CN102389936B - 一种精密伺服锻压机网络化控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锻压机控制技术领域，特指一种精密伺服锻压机网络化控制系统。本发明以嵌入式计算机为主的网络化控制器通过实时以太网与各伺服驱动器连接；网络化控制器还设有网卡可与局域网连接；所述的控制器设置有实时PLC操作功能的模块；所述的控制器设有在线测量模块，该模块能够按照特定的运动曲线驱动锻压机运动，从而一次性自动测量生成压力与形变的动态关系曲线；并且将压力与形变的动态关系曲线存贮在控制系统中；锻压机在工作过程中，能够实时地调取动态补偿量，补偿机身压力过程中的变形。本发明有效解决了现有锻压机控制易受外界干扰、稳定性差、实时性低、无法实现高精度控制等缺陷；可广泛应用于锻压机控制中。
Description
技术领域
本发明涉及锻压机控制技术领域，特指一种精密伺服锻压机网络化控制系统。
背景技术
锻压机是在锻压加工中用于成形和分离的机械设备，它主要用于对金属施加压力使之成形。以伺服压力机为代表的精密锻压装备伺服锻压机可根据不同的生产需要设定不同的行程长度和成形速度；同时，能够始终保证下止点的成形精度，有效地抑制了产品的毛刺及其他不良品的出现。伺服锻压机的超低噪音大大优化了工作环境；同时，模具振动小，可大幅度提高模具寿命；由于没有传统机械压力机的飞轮、离合器、制动器部分，还节省了电力和润滑油用量等，使机器使用成本大大降低。具有的复合性、高效性、高精度、高柔性、低噪声、环保、节能等优点。
在传统伺服运动控制系统中，控制器与伺服电机之间的通信是通过模拟信号进行的。在工业现场中，模拟信号容易受到外界干扰，稳定性差、实时性低，无法实现高精度的控制。
而实时现场总线以其数字化、智能化、分布式等优点，逐步取代传统的模拟信号传输方式，成为现代伺服运动控制系统中的主要通信方式。工业实时以太网是基于以太网的现场总线，它克服了普通以太网不可靠、通信不确定、实时性差的缺点，采用专用材质，在环境适应性、可靠性、安全性和安装使用方面均能满足工业现场的需要，并具有带宽高、资源丰富、成本低廉、易接入互联网从而形成物联网等特点。
基于嵌入式计算机的控制方式是在计算机操作系统中安装实时控制软件，把计算机操作系统配置成为具备实时处理能力的控制器，使计算机直接取代PLC和NC/CNC等控制设备。这种控制器的实现可以通过一个硬件平台同时完成实时控制、可视化、通信和网络等多种功能，其开放性好、速度快、运算能力强，具有传统的PLC系统无法比拟的强大功能。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种有效结合嵌入式计算机控制方式的优点，可以克服传统伺服运动控制系统缺陷的精密伺服锻压机网络化控制系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：以嵌入式计算机为主的网络化控制器通过实时以太网与各伺服驱动器连接；网络化控制器还设有网卡可与局域网连接；所述的控制器设置有实时PLC操作功能的模块；所述的控制器设有在线测量模块，该模块能够按照特定的运动曲线驱动锻压机运动，从而一次性自动测量生成压力与形变的动态关系曲线；并且将压力与形变的动态关系曲线存贮在控制系统中；锻压机在工作过程中，能够实时地调取动态补偿量，补偿机身压力过程中的变形。
在锻压机的机身龙门中段设置压力形变传感器，机身上安装有精密位移测量的球栅尺，所述的网络化控制器根据二者反馈信息制作实时补偿表。
所述的网络化控制器具备补偿量更新功能，用户可通过重新运行在线测量模块获得新的补偿量，并存贮在网络化控制器中。
本发明为了提高锻压机的工作效率、加工精度和信息化水平，本发明提供了一种工业实时以太网通信的精密伺服锻压机的控制系统。（1）采用工业嵌入式计算机作为控制器，控制器和各伺服驱动器之间通过工业实时以太网传输实现控制通讯。同时控制器具备接入因特网的功能，用户可以通过因特网远程连接控制器，实时监视控制器和锻压机的工作状态，包括工作滑块位置、压力、伺服电机状况、故障报警等。另外还可以通过扫描计算机主机与伺服驱动的硬件，从而确认该控制器主机与伺服驱动是否拥有合法的知识产权。（2）控制器具备实时在线测量系统。即在龙门支架中段安装压力传感器；在压力滑块上下移动方向安装精密位移测量装置和测量软件，能够驱动压力机运行一个测量行程，从而测量出压力机压力与形变的动态关系补偿曲线，并且将该曲线存贮于电脑主机中。锻压机在工作过程中，能够实时调取控制器中的补偿曲线，以补偿压力过程机身变形对位置控制的影响。压力机具备补偿量更新功能，即压力机工作一段时间后，机体变形参数有可能发生变化。允许用户通过重新运行测量软件的办法，获得新的补偿量，并存贮在控制系统中。（3）对锻压机工作时的压力值有报警功能，当压力传感器测量到的压力值超过预设的上限值时，控制器发出报警信息。（4）精密锻压机控制系统应用智能控制方法。对运动控制采用模糊控制的方法，具备在线模糊规则快速建立系统；并且采用神经网络的方法，具备神经网路快速学习机制。因此，本发明可提高锻压机的工作效率和加工精度，提高信息化水平，方便用户监视锻压机工作状态。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1是本发明的伺服锻压机网络化控制系统框图；
