CN101972970B - 一种精密双面抛光机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种精密双面抛光机控制系统，包括有PLC控制器，PLC控制器与双面抛光机的操作箱上的人机界面相连，检位开关、按钮与PLC控制器上的离散量输入模块DI相连，回收、排水阀、电磁阀、冷却水阀、泵、抛光液阀、泵、活性剂阀、泵和齿圈升、降装置一端与PLC控制器上的离散量输出模块DO相连，回收、排水阀、电磁阀、冷却水阀、泵、抛光液阀、泵、活性剂阀、泵和齿圈升、降装置另一端与双面抛光机的对应装置相连。PLC控制器与上盘变频器、下盘变频器、齿圈变频器和太阳轮变频器相连，变频器与对应变频电机相连。其采用实时监控系统运行、变化过程和运行趋势，遵循瞻前顾后原则、智能预警、精细化控制机制，适应了当今大规模双面抛光机运行控制的需要。

Description

一种精密双面抛光机控制系统

技术领域：

本发明涉及精密抛光机自动控制技术领域，具体涉及一种精密双面抛光机控制系统。

背景技术：

传统的研磨抛光机常采用普通电机拖动，通过齿轮传动系统实现上下抛光盘以及内外齿圈的传动，从而实现对工件的研磨抛光，其上下抛光盘与行星轮只有两种速度比，限制了双面抛光机加工运动轨迹的变化，缺乏对速度的精确控制。

专利号为02292538.4，专利名称为双面抛光机行星盘的中国发明专利，公开了一种双面抛光盘，其行星盘上有3个偏心孔，3个偏心孔内分别放置3个分离器，每个分离器的孔径为103毫米。能够部分提高抛光的成品率，而且提高了抛光效率。但是，其仍然采用传统研抛机二轴或三轴传动方式。其存在的缺点是：(1)、不能实现无级调速；(2)、不能调节上抛光盘压力；(3)、加工的平稳性差；(4)、抛光效率较低。

当今大规模双面抛光机需求急剧增长，大幅面，高性能、高精度、智能化的抛光设备和新型电控元件通过大规模电气控制系统连接在一起，形成了精密双面抛光机电气控制/软件系统。由于大规模双面抛光机的机械特性和电气控制系统相互制约，相互影响，其系统表现异常复杂。另一方面，大规模精密双面抛光机在系统构架上是分层、分区、独立控制又相辅相成运行，大规模精密双面抛光机市场的出现对抛光机又提出了许多非技术性要求。因此，技术层面、管理层面、市场层面的问题交织在一起，使得主要依赖传统控制的电气控制系统很难实现现代精密抛光机的智能化控制。

发明内容：

本发明的目的在于避免现有双面抛光机控制系统的不足之处而提供一种精密双面抛光机控制系统，从而有效满足了高精度的研磨抛光机的使用要求。

本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现：所述的一种精密双面抛光机控制系统，包括有PLC控制器，其特征是还包括有：所述的PLC控制器与双面抛光机的操作箱上的人机界面相连，设置在双面抛光机上的检位开关、按钮与PLC控制器上的离散量输入模块DI相连，设置在双面抛光机上的回收、排水阀一端与PLC控制器上的离散量输出模块DO相连，回收、排水阀另一端与双面抛光机上的抛光液回收装置相连，电磁阀一端与PLC控制器上的离散量输出模块DO相连，电磁阀另一端与双面抛光机上的上盘快升、快降装置相连，冷却水阀、泵一端与PLC控制器上的离散量输出模块DO相连，冷却水阀、泵另一端与双面抛光机上的上盘温度控制装置相连，抛光液阀、泵一端与PLC控制器上的离散量输出模块DO相连，抛光液阀、泵另一端与双面抛光机上的抛光液流量控制装置相连，活性剂阀、泵一端与PLC控制器上的离散量输出模块DO相连，活性剂阀、泵另一端与双面抛光机上的活性剂流量控制装置相连，齿圈升、降装置一端与PLC控制器上的离散量输出模块DO相连，齿圈升、降装置另一端与双面抛光机上的齿圈抬升电机相连，PLC控制器通过CanOpen总线与上盘变频器相连，上盘变频器与双面抛光机的上盘电机相连，PLC控制器通过CanOpen总线与下盘变频器相连，下盘变频器与双面抛光机的下盘电机相连，PLC控制器通过CanOpen总线与齿圈变频器相连，齿圈变频器与双面抛光机的齿圈电机相连，PLC控制器通过CanOpen总线与太阳轮变频器相连，太阳轮变频器与双面抛光机的太阳轮电机相连。

