CN103455007B - 多台冲床联机同期运行系统及其运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多台冲床联机同期运行系统及其运行控制方法，系统包括2台以上压力机机床，以及机床运行控制模块；机床运行控制模块包括滑块位移编码器、变频器和运行管理器；各变频器的输出端分别连接一台压力机机床的电动机；各滑块位移编码器连接一台压力机机床的曲轴，以检测该机床曲轴的转角信号；滑块位移编码器将检测到的转角信号传输至运行管理器；运行管理器根据当前转角信号与滑块目标位置曲轴转角的偏差，向各相应的变频器发送相应的速度补偿指令，以通过改变曲轴转速改变滑块运行速度，使得各压力机机床的滑块分别在指定的时间到达指定的位置。本发明可克服多机床生产线布局结构及控制精度的缺陷，准确控制多台机床的同步或协同工作。
Description
技术领域
本发明涉及压力机运行控制技术领域，特别是用于多台压力机联机自动化生产的一种多台冲床联机同期运行系统及其运行控制方法。
背景技术
针对多机连线、多机多工位连线和多机级进模连线冲压工艺，需要对多台机床进行同步或协同控制来工作，且需要很高的控制精度来保证连线冲压的生产加工精度，因此对于多台机床找到一种较为合适的同步控制方案是亟待解决的问题。
现有技术中针对高强度板材加工、多工位加工或级进模加工，大多采用的是单机大吨位冲床来进行加工的，但这样做的缺点主要有对于大型大吨位冲床的依赖性较大，其生产线的投入成本较大，生产周期也较长；需要地坑，建成的自动化生产线灵活性和自由度相对较低等问题。为解决这些问题，采用多台中小吨位机床代替一台或多台大型大吨位机床来工作，但对于多台中小吨位机床同期工作的准确控制，是关键问题所在。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中多机床生产线布局结构及控制精度的缺陷，提出一种多台冲床联机同期运行系统及其运行控制方法，以有效准确的控制多台机床的同步或协同工作。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种多台冲床联机同期运行系统，包括2台以上压力机机床，以及机床运行控制模块；
机床运行控制模块包括滑块位移编码器、变频器和运行管理器；
滑块位移编码器与变频器的数量与压力机机床数量相等；各变频器的输出端分别连接一台压力机机床的电动机；各滑块位移编码器连接一台压力机机床的曲轴，以检测该机床曲轴的转角信号；
滑块位移编码器将检测到的转角信号传输至运行管理器；运行管理器根据设定的滑块运行速度计算得到当前目标位置对应的曲轴转角角度，作为瞬态虚拟角度；然后运行管理器将接收到的转角信号与瞬态虚拟角度进行对比，并根据各转角信号的对比结果向各相应的变频器发送相应的速度补偿指令，以通过改变曲轴转速改变滑块运行速度，使得各压力机机床的滑块分别在指定的时间到达指定的位置。
本发明中，滑块位移编码器可选用现有的增量型编码器，以有轴型安装于机床上并连接曲轴端部，来检测曲轴瞬时转角。变频器通过改变电动机工作电流的频率，实现转速的补偿调节，从而控制滑块的运行速度。2台以上机床可以为需要同步工作的机床，也可为相互协同工作的机床，所有机床同时由运行管理器结合各自的滑块位移编码器和变频器进行控制；在滑块运行过程中，运行控制器通过速度补偿方式分别对各机床的曲轴转角进行调整，可实现对各机床滑块的同步或协同运行控制。
运行管理器包括当前位置管理单元、速度补正管理单元和控制量输出单元；当前位置管理单元接收各滑块位移编码器输出的转角信号，并传输至速度补正管理单元；速度补正管理单元根据设定的滑块运行速度计算得到当前目标位置对应的曲轴转角角度，作为瞬态虚拟角度；再将接收到的转角信号与瞬态虚拟角度进行对比，并根据各转角信号的对比结果，通过控制量输出单元，向各相应的变频器发送相应的速度补偿指令。本发明的运行管理器可采用现有的工控机或微处理器，运行管理器的相关功能可结合现有软件技术实现。
本发明还提供一种基于上述多台冲床联机同期运行系统的运行控制方法，包括以下步骤：
（1）根据同步或协同需要，分别设定各机床滑块的开始运行时间及运行速度；
（2）获取瞬态各机床曲轴的转角信号，从中得到当前时间机床曲轴转角角度；
（3）根据已设定的各机床滑块的开始运行时间及运行速度，计算当前时间滑块的理想位移，得到滑块的目标位置，进而计算当前时间各机床曲轴的理想转角角度；
