公式：
z＝y3x(k-1)+y2u(k-1)；
以上各計算公式中，y為動態採樣值，u為耗材塗膠厚度，k為公稱參數，x為切斷軸電機轉速，α為了單位耗材長度；
然後，根據以上計算公式得到的大軸電機頻率、切斷軸減速電機頻率、送布軸減速電機頻率以及膠槍橫動軸減速伺服電機速度，對醫用耗材製備裝置的大軸、切斷軸、送布軸以及膠槍橫動軸的動作進行控制。
進一步地，動態採樣值y的算法為：
，
式中：yn為第n次採樣的權值輸出；xn為第n次採樣值；xn-1為第n-1次採樣值；δx為採樣允許的最大權值偏差值；
進一步地，所述公稱參數k的範圍為1.95-2。
本發明通過可編程邏輯器實現對醫用耗材製備裝置各軸統一控制，使醫用耗材製備裝置各軸自主傳動又能同步聯動運轉，實現同步聯動加工功能。本發明是全新的計算機控制技術、變頻和伺服電機技術、減速機技術的綜合應用。本發明的推廣使用替代了複雜的機械設計，降低製造成本，提高生產效率，具有很大的經濟價值。本發明就是針對現有的醫用耗材製備裝置而設計的，用於現有的醫用耗材製備裝置的自動化升級改造，使現有廢舊的醫用耗材製備裝置二次利用，節約了能源。本發明的提出，將為醫用耗材製備裝置改造和更新換代奠定了基礎技術。
本發明採用四軸減速變頻和伺服電機，分別自主傳動，計算機統一控制，解決了智能化操作控制，智能化同步聯動穩定啟車，智能化同步聯動穩定運行，智能化同步聯動穩定停車，保持了塗膠過程的連續不間斷和不均勻。實現操作全部智能化，舊機型改造提高效率最高40％，機械維修量減少50％，降低噪聲15-20分貝，工作環境改善。
利用本發明設計出同步聯動軟體的應用，可使生產效率提高速度20％，根據建立的數學模型的函數關係，由計算機軟體統一控制，四軸的同步聯動運轉，實現生產過程從啟動到額定速度運轉，再從額定速度運轉到停車，四軸都是按相互的函數關係，保持同步的聯動運轉，使生產過程中，啟動、運轉和停車，生產連續不中斷。本發明開發的軟體技術，使用於驅動各軸的減速電機分別自主傳動，取代了紛繁複雜的機械結構設計、製造、操作和維修，提高設計生產效率，降低製造和生產成本。該軟體技術，無論在舊機型改造和新機型設計中應用，將改造出高速智能化、高效率、低成本的現代化的醫用耗材製備裝置。