所述的双面抛光机上还设有流量检测装置，温度检测装置，PH值检测装置和拉力传感器；流量检测装置，温度检测装置，PH值检测装置和拉力传感器与PLC控制器上的A/D转换模块相连，PLC控制器上的D/A转换模块与比例调节阀相连，比例调节阀与双面抛光机上的压力控制装置相连。所述的温度检测装置安装在双面抛光机的上盘上面，流量检测装置包括安装在双面抛光机上的第一流量计和第二流量计。

所述的上盘变频器，下盘变频器，齿圈变频器和太阳轮变频器都安装在双面抛光机的强电控制底板上面，所述的回收、排水阀，电磁阀，冷却水阀、泵，抛光液阀、泵和活性剂阀、泵都安装在双面抛光机的弱电控制底板上。所述的双面抛光机上的检位开关、按钮包括有五个检位开关和五个操作按钮，五个检位开关包括有设置在主气缸上端的检位开关，设置在主气缸下端的检位开关，设置在副气缸上端的检位开关，设置在位移传感器上端的齿圈上极限检位开关，设置在位移传感器下端的齿圈下极限检位开关；五个操作按钮包括有设置在操作箱上的点动按钮，运行按钮，停止按钮，急停按钮，准备按钮；所述的操作箱上还设有控制四个动作的操作手柄，四个动作包括上盘快升，上盘快降，上盘缓升，上盘缓降；控制四个动作的操作手柄与PLC控制器上的离散量输入模块DI相连。

本发明所产生的有益效果是：

(1)、与以往加工设备的压力控制相比，提高之处在于压力的转换是渐变的(逐增或逐减，转变时间由用户设定)，消除了压力切换时的冲击现象，排除了工件受力的突变现象；各段压力的设定值是随意的(在上盘系统重量以下)，压力段的多少由用户自定义(20段以内)。工件的总受力及压力过程曲线时时显示于人机界面上，有利于操作人员摸索总结工艺参数。

(2)、上盘自动称重功能配合加工压力设定，可自动消除由于上盘磨损而造成的压力不稳定现象，从而保证了在同样加工工艺参数(所设压力、时间、速度以及工作液粒度、浓度、流量)的前提下，工件性能的稳定性。

(3)、多工艺及多工序的多个参数设置以方便多种产品规格的切换加工使用，工艺参数以可视化的形式显示在人机界面上。

(4)、手动、自动两种模式的功能切换使运行方式多样化，方便用户使用。当在手动模式下，速度可随时由外设电位器手动调节；当在自动模式下，速度由预设的速度随运行时间而自动改变。

(5)、锁定上盘的功能，当主气缸上行到最高点后，锁定气缸会自动锁定上盘，无论断电还是停气，都可保证安全锁定，消除了人工锁定(挂吊链)的失误性。

(6)、触摸屏软件采用经典的九宫格方式的操作界面，图形画面简捷明快，每一子画面都有“帮助”按钮，可进入“帮助界面”，用户可随时查看，随时学习。

(7)、通过变频器控制普通电机达到上盘、下盘、太阳轮及齿圈电机同步运行的目的。

(8)、可以对上盘、下盘、抛光液、清洗液达到20℃～45℃的可控范围，流量控制在0～10L/min，PH值检测范围0～14。

所述的一种精密双面抛光机控制系统，其实现了考虑运行稳定、控制精确和控制目标等三个层面的关联和协调，实现了双面抛光机全局、实时闭环控制(运行速度、实时压力、温度)、预警和智能化控制；突破传统机械设备需要人工分析的运行模式，采用自动、实时监控、递归、智能预警的运行模式；突破传统电气控制系统侧重当前和历史数据层面，采用实时监控系统运行、变化过程和运行趋势，遵循瞻前顾后原则、智能预警、精细化控制机制，极大地适应了当今大规模双面抛光机运行控制的需要。

