一種大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統的製作方法

2023-04-25 13:54:06 4

一種大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統的製作方法
【專利摘要】一種大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統，主要包括控制模塊、通訊模塊、輸出模塊和檢測模塊。控制模塊包括限位開關、手動輸入按鈕、控制主機PLC；通訊模塊包括USB接口、RS-232通訊擴充卡、觸控螢幕、PC；輸出模塊包括伺服驅動電路、伺服電機、編碼器、框架系統和故障報警電路；檢測模塊包括位移傳感器、傾角傳感器。本控制系統採用全數字自動控制與手動控制相結合的混合控制方案，以PLC為核心進行位置控制，利用PLC內置的位置控制軟、硬體功能，根據任務類型由PLC輸出不同的高速脈衝串，控制伺服電機帶動框架完成相應的運動以實現設備高度和水平姿態的調整，並能在觸控螢幕上實現參數輸入和狀態實時顯示。
【專利說明】一種大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統【技術領域】
[0001]一種大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統，通過觸控螢幕和手動控制按鈕對設備裝配調試用多功能調試臺的高度、姿態進行混合控制，並實時顯示其輸出數值。能夠實現控制參數在線監控，並且能在線修改關鍵控制變量值，適用於負載為體積和重量都較大的大型設備的高精度伺服機構控制系統。
【背景技術】
[0002]多功能調試臺主要用於機器人作戰平臺等大型設備的各種組裝和調試實驗，包括機器人作戰平臺空載測試時的履帶懸空姿態，極限位置時機器人狀態反饋等等。多功能調試臺由調試臺臺體、輔助安裝移動平臺和調試臺控制櫃組成。其中，調試臺臺體由升降框架和兩軸姿態調整裝置兩部分組成。在電動機帶動下可在運動範圍內連續調整調試臺臺體的高度及水平姿態，繼而進行機器人平臺等設備的裝配、調試與性能測試。
[0003]現有的調試臺控制系統一般適用於負載為小型設備的裝配與調試，且控制方式較為單一，當設備的體積和重量都比較大時，裝配調試過程中高度、姿態到位後由於本身自重下滑會影響位置控制精度。為了提高系統的控制精度和使用方便，需要設計專用於大型設備裝配調試用多功能調試臺的混合控制系統。
[0004]在線修改控制變量值是設計控制系統的重要環節，其作用在於能根據當前設備的工作狀態，及時調整和修改基本的控制參數，更加方便進行含有不同控制參數的實驗，並且增強控制系統的穩定性。現有的控制系統設計沒有提出一套對控制過程中的參數量進行在線調試和修改的完整解決方案。

【發明內容】

[0005]本發明的技術解決問題是:克服現有的調試臺控制系統當裝配和調試大型設備時定位穩定性變差和控制方式單一的缺點，提供一種集控制、數據顯示和在線監控於一體的高精度大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統。
[0006]本發明的技術解決方案是:大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統，由控制模塊、通訊模塊、輸出模塊、檢測模塊四個模塊構成，其中，控制模塊包括PLC、手動控制按鈕、限位開關；通訊模塊包括RS-232通訊擴充卡、PC、USB接口電路、觸控螢幕；輸出模塊包括伺服驅動電路、伺服電機、編碼器、框架系統和故障報警電路；檢測模塊包括傾角傳感器、位移傳感器:
[0007](a)控制模塊:PLC與觸控螢幕通過USB接口電路連接，交換控制過程中的數據參量，與PC通過RS-232通訊擴充卡連接，將控制算法程序從PC下載到PLC，將輸出數據串行發送到PC並保存。PLC接收外部限位開關量、手動控制量並做出相應動作。PLC接收檢測模塊位移傳感器和框架傾角傳感器的值，同時向伺服驅動器發送電機轉動的脈衝控制量。