图2是本发明的实时在线补偿方法系统框图；
图3 锻压机的网络化信息监控平台框图。
具体实施方式
见附图1-3所示，采用工业嵌入式计算机作为网络化控制器，在计算机上安装具有实时PLC操作功能的软件模块，将它作为控制器。在控制器上安装具有实时功能的以太网卡，在网络化控制器和锻压机的各伺服驱动器之间通过工业实时以太网传输，实现控制通讯。由于控制器同时具备接入因特网的功能，用户可以通过因特网远程连接控制器，实时监视控制器和锻压机的工作状态，包括工作滑块位置、压力、伺服电机状况、故障报警等。另外，控制器中记录了本台锻压机出厂时配备的驱动器、电机等所有硬件的编号；它可以通过开机时扫描控制器主机与伺服驱动等硬件，从而确认该控制器主机与伺服驱动是否拥有合法的知识产权。
网络化控制器具备实时在线测量模块；在锻压机机身壁内侧，与工作滑块运动方向平行方向安装高精度球栅尺；球栅尺用来测量工作滑块的实时位置，并将位置信息传送给控制器。在机身壁中段，安装了2个压力应变片传感器。安装的高度和模具位置平齐。压力应变片将于机身受压产生的形变转换成电压值，并将测量值传送给控制器。
在伺服锻压机正式投入生产任务之前，需要对同一台压力机，用同一款模具、同一条工艺曲线，同一种原料进行试压测量实验，用以获取压力和误差数据。压力数据通过安装在机身侧壁上的压力应变片获得，误差数据由和锻压运动过程平行安装的球栅尺读数减去工艺曲线设定值获得。
控制器把实验测得的压力和误差数据做成表格存在控制器内存中。压力和误差数据之间应满足一个多项式关系式。关系公式是通过在同一型号锻压机上实验，对压力数据和生产误差数据进行多项式回归分析得到的，是滑块运动位置误差关于压力值的多项式公式。可以利用计算机过对实验数据的回归分析，计算出多项式的各项系数，得到换算公式。
在锻压机生产工作时，球栅尺和压力应变片传感器将工作滑块的动态特性实时地发送给控制器，控制器通过查表以及多项式关系式实时计算出锻压机机身的变形量及动态误差，并在输出端控制电机时给予相应的补偿。这样，锻压机在工作过程中，就能够实时地调取动态补偿量，补偿机身压力过程中的变形。
工作一段时间后，机体变形参数有可能发生变化。用户可以通过重新运行测量软件的办法，获得新的补偿量，并存贮在控制系统中。这样，再下一次的生产工作中，就能应用新的补偿表数据，达到精确控制。允许用户通过重新运行测量软件的办法，获得新的补偿量。
精密锻压机控制系统应用智能控制方法。对运动控制采用模糊控制的方法，具备在线模糊规则快速建立系统；并且采用神经网络的方法，具备神经网路快速学习机制。
如图3中网络化控制器有两个网络适配器。一方面通过工业实时以太网控制锻压机，获取锻压机的工作状态；另一方面，网络化控制器通过标准以太网网卡接入工厂局域网。这样局域网内的客户工程师就可以通过个人电脑获取生产现场的锻压机的工作状态。另外，工厂内的局域网通过服务器与因特网相连，这样远程的服务工程师就可以通过因特网获取生产现场的锻压机的工作状态。
Claims (4)
1.一种精密伺服锻压机网络化控制系统，其特征在于：以嵌入式计算机为主的网络化控制器通过实时以太网与各伺服驱动器连接；网络化控制器还设有网卡可与局域网连接；所述的控制器设置有实时PLC操作功能的模块；所述的控制器设有在线测量模块，该模块能够按照特定的运动曲线驱动锻压机运动，从而一次性自动测量生成压力与形变的动态关系曲线；并且将压力与形变的动态关系曲线存贮在控制系统中；锻压机在工作过程中，能够实时地调取动态补偿量，补偿机身压力过程中的变形。
2.根据权利要求1所述的精密伺服锻压机网络化控制系统，其特征在于：在锻压机的机身龙门中段设置压力形变传感器，机身上安装有精密位移测量的球栅尺，所述的网络化控制器根据二者反馈信息制作实时补偿表。
3.根据权利要求1所述的精密伺服锻压机网络化控制系统，其特征在于：所述的网络化控制器具备补偿量更新功能，用户可通过重新运行在线测量模块获得新的补偿量，并存贮在网络化控制器中。
4.根据权利要求2所述的精密伺服锻压机网络化控制系统，其特征在于：所述的网络化控制器具备补偿量更新功能，用户可通过重新运行在线测量模块获得新的补偿量，并存贮在网络化控制器中。
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