附图说明：

图1为本发明的双面抛光机结构主视结构原理图；

图2为本发明的双面抛光机结构后视结构原理图；

图3为本发明的控制原理图；

图4为本发明的系统自检图；

图5为本发明的上盘动作流程图；

图6为本发明的齿圈动作流程图；

图7为本发明的点动控制流程图；

图8为本发明的运行控制流程图；

图9为本发明的工艺控制流程图；

图10为本发明的压力控制流程图；

图11为本发明的温度控制流程图；

图12为本发明的流量控制流程图；

图13为本发明的自动称重控制流程图。

图中：1、主气缸；2、拉力传感器；3、比例调节阀；4、精密减压阀；5、操作箱摆臂；6、PLC控制器；7、副气缸；8、上盘；9、下盘；10、内齿圈；11、太阳轮；12、操作箱；13、弱电控制底板；14、位移传感器；15、减速箱；16、上盘变频器；17、强电控制底板；18、变频电机；19、抛光液回收装置；20、齿圈抬升电机；21、第一流量计；22、第二流量计；23、温度传感器；24、人机界面；25、信号放大器；26、电磁阀组；27、继电器组；28、下盘变频器；29、太阳轮变频器；30、齿圈变频器；31、锁定开关；32、流量检测装置；33、温度检测装置；34、检位开关按钮；35、上盘电机；36、下盘电机；37、齿圈电机；38、太阳轮电机；39、压力控制装置；40、双面抛光机；41、上盘快升快降装置；42、上盘温度控制装置；43、抛光液流量控制装置；44、活性剂流量控制装置；45、齿圈升、降装置；46、活性剂阀、47、泵；抛光液阀、泵；48、冷却水阀、泵；49、电磁阀；50回收、排水阀。

具体实施方式：

以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述：

见图1、2、3，所述的一种精密双面抛光机控制系统，包括有PLC控制器6，其特征是还包括有：所述的PLC控制器6与双面抛光机40的操作箱12上的人机界面24相连，设置在双面抛光机40上的检位开关、按钮34与PLC控制器6上的离散量输入模块DI相连，设置在双面抛光机40上的回收、排水阀50一端与PLC控制器6上的离散量输出模块DO相连，回收、排水阀50另一端与双面抛光机40上的抛光液回收装置19相连，电磁阀49一端与PLC控制器6上的离散量输出模块DO相连，电磁阀49另一端与双面抛光机40上的上盘快升快降装置41相连，冷却水阀、泵48一端与PLC控制器6上的离散量输出模块DO相连，冷却水阀、泵48另一端与双面抛光机40上的上盘温度控制装置42相连，抛光液阀、泵47一端与PLC控制器6上的离散量输出模块DO相连，抛光液阀、泵47另一端与双面抛光机40上的抛光液流量控制装置43相连，活性剂阀、泵46一端与PLC控制器6上的离散量输出模块DO相连，活性剂阀、泵46另一端与双面抛光机40上的活性剂流量控制装置44相连，齿圈升、降装置45一端与PLC控制器6上的离散量输出模块DO相连，齿圈升、降装置45另一端与双面抛光机40上的齿圈抬升电机20相连，PLC控制器6通过CanOpen总线与上盘变频器32相连，上盘变频器16与双面抛光机40的上盘电机35相连，PLC控制器6通过CanOpen总线与下盘变频器28相连，下盘变频器28与双面抛光机40的下盘电机36相连，PLC控制器6通过CanOpen总线与齿圈变频器30相连，齿圈变频器30与双面抛光机40的齿圈电机37相连，PLC控制器6通过CanOpen总线与太阳轮变频器29相连，太阳轮变频器29与双面抛光机40的太阳轮电机38相连。

所述的双面抛光机40上还设有流量检测装置32，温度检测装置33，PH值检测装置和拉力传感器2；流量检测装置32，温度检测装置33，PH值检测装置和拉力传感器2与PLC控制器6上的A/D转换模块相连，PLC控制器6上的D/A转换模块与比例调节阀3相连，比例调节阀3与双面抛光机40上的压力控制装置39相连。所述的温度检测装置33安装在双面抛光机40的上盘8上面，流量检测装置32包括安装在双面抛光机40上的第一流量计21和第二流量计22。

