全閉環伺服壓裝控制系統的製作方法

2023-10-27 14:37:07 2

專利名稱：全閉環伺服壓裝控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及零部件壓裝工藝領域，特別涉及零部件精密壓裝技術領域，具體是指一 種全閉環伺服壓裝控制系統。
背景技術：
現代工業生產領域，各種各樣的零部件的製造技術不斷發展，其中非常重要的一個技術 就是對零部件的精密壓裝工藝。在整個壓裝過程中，必須保證力和位移符合工藝要求，這樣 才能確保壓裝後的零部件達到相應的精度誤差範圍要求。現有技術中，大多採用氣缸、氣液增壓缸、液壓缸等驅動設備進行壓裝，由於在整個壓 裝過程中是靠壓縮空氣或者油壓來傳遞力的，所以在力的連續性、反應速度方面都是不可控 制的，而且穩定性差，難以實現線性控制。因此，現有的壓裝工藝系統響應速度慢，控制精度低，監控響應遲鈍，不能滿足零部件 精密壓裝，無法達到精密機械中零部件的精度誤差範圍要求，這樣就給工業生產帶來了很大 的不便。實用新型內容本實用新型的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種能夠根據不同的壓裝工藝 對力和位移進行精確量化控制、系統響應速度快，系統重複定位精度高、可以實時監控工藝 參數變化、控制過程簡單方便、工作性能穩定可靠、適用範圍較為廣泛的全閉環伺服壓裝控 制系統。為了實現上述的目的，本實用新型的全閉環伺服壓裝控制系統具有如下構成 該全閉環伺服壓裝控制系統，包括壓裝動力缸，其主要特點是，所述的系統中還包括控 制器模塊、拉力/壓力傳感器模塊、運動控制器模塊，所述的控制器模塊與拉力/壓力傳感器模 塊相連接，且該控制器模塊通過現場總線與所述的運動控制器模塊相連接，該運動控制器模 塊與所述的壓裝動力缸相連接。該全閉環伺服壓裝控制系統的運動控制器模塊還連接有一運動控制設置模塊。該全閉環伺服壓裝控制系統中還包括一個工控^l4莫塊和一個組態功能模塊，所述的組態 功能模塊與所述的工控機模塊相連接，所述的控制器模塊通過通信控制總線與該工控機模塊 相連接。該全閉環伺服壓裝控制系統的組態功能^f莫塊包括通信單元、數據處理單元、變量圖生成 單元和資料庫連結單元，所述的數據處理單元分別與通信單元、變量圖生成單元和資料庫鏈 接單元相連接。該全閉環伺服壓裝控制系統的通信控制總線為西門子多點通信協議總線。 該全閉環伺服壓裝控制系統中還包括有一個人機界面模塊，所述的人機界面模塊通過現 場總線與所述的控制器模塊相連接。該全閉環伺服壓裝控制系統的控制器模塊為可編程邏輯控制器。 該全閉環伺服壓裝控制系統的壓裝動力缸為行星絲槓伺服電動缸。釆用了該實用新型的全閉環伺月艮壓裝控制系統，由於在整個壓裝過程中力和位移均為閉 環控制，從而可以根據不同的壓裝工藝，對力和位移進行量化控制，同時該系統在對零部件 進行精密壓裝過程中，對力和位移的變化情況能夠進行實時監控，並以力——位移關係曲線 呈現實際反饋值，並判斷整個壓裝過程中的參數是否符合工藝要求，並對相關數據進行存儲 和呈現；而且採用現場總線使整個系統響應速度達到1.5Mbps (每秒傳送1.5兆字節)的通訊 速度，從而大大提高系統響應速度，克服了系統響應的滯後性，而伺服驅動控制使系統重複 定位精度達到O.OOlmm，顯著提高了控制精度，控制過程簡單方便，整個系統的工作性能穩 定可靠，適用範圍較為廣泛，為工業生產的自動化帶來了很大的便利。


圖1為本實用新型的全閉環伺服壓裝控制系統的整體工作原理示意圖。 圖2為本實用新型的全閉環伺服壓裝控制系統中的組態功能模塊所生成的力——位移曲 線示意圖。圖3為本實用新型的全閉環伺服壓裝控制系統的人機界面示意圖。圖4為本實用新型的全閉環伺服壓裝控制系統中的可編程邏輯控制器配置界面示意圖。圖5為本實用新型的全閉環伺服壓裝控制系統中的運動控制設置模塊配置界面示意圖。圖6為本實用新型的全閉環伺服壓裝控制系統的典型應用正面示意圖。圖7為本實用新型的全閉環伺服壓裝控制系統的典型應用側面示意圖。圖8為本實用新型的全閉環伺服壓裝控制系統的典型應用立體示意圖。
具體實施方式
