CN106154964B - 机械压力设备的工艺流程控制方法及一体机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种机械压力设备的特殊工艺控制方法，即开始停止角度自学习功能、运行过程中开始停止角度动态调整功能和SPM闭环自动控制功能，较好的控制机械压力设备的工作过程中停止角度和SPM值的精确度；并在传统的自动化设备PLC(可编程逻辑控制器)的基础上，设计一款带有机械压力工艺处理流程模块的专用一体机控制装置，实现SPM和开始停止角度的智能化控制、调整功能。此外，本发明还针对现有PLC的通用性不高，功能性不强的特点，在改进的一体机控制装置中内嵌运动控制内核和机器视觉内核等功能模块，满足多元化的控制需求；并集成云服务模块，整合WebServer以及OPCServer，为用户提供多样化的人机交互解决方案和不同平台间的设备互联。

Description

机械压力设备的工艺流程控制方法及一体机控制装置

技术领域

本发明涉及用于机械压力设备的行业特殊工艺控制方法及对应的一体机控制器，具体涉及可调整开始停止角度及SPM值的方法及功能集成的一体机控制装置。该控制装置还可应用于工业自动化通用市场。

背景技术

机械压力机属于工业加工用机床，一般应用于加工件的一次成型等领域，其主要组成部分包括机械结构及电气结构两大类，机械结构包括飞轮、离合器、齿轮箱、曲柄、滑块等，电气部件主要包括控制装置、显示装置、及传感器、执行器、异步电机、变频器、伺服系统等，电气部分主要负责控制机械结构，完成机械压力设备的具体功能。

在机械压力自动化设备运行过程中，由于存在大惯量的曲柄、飞轮等旋转机械结构，运行过程中存在较大惯性，在起停时无法做到及时响应，具有一定滞后效应。因此为了保证设备在停止工作的状态下准确的停留在上下死点位置，即滑块位于最上方及最下方，控制器需要提前给出停止信号提前制动，若以滑块处在上死点的位置计算为0度，下死点的位置为180度，则控制器停止信号发出时滑块所处的角度即为开始停止角度。停止角度是最终设备停止所处的位置，开始停止角度是否准确是通过最终的停止角度反映。在现有调整方案中，终端用户在初始设置、更换模具、更改工艺、调整SPM(每分钟冲程数)冲程速度等操作时，需要相应的更改PLC控制器程序及其中部分参数，反复的调试观察停止位置，耗时漫长，最终确立初始的开始停止角度。而在机械压力设备的实际正常运转中，设备的起停大多也只能由设备操作人员根据经验，按下停止按钮，所以对应的开始停止角度也完全是人为控制。但由于设备负载不同，实时运行的SPM，即每分钟冲程数，也不相同，人工控制的方式存在非常大的不确定性，会极大的影响机床的寿命。

SPM，即每分钟冲程数，在机械压力设备中，变频器控制主轴电机，中间经过储能飞轮、离合器、齿轮箱等部件最终使滑块上下运动，滑块上下运动一个周期称为一个冲程。现有SPM控制方案较为繁琐，因为调速装置是变频器，变频器受PLC控制器频率输出指令控制，直接驱动飞轮，通过减速箱、离合器传动至滑块，因此变频调速到SPM实际值之间存在转换关系，并且异步电机变频调速以及各种机械结构之间误差加大，用户开发的PLC程序不能做到精细控制而只能静态调整。因此每次更换模具或者改变工艺时，为了保证机床工作在合理的SPM区间，需要根据观察和经验值人为的不断调整PLC应用程序和程序中相关参数，直至机床工作在合适的区间。但即使如此，运行一段时间后最终的速度控制曲线仍会存在较大误差。这需耗费大量时间和精力，且需要经验丰富的技术工才能较好的完成。