所述的上盘变频器16，下盘变频器28，齿圈变频器30和太阳轮变频器29都安装在双面抛光机40的强电控制底板17上面，所述的回收、排水阀50，电磁阀49，冷却水阀、泵48，抛光液阀、泵47和活性剂阀、泵46都安装在双面抛光机40的弱电控制底板13上。所述的双面抛光机40上的检位开关、按钮34包括有五个检位开关和五个操作按钮，五个检位开关包括有设置在主气缸1上端的检位开关，设置在主气缸1下端的检位开关，设置在副气缸7上端的检位开关，设置在位移传感器14上端的齿圈上极限检位开关，设置在位移传感器14下端的齿圈下极限检位开关；五个操作按钮包括有设置在操作箱12上的点动按钮，运行按钮，停止按钮，急停按钮，准备按钮；所述的操作箱12上还设有控制四个动作的操作手柄，四个动作包括上盘快升，上盘快降，上盘缓升，上盘缓降；控制四个动作的操作手柄与PLC控制器6上的离散量输入模块DI相连。

所述的一种精密双面抛光机控制系统，其图4是系统自检图，在系统上电后，首先会对系统进行初始化，然后执行系统自检程序，当系统有故障时，自检程序不能通过，此时系统会智能报警，并且将故障信息显示在人机界面上；当系统自检通过后将判定系统是否准备就绪，如果未准备就绪，此时系统会保护输入输出，防止误动作，同时系统发出智能报警，并且将系统未就绪故障信息显示在人机界面上；当系统自检通过并且准备就绪时，系统会自动点亮操作箱上的指示灯，此时系统将处在等待操作指令下达状态。

其图5是上盘动作流程图，当系统处于等待操作指令下达状态时，如果系统接收到上盘动作指令(四动作操作手柄：上盘快升、上盘快降、上盘缓升、上盘缓降)，当系统处在加工运行状态，此时系统拒绝执行上盘动作指令；如果系统不处于加工运行状态，系统将执行上盘动作指令，当系统检测到动作到位信号(检位开关)时执行上盘动作指令结束，系统将处于等待操作指令。

其图6是齿圈动作流程图，当系统处于等待操作指令下达时，如果系统接收到齿圈动作指令(齿圈上升：齿圈下降)，如果系统处在加工运行状态，此时系统拒绝执行齿圈动作指令；如果系统不在加工运行状态，系统将执行齿圈动作指令，当系统检测到动作到达限位信号(检位开关)或中间撤销动作执行指令时执行齿圈动作指令结束，系统将处在等待操作指令。

其图7是点动控制流程图，当系统将处在等待操作指令下达时，如果系统接收到点动指令，如果系统处在加工运行状态，此时系统拒绝执行点动指令；如果系统不在加工运行状态，系统将执行点动指令，当系统检测到停止信号(操作箱按钮)或点动执行时间到时执行点动指令结束，此时系统将处在等待操作指令。

其图8是运行控制流程图，当系统将处在等待操作指令下达时，如果系统接收到运行指令，如果系统处在加工运行状态，此时系统保持执行运行指令；如果系统不在加工运行状态并且运行条件满足时，系统将执行运行指令，此时系统会启动工艺控制子程序和压力控制子程序，当系统检测到停止信号(操作箱按钮)或运行执行时间到时执行运行指令结束，此时系统将处在等待操作指令。

其图9是工艺控制流程图，当工艺控制子程序被启动，首先判定浮动等待，如果浮动等待时间到，置加工标志和加压标志，并且按照工艺设置执行加工，当工序结束时系统将执行下一工序，工序未结束时将按照当前工序参数执行加工；当系统检测到停止信号(操作箱按钮)或工艺结束标志时执行工艺控制子程序结束。