為了能夠更清楚地理解本實用新型的技術內容，特舉以下實施例詳細說明。 請參閱圖l所示，該全閉環伺服壓裝控制系統，包括壓裝動力缸l、控制器模塊2、拉力 /壓力傳感器模塊(Push/Pull Sensor) 3和運動控制器模塊(Motion Control Driver) 4,該控制 器模塊2為可編程邏輯控制器(PLC),該壓裝動力缸1為行星絲槓伺服電動缸1，且該控制 器模塊2與拉力/壓力傳感器模塊3相連接，且該控制器模塊2通過現場總線(Profibus-DP) 5與所述的運動控制器模塊4相連接，該運動控制器模塊4與所述的壓裝動力缸1相連接， 所述的拉力/壓力傳感器模塊3的作用是能夠實時監測壓力、拉力值，並與整個系統有機結合, 從而共同完成力的閉環控制。其中，該運動控制器模塊4還連接有一運動控制設置模塊41;該全閉環伺服壓裝控制系 統中還包括一個工控機模塊(IPC) 6和一個組態功能模塊61,所述的組態功能模塊61與所 述的工控機模塊6相連接，該組態功能模塊61包括通信單元、數據處理單元、變量圖生成單 元和資料庫連結單元，所述的數據處理單元分別與通信單元、變量圖生成單元和資料庫連結單元相連接。同時，所述的控制器模塊2通過通信控制總線7與該工控機模塊6相連接，該通信控制 總線7可以為西門子多點通信協議(MPI)總線，也可以採用其它合適的通信控制總線。該全閉環伺服壓裝控制系統中還包括有一個人機界面模塊(HMI) 8,所述的人機界面模 塊8通過現場總線5與所述的控制器模塊2相連接。所述的行星絲槓伺服電動缸是屬於現有技術中已有的裝置，其結構特徵可以參閱現有技 術的相關文獻，其功能和用途具體為作為壓裝動作的執行機構，在位置環模式控制下移動 設定的距離，在力矩環模式控制下輸出設定的力矩。本實用新型即是利用該行星絲槓伺服電動缸所具有的傳動結構緊湊、重複定位精度高、 效率高的優點。在實際應用當中，工控^I^莫塊6負責從控制器模塊2中讀取相關參數，組態功能模塊61 將參數繪製成力——位移曲線圖，並存儲相應的數據。同時，控制器模塊2控制運動控制器 模塊4按工藝邏輯動作，實際壓力通過拉力/壓力傳感器模塊3反饋到控制器模塊2，實際位 移通過編碼器反饋到控制器模塊2，控制器模塊2比較工藝值和實際反饋值，採用PID算法 修正輸出，使得實際值接近設定值，同時實時將信息、參數呈現在人機界面模塊8上，從而 能夠較好的滿足壓裝過程中的工藝要求。同時，由於該系統採用了現場總線5,通訊速率可以達到1.5Mbps,而運動控制器模塊4 控制位移精度為0.001mm,拉力/壓力傳感器模塊3的解析度為0.01牛(N)，從而能夠實現 對零部件的精密壓裝。再請參閱圖2所示，其中的組態功能模塊61能夠實現數據採集、分析、計算、呈現、存儲。該組態功能模塊61通過工控初4莫塊6的RS232 口與控制器模塊2通訊口相連，從控制 器模塊2的存儲區讀取力和位移值，利用其本身的變量圖生成單元的繪圖功能作出力——f立 移曲線，同時將各個工件力和位移值存儲到資料庫中，並可以按時間檢索。圖2中的X-軸為位移坐標，Y-軸為對應力的值，該曲線反應出在壓裝過程中不同位 置力的大小，從而可以知道任意位置的力，就可以判斷是否符合壓裝工藝。其中的"A"曲線表 示第一次壓入曲線，"B"曲線表示反拉測試曲線，"C"曲線表示第二次壓入曲線，"D，，表示花 鍵鍵槽壓入位移2mm內，"E"表示臨界位置壓力位移偏差士1.25mm。其中，在第一次壓入曲線中，最大壓入力為12KN，最小壓入力為1KN，在反拉測試曲 線中，反拉模式1 = Fpush + 300daN (達因)，反拉模式2 = 1500daN (達因)。同時可以很直觀的監控整個過程，也可進行存儲以便日後追溯；同時該組態功能模塊61 能夠根據壓裝工藝選擇位置環/力矩環運作模式，從而可以設定相關位置參數/力參數，該組 態功能模塊61可實時反饋位移值和運轉速度，通過設定相關參數來調節電機運轉效果。再請參閱圖3所示，其中的人機界面，使用者可以手動操作各執行機構，設定各種工件 工藝參數，實時監控各個變量，信息顯示。圖中各個參數的含義如下Fault/Warning——錯誤/報警信息* Part Type——選擇工件型號* Push Force——在壓裝過程中最大壓入力* Fpush——在某一壓入行程中的最大力* Fpull——反拉力最大值* Riling——卡圏進入卡槽前的力* Act.Pos-實時位置* Act.Force-實時力* Stop Position-壓入4亭止位置再請參閱圖4所示，其中對於可編程邏輯控制器(PLC),能夠控制各運動機構按設定的 邏輯執行，採集/處理/存儲數據。該為可編程邏輯控制器核心控制單元，使用者根據控制工藝編輯相應的邏輯迴路，通過輸出口驅動執行機構動作。採集外部各種傳感器信號，傳送相關 參數到工控機模塊6，並可將信息、數據呈現在人機界面上。