[0008](b)通訊模塊:PLC通訊接口通過雙向工作的總線、USB接口電路和RS-232實現與觸控螢幕、PC之間的數據交換；[0009](c)輸出模塊:PLC通過輸出接口向伺服驅動電路發送電機轉動的脈衝控制量，控制伺服電機轉動的速度和方向，伺服電機通過自身編碼器向伺服驅動電路反饋信息進行閉環控制，同時帶動框架系統完成相應的動作，實現框架高度和水平姿態的高精度調整。當系統出現故障時，PLC向故障報警電路輸出警報信號；
[0010](d)檢測模塊:PLC通過模擬量輸入模塊接口接收傾角傳感器信號和位移傳感器信號，作為位置閉環控制的參考量。
[0011]所述的大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統中，觸控螢幕作為控制信號輸入與狀態量顯示部件，操作簡單、使用可靠，所述的手動控制按鈕用於手工點動控制，從而與觸控螢幕共同實現手動控制與全數字自動控制相結合的混合控制方案。
[0012]所述的大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統中，伺服電機帶自鎖功能，能夠克服體積大、重量大的設備裝配調試過程中高度、姿態到位後由於本身自重下滑而影響位置控制精度的缺點，提高了系統的控制精度。
[0013]所述的大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統中，RS-232通訊擴充卡與PC之間通過串口線或USB線連接，接收PLC採集來的數據，將數據以串行方式轉發到PC中，提高了信號傳輸的可靠性。
[0014]本發明的原理是:本控制系統通過控制模塊、通訊模塊、輸出模塊、檢測模塊實現了基本控制功能。如說明書附圖2，為本控制系統的原理框圖，其中，PLC為控制系統的核心，接收來自於框架系統位移傳感器的位移信號和傾角傳感器的傾角信號，形成控制閉環，同時向伺服驅動器發送電機轉動的脈衝控制量以控制框架的位置和速度。
[0015]本控制系統利用控制主機PLC和觸控螢幕實現數據顯示和監控、控制參數在線修改等功能。利用PC和RS-232通訊擴充卡，通過編寫串口協議實現數據採集和保存，通過對數據和地址的匹配校驗，保證數據傳送的可靠性。
[0016]本發明的方案與現有方案相比，主要優點在於:
[0017](I)系統採用觸控螢幕作為控制信號輸入與狀態量顯示部件，操作簡單、使用可靠；
[0018](2)採用手工點動控制信號與數字量自動控制相結合的混合控制方式，實用性強；
[0019](3)採用PLC位置控制功能+伺服電機的常用定位方式，技術成熟、可靠性強、靈活性高；
[0020](4)通過採用帶斷電抱閘功能的伺服電機，提高系統的定位精度和穩定性，確保系統的安全和可靠性，尤其適用於體積和重量都比較大型的設備裝配與調試用多功能調試臺的控制；
[0021](5)本發明利用一套系統實現調試臺的控制、數據顯示與採集、在線監控於一體，省掉了外圍數據採集設備等，成本低、使用方便。
[0022]總之，本發明的這種控制系統更加集成化，實現了多功能調試臺的全數字自動化控制與手動控制相結合。本發明的控制方式擴展了系統的性能，能可靠的接收並顯示框架控制系統的運動狀態信息，提高了多功能調試臺控制系統的精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發明的結構組成框圖；[0024]圖2為本發明的控制原理框圖；
[0025]圖3為本發明觸控螢幕主菜單設計畫面；
[0026]圖4為本發明觸控螢幕復位設置設計畫面
[0027]圖5為本發明的總體控制流程圖；
[0028]圖6為本發明的框架升降控制流程圖；
[0029]圖7為本發明的框架旋轉控制流程圖。
【具體實施方式】
[0030]如圖1所示，本發明大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統，由控制模塊(a)、通訊模塊(b)、輸出模塊(C)、檢測模塊(d)四個模塊構成，其中，控制模塊(a)包括PLC(l)、手動控制按鈕(6)、限位開關(7);通訊模塊(b)包括RS-232通訊擴充卡(2)、PC(3)、USB接口電路(5)、觸控螢幕(4);輸出模塊(c)包括伺服驅動電路(8)、伺服電機(9)、編碼器(10)、框架系統(11)和故障報警電路(14);檢測模塊包括傾角傳感器(12)、位移傳感器(13)。