其图10是压力控制流程图，当压力控制子程序被启动，首先判断加压标志，如果加压标志为假，此时写压力初始值并且结束压力控制子程序；如果加压标志为真时，当目标压力等于实时压力系统将按照当前压力执行加工，当目标压力大于实时压力开始分段加压过程，这一调节过程直到目标压力等于实时压力时结束该过程；当目标压力小于实时压力开始分段减压过程，这一调节过程直到目标压力等于实时压力时结束该过程；压力控制运用闭环控制算法。

其图11是温度控制流程图，当系统将处在等待操作指令下达时，如果系统接收到加工标志时启动温度控制，如果当前工作温度大于温度上限，开始执行降温控制，如果当前工作温度小于温度下限，开始执行升温控制，否则系统将按照当前温度执行。

其图12是流量控制流程图，当系统将处在等待操作指令下达时，如果系统接收到加工标志时启动流量控制，如果当前抛光液流量大于抛光液流量上限，开始执行减小流量控制，如果当前抛光液流量小于抛光液下限，开始执行增大流量控制，否则系统将按照当前抛光液流量执行。

其图13是自动称重控制流程图，当系统将处在等待操作指令下达时，如果系统接收到上盘最高位信号时，判定系统是否配置自动称重功能，如果有自动称重功能，系统将执行浮动延时等待时间T后读取即时拉力值，然后将读取的即时拉力值赋给重量，此时即时拉力值就是上盘重量，自动称重执行完毕。

其采用多段压力，压力段由用户自定义，精密减压阀4调节副气缸7施加背压(反压)，电气比例减压阀3电控调节副气缸7正压；选用拉力传感器2时检测工件受力，并将信号反馈给控制单元构成压力的闭环控制，压力控制精确。其上盘8自动称重功能，以此配合加工压力设定，可自动消除由于上盘磨损而造成的压力不稳定现象，从而保证了在同样加工工艺参数(所设压力、时间、速度以及工作液浓度、流量、温度、PH值)的前提下，工件性能的稳定性。其可存储20套工艺参数，每套工艺可设20步工序，以方便多种产品规格的切换加工使用，工艺参数以可视化的形式显示在人机界面24上，人机界面24通过摆臂5与主机相连，双面抛光机上还设有信号放大器25和锁定开关31，双面抛光机上还设有用于安装电磁阀的电磁阀组26和继电器组27。

其运行速度设有手动、自动两种模式，当在手动模式下，速度可随时由外设电位器手动调节；当在自动模式下，速度由用户预设的速度随运行时间而自动调速。其内齿圈10、太阳轮11同步升降方式，其升降由一个抬升电机20通过减速箱15、丝杠螺母副驱动，齿圈10、太阳轮11的高低位置(位移传感器14)可在总行程范围内随意停留自锁，其高度显示于人机界面24上，这样满足了改变游轮啮合高低位置的需要，设有两极超程限位保护(软限位、硬限位)。其上盘8升降方式分为快、缓两级四动作；即上盘8快升、上盘8快降、上盘8缓升、上盘8缓降，在操作箱12上安装有四动作集中操作手柄，简单、直观、易用。

当主气缸1上行到最高点后，锁定气缸31会自动锁定上盘8，无论断电还是停气，都可保证安全锁定，消除了人工锁定(挂吊链)的失误性。电机驱动器安装在强电控制底板17上的4个变频器：上盘变频器16、下盘变频器28、太阳轮变频器29、齿圈变频器30，控制系统采用CanOpen总线6方式，PLC端作为主站设备，4个变频器作为从设备，总线6操作是点对点的，在任何时候，总线上的任何设备都可以对总线发送请求，然后总线根据消息标示符中的优先级来仲裁对应的设备做出应答。CanOpen总线6、控制器等低压部件安装在弱电控制底板13上，达到强电、弱电控制分离。控制器通过Canopen总线6给4个变频器：上盘变频器16、下盘变频器28、太阳轮变频器29、齿圈变频器30，下达指令，控制变频电机18达到上盘8、下盘9、太阳轮11及齿圈10电机同步运行的目的。可以对上盘8、下盘9、抛光液、清洗液温度由温度传感器23进行测量、流量计21、22和PH值监测及控制，并且通过抛光液回收装置19自动将抛光液和其它液体分离，自动回收，这一过程是通过抛光液回收装置19和相应控制程序来实现。