另外，在工业领域当中，自动化设备的基本方案以PLC为核心控制元件,HMI为显示交互设备,变频器或伺服驱动为驱动系统,异步电机或伺服电机为执行机构,配合输入输出信号、模拟量信号、及各类传感器，控制机械构件的动作，组成具有相关功能的完整设备。但是，随着自动化技术的不断发展，在高端装备领域和细分市场领域，这些通用的结构构成和工艺控制已不能满足设备智能化，与不断提升用户体验的需求形成制约。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种机械压力设备的开始停止角度和SPM的自动化、智能化调整方法，即开始停止角度自学习功能、运行过程中开始停止角度动态调整功能和SPM闭环自动控制；并在传统的PLC的基础上，设计一款带有机械压力工艺处理流程模块的专用一体机控制装置，实现SPM和开始停止角度的智能化控制、调整功能。此外，本发明还针对现有PLC的通用性不高，功能性不强的特点，在改进的一体机控制装置中内嵌运动控制内核和机器视觉内核等功能模块，满足多元化的控制需求；并集成云服务模块，整合WebServer以及OPCServer，为用户提供多样化的人机交互解决方案，提供最直接最方便的远程调试、编程、诊断、维护方案。

本发明提出的用于机械压力设备的工艺流程控制方法，包括开始停止角度自学习，用于控制停止角度的精度；具体步骤如下：

S11、设置SPM的运行范围，并在设置范围内选取若干SPM采样值；

S12、使设备运行在某一SPM采样值，并根据有关SPM值与开始停止角度值之间关系的数学模型计算该SPM采样值情况下的开始停止角度理论值；

S13、在该开始停止角度理论值下对设备进行停止控制，得到停止角度实际值；

S14、判断停止角度实际值与目标值之间的偏差是否超过设定的阈值：若超过则对开始停止角度理论值进行修正，保存SPM采样值及修正后的开始停止角度值,并对数学模型引入纠偏系数进行修正，并作为下一SPM采样值时开始停止角度的计算依据；若未超过则继续运行下一SPM采样值，同时保存该SPM采样值和与其对应的开始停止角度理论值作为保存的开始停止角度值；

S15、重复步骤S12至S14，直到运行完所有的SPM采样值，并完成最终修正系数的计算；

S16、根据保存的各SPM采样值与可使停止角度实际值与目标值之间的偏差处在设定阈值范围内的开始停止角度值之间的关系拟合开始停止角度曲线，得到相应的SPM值与开始停止角度值之间关系的数学函数式，并保存作为设备正常运行时开始停止角度的选取依据。

进一步的，考虑到实际运行过程中，因为模具不同导致负载状况不同以及运行过程中的损耗导致的传动效率、制动效率差异，会对前面计算得到的开始停止角度的精确性有影响，故可根据实际控制效果，即停止角度的偏差，进一步修正纠偏系数；故本发明还包括运行中开始停止角度动态校准，用于进一步控制设备停止时的停止角度的精度；具体包括如下步骤：

S21、在设备运行过程中，调阅设备初始设置后保存的开始停止角度拟合曲线，根据曲线获得当前SPM值对应的开始停止角度理论值；

S22、根据该开始停止角度理论值进行停止控制，得到停止角度实际值；

S23、计算并判断停止角度实际值与目标值之间的偏差是否超过设定的阈值，针对偏差超出阈值的情况再次引入纠偏系数对开始停止角度理论值进行修正，并就拟合曲线进行动态拟合更新，保存并覆盖原开始停止角度拟合曲线，作为设备后续运行时开始停止角度的选取依据。

进一步的，若步骤经过S23的多次修正，偏差仍无法控制在设定的阈值内，则停止正常运行，重复开始停止角度自学习。

在本发明中，该数学模型的开始停止角度的理论值与SPM值这一变量，以及机械压力设备的机械构件质量、齿轮箱离合器传动效率、制动系统效率等多个定量相关。而引入的纠偏系数则是由SPM采样值、对应的开始停止角度值理论值和停止角度实际值及停止角度实际偏差值等相关数据计算得到，一般而言，每一台设备的纠偏系数均不相同；纠偏系数也代表设备对影响停止角度准确度的各因素及其影响比重的预测。

进一步的，本发明还包括SPM闭环自动控制，即通过对获取的SPM实时值，并与SPM目标值之间比对，动态调整控制指令，形成负反馈机制，使得SPM实时值无限接近于SPM目标值。