再請參閱圖5所示，其中對於運動控制設置模塊41,能夠設置伺服系統控制工藝參數， 運行模式，反饋實際位移和速度，調節/修正增益。該運動控制設置模塊41將相關工藝參數、 運行模式、增益、PID調節等項目均用對應代碼來實現調節，在實際調試過程中根據運行情 況在線調節相關壓裝參數，從而改變伺服壓機執行功能。例如其中的P452/P453為調速參數。採用了上述的技術方案，能夠將兩種零(部)件壓裝在一起，並可以要求在壓入過程中 力和位移互相可控，實時監測力、位移反饋值，並判斷過程中相關參數是否滿足工藝要求； 並可以將力與位移以曲線方式呈現，存儲過程變量，從而能夠根據不同壓裝工藝，設定不同 參數達到要求。採用了上述的全閉環伺服壓裝控制系統，由於在整個壓裝過程中力和位移均為閉環控制， 從而可以根據不同的壓裝工藝，對力和位移進行量化控制，同時該系統在對零部件進行精密 壓裝過程中，對力和位移的變化情況能夠進行實時監控，並以力——位移關係曲線呈現實際 反饋值，並判斷整個壓裝過程中的參數是否符合工藝要求，並對相關數據進行存儲和呈現； 而且採用現場總線使整個系統響應速度達到1.5Mbps (每秒傳送1.5兆字節)的通訊速度，從 而大大提高系統響應速度，克服了系統響應的滯後性，而伺服驅動控制使系統重複定位精度 達到0.001mm,顯著提高了控制精度，控制過程簡單方便，整個系統的工作性能穩定可靠， 適用範圍較為廣泛，為工業生產的自動化帶來了很大的便利。在此說明書中，本實用新型已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出 各種修改和變換而不背離本實用新型的精神和範圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性 的而非限制性的。
權利要求1、一種全閉環伺服壓裝控制系統，包括壓裝動力缸，其特徵在於，所述的系統中還包括控制器模塊、拉力/壓力傳感器模塊、運動控制器模塊，所述的控制器模塊與拉力/壓力傳感器模塊相連接，且該控制器模塊通過現場總線與所述的運動控制器模塊相連接，該運動控制器模塊與所述的壓裝動力缸相連接。
2、 根據權利要求1所述的全閉環伺服壓裝控制系統，其特徵在於，所述的運動控制器模 塊還連接有 一運動控制設置模塊。
3、 根據權利要求1所述的全閉環伺服壓裝控制系統，其特徵在於，所述的系統中還包括 一工控機模塊和一組態功能模塊，所述的組態功能模塊與所述的工控機模塊相連接，所述的 控制器模塊通過通信控制總線與該工控機模塊相連接。
4、 根據權利要求3所述的全閉環伺服壓裝控制系統，其特徵在於，所述的組態功能模塊 包括通信單元、數據處理單元、變量圖生成單元和資料庫連結單元，所述的數據處理單元分 別與通信單元、變量圖生成單元和資料庫連結單元相連接。
5、 根據權利要求3所述的全閉環伺服壓裝控制系統，其特徵在於，所述的通信控制總線 為西門子多點通信協議總線。
6、 根據權利要求1所述的全閉環伺服壓裝控制系統，其特徵在於，所述的系統中還包括 有一人機界面模塊，所述的人機界面模塊通過現場總線與所述的控制器模塊相連接。
7、 根據權利要求1至6中任一項所述的全閉環伺服壓裝控制系統，其特徵在於，所述的 控制器模塊為可編程邏輯控制器。
8、 根據權利要求1至6中任一項所述的全閉環伺服壓裝控制系統，其特徵在於，所述的 壓裝動力缸為行星絲槓伺服電動缸。
專利摘要本實用新型涉及一種全閉環伺服壓裝控制系統，包括壓裝伺服動力缸、控制器模塊、拉力/壓力傳感器模塊、運動控制器模塊，控制器模塊與拉力/壓力傳感器模塊相連接，控制器模塊通過現場總線與運動控制器模塊連接，運動控制器模塊與壓裝伺服動力缸連接。採用該種結構的全閉環伺服壓裝控制系統，可以根據不同的壓裝工藝對力和位移進行量化控制，並對力和位移的變化情況能夠進行實時監控，對相關數據進行存儲和呈現；系統通訊速度達到1.5Mbps的通訊速度，大大提高了系統響應速度，克服了系統響應的滯後性，系統重複定位精度達到0.001mm，顯著提高了控制精度，控制過程簡單方便，工作性能穩定可靠，適用範圍較為廣泛，為工業生產的自動化帶來了很大的便利。
文檔編號G05B19/048GK201097191SQ20072007374
公開日2008年8月6日 申請日期2007年8月17日 優先權日2007年8月17日
發明者戴長春, 李正剛, 郝文遠 申請人:上海新松機器人自動化有限公司