（4）将当前时间机床曲轴转角角度与理想转角角度进行比较，得到两者的角度偏差；
（5）根据角度偏差计算滑块到达下一工位前，需补偿的偏差速度；
（6）在原设定运行速度的基础上，补偿偏差速度值，作为当前控制速度，并向各变频器发送当前控制速度指令；
（7）变频器接收当前控制速度指令，并根据指令中的当前控制速度，改变输出至机床电动机的电流频率，通过改变曲轴转速实现滑块运行速度的改变，使得各机床的滑块在指定时间到达相应工位。
变频器对电动机的转速控制可结合对机床离合器、制动器的控制来进一步优化。
上述步骤（6）中，如果得到的需补偿的偏差速度为正数，即滑块当前位置未到达理想位置，则当前控制速度为在原设定速度的基础上加上偏差速度绝对值；如果得到的需补偿的偏差速度为负数，即滑块当前位置超过了理想位置，则当前控制速度为在原设定速度的基础上减去偏差速度绝对值。
本发明的有益效果为：通过同一运行控制器可对多台压力机机床进行同步或协同工作控制。各编码器可实时监测各机床的曲轴转角，以供运行控制器进行对比分析，得出对应各机床的需补偿速度，然后利用变频器实现滑块的速度补偿。在机床运行过程中，变频器相应运行控制器的速度补偿指令后，编码器继续将曲轴转角角度反馈至运行控制器，从而使得系统形成了闭环控制形式，为各机床能够在指定时间到达指定目标位置提供了保证，从而实现多台机床的联机同步或协同工作。本发明的系统运行可靠，控制精度高，能够满足现有冲压工艺的控制需要。
附图说明
图1所示为本发明的系统结构框图示意图；
图2所示为本发明的运行控制方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式做进一步描述。
如图1所示，多台冲床联机同期运行系统的一种具体实施例为，包括2台压力机机床，机床01和机床02，以及机床运行控制模块；
机床运行控制模块包括滑块位移编码器、变频器和运行管理器3；
滑块位移编码器与变频器的数量与压力机机床数量相等；各变频器的输出端分别连接一台压力机机床的电动机；各滑块位移编码器连接一台压力机机床的曲轴，以检测该机床曲轴的转角信号；即图1中滑块位移编码器11连接机床01的曲轴，滑块位移编码器12连接机床02的曲轴。变频器21的输出端连接机床01的电动机，变频器22的输出端连接机床02的电动机。
运行管理器3包括当前位置管理单元、速度补正管理单元和控制量输出单元；当前位置管理单元接收各滑块位移编码器输出的转角信号，并传输至速度补正管理单元；速度补正管理单元根据设定的滑块运行速度计算得到当前曲轴理想转角，作为瞬态虚拟角度；再将接收到的转角信号与瞬态虚拟角度进行对比，并根据各转角信号的对比结果，通过控制量输出单元，向各相应的变频器发送相应的速度补偿指令，以通过改变曲轴转速改变滑块运行速度，使得各压力机机床的滑块分别在指定的时间到达指定的位置。
本发明中，滑块位移编码器可选用现有的增量型编码器，以有轴型安装于机床上并连接曲轴端部，来检测曲轴瞬时转角。变频器通过改变电动机工作电流的频率，实现转速的补偿调节，从而控制滑块的运行速度。2台以上机床可以为需要同步工作的机床，也可为相互协同工作的机床，所有机床同时由运行管理器结合各自的滑块位移编码器和变频器进行控制；在滑块运行过程中，运行控制器通过速度补偿方式分别对各机床的曲轴转角进行调整，可实现对各机床滑块的同步或协同运行控制。运行管理器可采用现有的工控机或微处理器，运行管理器的相关功能可结合现有软件技术实现。
本发明还提供一种基于上述多台冲床联机同期运行系统的运行控制方法可参考图2，在滑块运行过程中一般速度难免有波动，运行管理器内部预设定有相应机床的运行速度以及滑块运行速度补偿参数，此运行速度即速度补偿参数可在一般波动规律的理想状态下，使得滑块在指定时间内到达指定位置；而各机床的滑块运行过程中，其波动规律与理想波动规律很难一致，故本发明通过闭环控制来实现对同步或协同工作的多个机床的同时控制。
上述运行控制方法包括以下步骤：
（1）根据同步或协同需要，分别设定各机床滑块的开始运行时间及运行速度；此运行速度是基于一般理想波动规律设置的只要开始运行时间及运行速度已知，即可计算出一定时间后的瞬态滑块目标位置；
（2）获取瞬态各机床曲轴的转角信号，从中得到当前时间机床曲轴转角角度，如图2中机床01的曲轴转角角度为θ1，机床02的曲轴转角角度为θ2；增量型的编码器可对曲轴转动过程进行实时监测，并向运行管理器反馈当前曲轴转角角度；