该系统人机界面采用真彩触摸屏，软件采用经典的九宫格方式的操作界面，完整的系统一共分为九个功能模块：工艺设置、变频器设置、输入输出管理、报警管理、系统维护、用户管理、实时曲线、主控系统、系统配置。在各个功能模块中又分子功能模块，所有功能都以可视化图形表示，图形画面简捷明快，每一子画面都有“帮助”按钮，可进入“帮助界面”，用户可随时查看，随时学习。

Claims (6)

1.一种精密双面抛光机控制系统，包括有PLC控制器，其特征是还包括有：所述的PLC控制器与双面抛光机的操作箱上的人机界面相连，设置在双面抛光机上的检位开关、按钮与PLC控制器上的离散量输入模块DI相连，设置在双面抛光机上的回收、排水阀一端与PLC控制器上的离散量输出模块DO相连，回收、排水阀另一端与双面抛光机上的抛光液回收装置相连，电磁阀一端与PLC控制器上的离散量输出模块DO相连，电磁阀另一端与双面抛光机上的上盘快升快降装置相连，冷却水阀、泵一端与PLC控制器上的离散量输出模块DO相连，冷却水阀、泵另一端与双面抛光机上的上盘温度控制装置相连，抛光液阀、泵一端与PLC控制器上的离散量输出模块DO相连，抛光液阀、泵另一端与双面抛光机上的抛光液流量控制装置相连，活性剂阀、泵一端与PLC控制器上的离散量输出模块DO相连，活性剂阀、泵另一端与双面抛光机上的活性剂流量控制装置相连，齿圈升、降装置一端与PLC控制器上的离散量输出模块DO相连，齿圈升、降装置另一端与双面抛光机上的齿圈抬升电机相连，PLC控制器通过CanOpen总线与上盘变频器相连，上盘变频器与双面抛光机的上盘电机相连，PLC控制器通过CanOpen总线与下盘变频器相连，下盘变频器与双面抛光机的下盘电机相连，PLC控制器通过CanOpen总线与齿圈变频器相连，齿圈变频器与双面抛光机的齿圈电机相连，PLC控制器通过CanOpen总线与太阳轮变频器相连，太阳轮变频器与双面抛光机的太阳轮电机相连。

2.如权利要求1所述的一种精密双面抛光机控制系统，其特征是还包括有：所述的双面抛光机上还设有流量检测装置，温度检测装置，PH值检测装置和拉力传感器；流量检测装置，温度检测装置，PH值检测装置和拉力传感器与PLC控制器上的A/D转换模块相连，PLC控制器上的D/A转换模块与比例调节阀相连，比例调节阀与双面抛光机上的压力控制装置相连。

3.如权利要求2所述的一种精密双面抛光机控制系统，其特征是还包括有：所述的温度检测装置安装在双面抛光机的上盘上面，流量检测装置包括安装在双面抛光机上的第一流量计和第二流量计。

4.如权利要求1所述的一种精密双面抛光机控制系统，其特征是还包括有：所述的上盘变频器，下盘变频器，齿圈变频器和太阳轮变频器都安装在双面抛光机的强电控制底板上面，所述的回收、排水阀，电磁阀，冷却水阀、泵，抛光液阀、泵和活性剂阀、泵都安装在双面抛光机的弱电控制底板上。

5.如权利要求1所述的一种精密双面抛光机控制系统，其特征是还包括有：所述的双面抛光机上的检位开关、按钮包括有五个检位开关和五个操作按钮，五个检位开关包括有设置在主气缸上端的检位开关，设置在主气缸下端的检位开关，设置在副气缸上端的检位开关，设置在位移传感器上端的齿圈上极限检位开关，设置在位移传感器下端的齿圈下极限检位开关；五个操作按钮包括有设置在操作箱上的点动按钮，运行按钮，停止按钮，急停按钮，准备按钮。

6.如权利要求1所述的一种精密双面抛光机控制系统，其特征是还包括有：所述的操作箱上还设有控制四个动作的操作手柄，四个动作包括上盘快升，上盘快降，上盘缓升，上盘缓降；控制四个动作的操作手柄与PLC控制器上的离散量输入模块DI相连。

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