本发明还提出了一种机械压力设备的一体机控制装置，主要包括PLC控制器、IO系统、通讯接口模块、人机交互系统、机械压力工艺流程模块。

其中，PLC控制器采用软核方案；通讯接口模块包括工业实时总线接口和本地通讯接口；工业实时总线接口连接远程扩展设备、终端执行机构或驱动系统，实现分布式控制；本地通讯接口连接本地扩展设备及本地执行机构，进行集中式控制；IO系统包括内嵌本地IO模块、本地扩展IO模块和远程扩展IO模块；内嵌本地IO模块，为一体机控制装置自带的输入输出点；本地扩展IO模块通过本地通讯接口接入一体机控制装置，用于集中式控制；远程扩展IO模块通过工业实时总线接口接入一体机控制装置,用于分布式控制；人机交互系统内嵌触摸显示屏，作为一体机控制装置的显示和操作界面；机械压力工艺流程模块，包括开始停止角度自学习、运行中开始停止角度动态校准单元，用于控制机械压力设备工作时机构结构中滑块的停止角度精确度。

进一步的，机械压力工艺流程模块还包括SPM闭环自动控制单元，用于控制SPM值的精确度。

进一步的，一体机控制装置还包括运动控制内核，内嵌用于存储运动控制算法的运动控制库、运动控制内核API接口、用于解析并发送运动控制指令给执行机构或驱动系统和接收反馈状态进行闭环控制的驱动模块。

进一步的，一体机控制装置还包括连接工业相机的机器视觉控制内核，内嵌用于存储机器视觉算法的通用视觉算法库和与工业相机通讯的工业相机驱动模块。

进一步的，一体机控制装置还包括云服务模块，用于实现设备的远程操作，内嵌用于原生的远程支持和联网的WebServer单元和用于不同平台设备间数据的互联的OPCServer单元。

进一步的，人机交互系统基于B/S架构，内嵌浏览器。

有益效果：

1)针对机械压力设备，本发明提出工艺流程控制方法，可实现开始停止角度自学习及运行中开始停止角度动态校准，大大提升机械压力机床的工作效率；通过开始停止角度自学习和运行中开始停止角度动态校准，可以准确的进行机械压力机床开始停止角度的选取，增加机床控制精度，也节省了更改机床运行参数，重新校正开始停止角度所需要花费的大量时间，在设备出厂前或调试阶段完成学习功能，在运行过程中实现动态智能调整，完全无需人工干预，大大提高生产效率。

2)另外，本发明提出的工艺流程控制方法还包括SPM闭环自动控制，大大提升机械压力机床的工作效率；通过SPM闭环自动控制，极大的降低了设备运行过程中改变设备运行参数导致SPM调试困难的现状，实现设备的自动、实时、动态调整。

3)本发明的一体机控制装置集成机器视觉内核、运动控制内核功能模块，实现机器视觉领域、运动控制领域与逻辑控制领域的紧密结合，某些应用场合下不再需要单独配置机器视觉控制器及运动控制器，满足多元化的控制需求以及工业升级对设备互联的需求。

4)本发明的一体机控制装置还提供了一种全新方式的基于B/S架构，Web界面显示的人机交互界面，内嵌触摸显示器，内嵌浏览器，以多样化的人机界面解决方案,降低设备采购成本，提升用户体验。

5)本发明的一体机控制装置还集成了云服务模块，包含了WebServer及OPCServer服务，通过WebServer实现智能终端，远程连接现场设备，如手机、平板等，并进行远程调试、编程、下载、诊断、维护等工作，极大的便捷自动化设备的技术服务；通过OPCServer可以满足与不同平台间自动化设备的互联需求，如机器人控制器、CNC加工中心、凸轮控制器等，实现整机的设备联网。

