一種氣電自動化控制平臺的製作方法

2023-06-29 12:37:16

本實用新型專利涉及一種氣電自動化控制平臺，屬於工業自動化與系統技術領域。

背景技術：

自動化設備通常含有電氣驅動器和氣壓驅動器，尤其氣動元件數量多目前廣泛應用於工業自動化領域，在某些應用場合，例如紡織領域對氣動控制閥的數量有較大的需求。而數量較多的控制閥帶來接線的複雜性和增加了故障排除的難度。目前市場上已經有利用現場總線技術的產品，該產品大大減少了接線的複雜性，但並沒有對排除氣動產品故障進行有效的解決，並且控制器均採用專用的可編程控制器(PLC)產品，導致整個系統的成本大大增加，並未將這兩種驅動方式通過控制器實現協調控制。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為解決現有技術無法對氣動產品故障進行診斷的問題，提出一種氣電自動化控制平臺。該平臺將控制器、故障診斷、集成閥組以及其他部件集成為一體化結構。

本實用新型的目的是通過下述技術方案實現的。

一種氣電自動化控制平臺，包括：帶網關的軟PLC控制器、電伺服控制器、氣伺服控制器、帶總線協議的集成閥組、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、電源模塊、總線模塊。

帶網關的軟PLC控制器為與上位機控制系統連接的接口，網絡協議包括OPC、EtherNet/IP、PROFINET等，採用基於64位及以上的控制器，USB編程，WIFI與電腦通訊網頁組態。編程開發平臺為基於IEC 61131-3標準的開發環境，以邏輯控制為主。該模塊作為設備維護單元，配備診斷工具為用戶提供狀態監控和預測性維護功能。通過通訊模塊上的LED狀態判斷故障，使用戶在現場的診斷更為快捷輕鬆；通過過程映象區中輸入的系統狀態或者輸入、輸出的系統診斷數據交換區，使用戶在IO控制層上的診斷更為便捷；通過報警窗口進行規範化的診斷，便於系統用戶進一步處理故障信息；通過人機互動設備(筆記本機或平板電腦)，用戶在現場就能讀取到故障文本信息，使現場診斷具體信息更加直觀；通過基於網頁遠程訪問監控；通過報文功能塊或者直接寫底層程序來進行專業級診斷。

電伺服控制模塊以步進電機控制為主，脈衝輸出，集電極開路輸出或線性驅動器輸出，伺服氣缸模擬量(0-10V)輸出。

氣伺服控制模塊控制氣動執行器的動作，從而實現氣伺服功能。

帶總線協議的集成閥組，控制電磁換向閥的電磁鐵，端子塊，繼電器輸出，直流24V供電，2W/接點。電磁閥每路均有電流檢測單元，具有過流保護功能。

數字量輸入模塊：端子塊，直流24V，光耦隔離，二極體指示；數字量輸出模塊：繼電器型，交流250V直流24V，2A，獨立接點，二極體指示；模擬量輸入模塊：4-20mA，1-5V；模擬量輸出模塊：1-5V，4-20mA。

電源模塊為220V/50Hz輸入，DC24V外部/內部輸出，內部5V/3.3V輸出給軟PLC控制器及其餘模塊供電。

總線模塊連接帶有總線的儀表，總線類型為RS232C，RS422A/485，CAN等。

其連接關係為：帶網關的軟PLC控制器通過CAN等現場總線與電伺服控制器、氣伺服控制器、帶總線協議的集成閥組、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、總線模塊連接；帶網關的軟PLC控制器通過網關與上位機控制系統通信，網絡協議包括OPC、EtherNet/IP、PROFINET等；電伺服控制器與電動執行單元連接；氣伺服控制器與氣動執行單元連接；帶總線協議的集成閥組通過現場總線與數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊連接；電源模塊為帶網關的軟PLC控制器、電伺服控制器、氣伺服控制器、帶總線協議的集成閥組、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、總線模塊供電。總線模塊與帶有總線的儀表相連，總線類型為RS232C，RS422A/485，CAN等。

其工作過程為：當發出運動控制指令時，帶網關的軟PLC控制器執行運動控制功能，改變帶總線協議的集成閥組的工作狀態來控制氣動執行器的運動，通過電伺服控制器控制電動執行單元的伺服運動，通過氣伺服控制器控制氣動執行單元的伺服運動，並且可以實現氣伺服運動和電伺服運動之間的協調控制。同時軟PLC控制器對數字量輸入模塊、模擬量輸入模塊傳輸來的數據進行分析處理，判斷伺服運動的可靠性，實現狀態監控與故障診斷，電流傳感器超過額定值說明閥切換不良；閥切換一定時間後通過測量電壓，電壓異常則說明氣缸上的行程開關呈現短路或斷路。帶網關的軟PLC控制器通過網關與上位機控制系統實現通信功能和實時數據交換；通過手持人機互動設備，用戶在現場就能讀取到故障文本信息，使現場診斷具體信息更加直觀；通過基於網頁遠程訪問監控；通過報文功能塊或者直接寫底層程序來進行專業級診斷。