[0031]其中，PLC(I)為16點輸入16點輸出的臺灣豐煒VB1-32MT-D型PLC主機、8點DC24V輸入擴充模塊VB-8X和4點12bits模擬量輸入模塊VB-4AD ;觸控螢幕(4)為海泰克數控裝置HITECH-PWS5610T-SA ;伺服電機(9)為帶剎車的臺灣東元伺服電機TSB13102B ；相應的伺服驅動電路(8)為臺灣東元伺服驅動器TSTE30C;傾角傳感器(12)為西安精準PM-TSI1-D型雙軸傾角傳感器；位移傳感器(13)為LXW-5I⑶2000型精密拉線位移傳感器。
[0032]PLC(I)與觸控螢幕⑷通過USB接口電路(5)連接，交換控制過程中的數據參量，與PC(3)通過RS-232通訊擴充卡(2)連接，將控制算法程序從PC下載到PLC，將輸出數據串行發送到PC並保存。PLC(I)接收外部限位開關量(7)、手動控制量(6)並做出相應動作。PLC(I)接收檢測模塊位移傳感器(13)和框架傾角傳感器(12)的值，同時向伺服驅動器⑶發送電機轉動的脈衝控制量。
[0033]PLC(I)通訊接口通過雙向工作的總線、USB接口電路(5)和RS-232 (2)實現與觸控螢幕(4)、PC(3)之間的數據交換；
[0034]PLC(I)通過輸出接口向伺服驅動電路⑶發送電機轉動的脈衝控制量，控制伺服電機(9)轉動的速度和方向，伺服電機(9)通過自身編碼器(10)向伺服驅動電路⑶反饋信息進行閉環控制，同時帶動框架系統(11)完成相應的動作，實現框架高度和水平姿態的高精度調整。當系統出現故障時，PLC(I)向故障報警電路(14)輸出警報信號；
[0035]PLC(I)通過模擬量輸入模塊接口接收傾角傳感器(12)信號和位移傳感器(13)信號，作為位置閉環控制的參考量。
[0036]觸控螢幕(4)作為控制信號輸入與狀態量顯示部件，操作簡單、使用可靠，所述的手動控制按鈕(6)用於手動控制，從而與觸控螢幕(4)共同實現手動控制與全數字自動控制相結合的混合控制方案。
[0037]伺服電機(9)帶自鎖功能，能夠克服體積和重量都較大的大型設備裝配調試過程中高度、姿態到位後由於本身自重下滑而影響位置控制精度的缺點，提高了系統的控制精度。
[0038]RS-232通訊擴充卡(2)與PC (3)之間通過串口線或USB線連接，接收PLC (I)採集來的數據，將數據以串行方式轉發到PC(3)中，提高了信號傳輸的可靠性。
[0039]如圖2所示，為本發明的控制原理框圖，其中，PLC為控制系統的核心，接收來自於框架系統位移傳感器的位移信號和傾角傳感器的傾角信號形成控制閉環，同時向伺服驅動器發送電機轉動的脈衝控制量以控制框架的位置和速度。
[0040]如圖3所示，為本發明觸控螢幕主菜單設計畫面，觸控螢幕上「外正限位」、「外反限位」、「中正限位」、「中反限位」、「內正限位」、「內反限位」分別為外框、中框、內框的上下限位開關的指示燈，到達限位時，相應的紅色指示燈亮。自動運行到位之後「自動運行到位」綠色指示燈亮。「預設位置」、「預設X軸角度」、「預設Y軸角度」用來輸入預設高度值和兩軸角度值。「當前位置」、「當前X軸角度」、「當前Y軸角度」用來實時顯示當前的高度值和兩軸角度值。「點動脈衝速度」、「自動脈衝速度」用來分別設定手動、自動模式下中框、內框的旋轉速度。「自動運行」按鈕用於自動控制模式下的自動控制，按下時自動運行，抬起時自動運行暫停。「復位設置」按鈕用於界面切換，進入復位設置界面。復位界面如圖4所示，用於裝配調試過程中常用狀態的設置和復位。「退出」按鈕用於退出本項目。畫面上均設有限位和報警指示燈，確保安全。