（3）根据已设定的各机床滑块的开始运行时间及运行速度，计算当前时间滑块的理想位移，得到滑块的目标位置，进而计算当前时间各机床曲轴的理想转角角度θ；滑块的位移是曲轴转动、连杆传递来实现的，故通过滑块的位置可计算出曲轴的转角；
（4）将当前时间机床曲轴转角角度与理想转角角度进行比较，得到两者的角度偏差；即如图2中用理想转角角度θ与当前实际曲轴转角θ1或θ2相减，得到各冲床对应的转角角度偏差；
（5）根据角度偏差计算滑块到达下一工位前，需补偿的偏差速度；
（6）在原设定运行速度的基础上，补偿偏差速度值，作为当前控制速度，并向各变频器发送当前控制速度指令；如果得到的需补偿的偏差速度为正数，即滑块当前位置未到达理想位置，则当前控制速度为在原设定速度的基础上加上偏差速度绝对值；如果得到的需补偿的偏差速度为负数，即滑块当前位置超过了理想位置，则当前控制速度为在原设定速度的基础上减去偏差速度绝对值。
（7）变频器接收当前控制速度指令，并根据指令中的当前控制速度，改变输出至机床电动机的电流频率，通过改变曲轴转速实现滑块运行速度的改变，使得各机床的滑块在指定时间到达相应工位。
变频器对电动机的转速控制可结合对机床离合器、制动器的控制来进一步优化。
本发明通过同一运行控制器可对多台压力机机床进行同步或协同工作控制。各编码器可实时监测各机床的曲轴转角，以供运行控制器进行对比分析，得出对应各机床的需补偿速度，然后利用变频器实现滑块的速度补偿，使得各机床在指定时间到达指定目标位置，从而实现多台机床的联机同步或协同工作。本发明的系统运行可靠，控制精度高，能够满足现有冲压工艺的控制需要。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种多台冲床联机同期运行系统，其特征是，包括2台以上压力机机床，以及机床运行控制模块；
机床运行控制模块包括滑块位移编码器、变频器和运行管理器；
滑块位移编码器与变频器的数量与压力机机床数量相等；各变频器的输出端分别连接一台压力机机床的电动机；各滑块位移编码器分别连接一台压力机机床的曲轴，以检测该机床曲轴的转角角度信号；
滑块位移编码器将检测到的转角角度信号传输至运行管理器；运行管理器根据设定的滑块运行速度计算得到当前目标位置对应的曲轴转角角度，作为瞬态虚拟角度；然后运行管理器将接收到的转角角度信号中的转角角度与瞬态虚拟角度进行对比，并根据各转角角度的对比结果向各相应的变频器发送相应的当前速度控制指令，以通过改变曲轴转速改变滑块运行速度，使得各压力机机床的滑块分别在指定的时间到达指定的位置。
2.根据权利要求1所述的多台冲床联机同期运行系统，其特征是，运行管理器包括当前位置管理单元、速度补正管理单元和控制量输出单元；当前位置管理单元接收各滑块位移编码器输出的转角角度信号，并传输至速度补正管理单元；速度补正管理单元根据设定的滑块运行速度计算得到当前目标位置对应的曲轴转角角度，作为瞬态虚拟角度；再将接收到的转角角度信号中的转角角度与瞬态虚拟角度进行对比，并根据各转角角度的对比结果，通过控制量输出单元，向各相应的变频器发送相应的当前控制速度指令。
3.一种基于权利要求1至2任一项所述的多台冲床联机同期运行系统的运行控制方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)根据同步或协同需要，分别设定各机床滑块的开始运行时间及运行速度；
(2)获取瞬态各机床曲轴的转角角度信号，从中得到当前时间机床曲轴转角角度；
(3)根据已设定的各机床滑块的开始运行时间及运行速度，计算当前时间滑块的理想位移，得到滑块的目标位置，进而计算当前时间各机床曲轴的理想转角角度；
(4)将当前时间机床曲轴转角角度与理想转角角度进行比较，得到两者的角度偏差；
(5)根据角度偏差计算滑块到达下一工位前，需补偿的偏差速度；
(6)在原设定运行速度的基础上，补偿偏差速度值，作为当前控制速度，并向各变频器发送当前控制速度指令；
(7)变频器接收当前控制速度指令，并根据指令中的当前控制速度，改变输出至机床电动机的电流频率，通过改变曲轴转速实现滑块运行速度的改变，使得各机床的滑块在指定时间到达相应工位。
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