有益效果

1、本實用新型的一種電氣自動化控制平臺，集成體積小，配線少。

2、本實用新型的一種電氣自動化控制平臺具有狀態監控與故障診斷功能，可以大大縮短工業現場排除故障的時間，提高勞動生產率；

3、本實用新型的一種電氣自動化控制平臺，具有軟PLC控制器，不再需要配套使用專門的PLC控制器，成本大大降低；

4、本實用新型的一種電氣自動化控制平臺具有遠程通信和實時數據交換的能力，可以方便靈活地實現遠程監控。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種氣電自動化控制平臺的結構示意圖。

其中：1-電源模塊、2-總線模塊、3-電伺服控制器、4-帶網關的軟PLC控制器、5-帶總線協議的集成閥組、6-氣伺服控制器、7-數字量輸入模塊、8-數字量輸出模塊、9-模擬量輸入模塊、10-模擬量輸出模塊。

具體實施方式

實施例1

本實用新型的一種氣電自動化控制平臺，包括：電源模塊1、總線模塊2、電伺服控制器3、帶網關的軟PLC控制器4、帶總線協議的集成閥組5、氣伺服控制器6、數字量輸入模塊7、數字量輸出模塊8、模擬量輸入模塊9、模擬量輸出模塊10。

其連接關係為：帶網關的軟PLC控制器4通過CAN總線與電伺服控制器3、氣伺服控制器6、帶總線協議的集成閥組5、數字量輸入模塊7、數字量輸出模塊8、模擬量輸入模塊9、模擬量輸出模塊10、總線模塊2連接；帶網關的軟PLC控制器4通過網關與上位機控制系統通信，網絡協議包括OPC、EtherNet/IP、PROFINET等；電伺服控制器3與電動執行單元連接；氣伺服控制器6與氣動執行單元連接；帶總線協議的集成閥組5通過現場總線與數字量輸入模塊7、數字量輸出模塊8、模擬量輸入模塊9、模擬量輸出模塊10連接。帶總線協議的集成閥組5與氣動執行器連接；電源模塊1為帶網關的軟PLC控制器4、電伺服控制器3、氣伺服控制器6、帶總線協議的集成閥組5、數字量輸入模塊7、數字量輸出模塊8、模擬量輸入模塊9、模擬量輸出模塊10、總線模塊2供電。總線模塊2與帶有總線的儀表相連，總線類型為RS232C，RS422A/485，CAN等。

其工作過程為：

帶網關的軟PLC控制器為雙ARM核運行，其中一個核作為PLC控制器單元，另一個核作為故障診斷單元使用。

第一部分：PLC控制器。當發出運動控制指令時，帶網關的軟PLC控制器4執行PLC控制器功能，其工作狀態有如下幾種情況。功能一，PLC控制器向帶總線協議的集成閥組5發出控制信號，通過改變集成閥組的工作狀態來控制氣動執行器的運動；功能二，PLC控制器向電伺服控制器3發出指令，通過電伺服控制器的輸出信號控制電動執行單元的伺服運動；功能三，PLC控制器向氣伺服控制器6發出指令，通過氣伺服控制器的輸出信號控制氣動執行單元的伺服運動；功能四，PLC控制器同時向電伺服控制器和氣伺服控制器發出指令，同時控制電動執行單元和氣動執行單元的伺服運動，實現電伺服運動和氣伺服運動之間的協調控制。

第二部分：故障診斷。帶網關的軟PLC控制器對數字量輸入模塊、模擬量輸入模塊傳輸來的數據進行分析處理，當電流傳感器的電流檢測值超過額定值說明閥切換不良；閥切換一定時間後通過測量電壓，若電壓異常則說明氣缸上的行程開關呈現短路或斷路，從而判斷氣動執行單元運動可靠性，實現狀態監控與故障診斷。帶網關的軟PLC控制器通過網關與上位機控制系統實現通信功能和實時數據交換；通過人機互動設備(筆記本機或平板電腦)，用戶在現場就能讀取到故障文本信息，使現場診斷具體信息更加直觀；通過Webserver遠程訪問監控；通過報文telegram功能塊或者直接寫底層程序來進行專業級診斷。