[0041]如圖5所示，為本發明的總體控制流程圖，系統上電後先進行自檢，正常運行後等待指令，當接收到安裝、升降、旋轉等指令或故障報警信號後完成相應的動作。如圖6所示，為本發明的框架升降控制流程圖，當收到升降指令後，系統先檢測設備的當前高度，再根據當前值與設定值的比較結果輸出相應的控制脈衝串驅動框架移動到指定位置並顯示輸出。如圖7所示，為本發明的框架旋轉控制流程圖，當收到旋轉指令後，系統先確認此刻工作檯是否已經升降到指定高度值，再判斷此高度處是否允許旋轉動作，若指令合法則將當前角度值與設定值進行比較，根據比較結果輸出相應的控制脈衝串驅動框架旋轉到指定姿態並顯示輸出。
[0042]本發明雖為大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統，但也可以作為一種通用的控制器，應用者可以根據其特殊的應用領域通過修改軟體來靈活方便地實現其功倉泛。
[0043]本發明說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
【權利要求】
1.一種大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統，其特徵在於:由控制模塊(a)、通訊模塊(b)、輸出模塊(C)、檢測模塊(d)四個模塊構成，其中，控制模塊(a)包括PLC(I)、手動控制按鈕(6)、限位開關(7);通訊模塊(b)包括RS-232通訊擴充卡(2)、PC(3)、USB接口電路(5)、觸控螢幕(4);輸出模塊(c)包括伺服驅動電路(8)、伺服電機(9)、編碼器(10)、框架系統(11)和故障報警電路(14);檢測模塊包括傾角傳感器(12)、位移傳感器(13): (a)控制模塊:PLC⑴與觸控螢幕⑷通過USB接口電路(5)連接，交換控制過程中的數據參量，與PC(3)通過RS-232通訊擴充卡(2)連接，將控制算法程序從PC(3)下載到PLC(I)，將輸出數據串行發送到PC(3)並保存。PLC(I)接收外部限位開關量(7)、手動控制量(6)並做出相應動作。PLC(I)接收檢測模塊位移傳感器(13)和框架傾角傳感器(12)的值，同時向伺服驅動器(8)發送電機轉動的脈衝控制量； (b)通訊模塊:PLC(I)通訊接口通過雙向工作的總線、USB接口電路(5)和RS-232(2)實現與觸控螢幕(4)、PC(3)之間的數據傳送； (c)輸出模塊:PLC⑴通過輸出接口向伺服驅動電路⑶發送電機轉動的脈衝控制量，控制伺服電機(9)轉動的速度和方向，伺服電機(9)通過自身編碼器(10)向伺服驅動電路(8)反饋信息進行閉環控制，同時帶動框架系統(11)完成相應的動作，實現框架高度和水平姿態的高精度調整。當系統出現故障時，PLC(I)向故障報警電路(14)輸出警報信號； (d)檢測模塊=PLC(I)通過模擬量輸入模塊接口接收傾角傳感器(12)信號和位移傳感器(13)信號，作為位置閉環控制的參考量。
2.根據權利要求1所述的大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統，其特徵在於:所述的觸控螢幕(4)作為控制信號輸入與狀態量顯示部件，操作簡單、使用可靠，所述的手動控制按鈕(6)用於手動控制，從而與觸控螢幕(4)共同實現手動控制與全數字自動控制相結合的混合控制方案。
3.根據權利要求書I所述的大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統，其特徵在於:所述的伺服電機(9)帶自鎖功能，能夠克服體積和重量都較大的大型設備裝配調試過程中高度、姿態到位後由於本身自重下滑而影響位置控制精度的缺點，提高了系統的控制精度。
4.根據權利要求1所述的大型設備裝配調試用多功能調試臺混合控制系統，其特徵在於:所述的RS-232通訊擴充卡(2)與PC (3)之間通過串口線或USB線連接，接收PLC (I)採集來的數據，將數據以串行方式轉發到PC (3)中，提高了信號傳輸的可靠性。
【文檔編號】G05B19/05GK103995495SQ201410221893
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月11日 優先權日:2014年6月11日
【發明者】張延順, 劉姍姍, 李春雨 申請人:北京航空航天大學