6)此外，一体机控制装置还能根据用户需求灵活地配置本地扩展IO模块和远程扩展IO模块，实现本地集中式控制和远程设备的分布式控制。

附图说明

图1开始停止角度学习方法流程

图2运行中开始停止角度动态调整方法流程

图3机械压力设备闭环自动控制单元

图4SPM闭环自动控制方法流程

图5一体机控制系统功能框架示意图

图6运动控制流程

图7视觉控制流程

图8面向云平台的WebServer工作流程

图9一体机控制装置硬件框架图

图10一体机控制装置软件架构图

具体实施方式

本发明涉及的内容主要针对于机械压力行业的电气控制部分的控制器装置，针对传统的控制器装置形成技术上的更新及行业工艺上的改进，以提升机械压力设备的效率，并降低成本。本发明提出一种完全自动的、智能化的机械压力设备工艺流程控制方法，即开始停止角度自学习，在在机器出厂调试过程中，开启相关模式进行开始停止角度自学习得到初始的开始停止角度拟合曲线和相应的计算公式；并进一步提供运行中开始停止角度动态更新方法，根据受运行磨损、机器累计误差、环境变化等因素影响的实际停止角度位置反馈，动态调整开始停止角度的计算，保证机器运转的精度；此外，还提供了一种能实现SPM闭环自动控制的方法。

另外，本发明还提供了一种一体机控制装置，在满足现有自动化设备的功能基础上，能实现上述机械压力设备工艺流程控制方法,并增加运动控制内核、机器视觉内核，满足用户多元化的控制需求，如机器人控制等；内嵌的云服务模块，集成了WebServer及OPCServer，用户可以通过联网设备如手机、平板等实现远程控制、调试、诊断、维护，通过OPCServer可以采集机械压力机床其它平台自动化设备的数据，实现机械压力机床所有设备的联网功能。

结合图1，开始停止角度自学习的具体工作流程如下：

首先用户通过相关设置启动一体机控制装置的开始停止角度自学习功能，一体机控制装置机械压力特殊工艺流程软件模块提供相关软件接口，由用户设置机床SPM的运行范围；一体机控制装置中的机械特殊工艺流程模块根据SPM范围自动计算出相应采样点，即选取一系列SPM值作为开始停止角度计算参考；随后，一体机控制装置驱动变频器输出使设备处于运转状态，并分别工作在选取的SPM采样点状态下；机械压力工艺流程模块首先会利用事先给定的数学模型计算出理论上的开始停止角度，在该角度下发出停止信号，并得到停止角度实际值；判断停止角度实际值与目标值之间的偏差是否超过设定的阈值：若超过则对开始停止角度理论值进行修正，保存SPM采样值及修正后的开始停止角度值,并对数学模型引入纠偏系数进行修正，并作为下一SPM采样值时开始停止角度的计算依据；若未超过则继续运行下一SPM采样值，同时保存该SPM采样值和与其对应的开始停止角度理论值作为保存的开始停止角度值；重复以上操作，直到运行完所有的SPM采样值；根据保存的各SPM采样值以及各对应的可以使停止角度实际值与目标值之间的偏差处在设定阈值范围内的开始停止角度之间的关系拟合开始停止角度曲线，并得到相应的SPM值与开始停止角度值之间关系的数学函数式，并保存作为设备正常运行时开始停止角度的选取依据。

在本发明中，该数学模型的开始停止角度的理论值与SPM值这一变量，以及机械压力设备的机械构件质量、齿轮箱离合器传动效率、制动系统效率等多个定量相关，同一类型的机械压力设备在设计时均会有相应的设计标准。

理想状态下，同一机型的设备应当是完全一样的，但是实际过程中，受限于加工精度，如飞轮直径的细微差异或者质量差异，安装精度，如安装契合度会导致齿隙或大或小，会导致传动效率的变化等影响，对计算出来的开始停止角度理论值，需要结合每台机型的实际运行情况加以修正，这个也是按照开始停止角度理论值控制停止信号，最终停止角度偏差的来源。

因为每台设备加工精度、安装一致性等因素均会导致质量、传动效率、制动效率的不同，在实际应用时需要根据实际运行反馈对模型进行相应的修正；同时也因为不同的影响因素会对运行结果有不同的影响，比如质量的增减，一般而言导致误差的线性递增，而传动效率的不同，会呈现出非线性的数学关系；因此，在实际情况中，最终停止角度的误差是多方面因素的共同作用，完全呈现非线性状态；引入的纠偏系数是由SPM采样值、对应的开始停止角度值理论值和停止角度实际值及停止角度实际偏差等相关的数据计算得到，它也代表设备对影响停止角度准确度的各因素及影响占比的预测。

修正方式可参考以下方式：假设在第一个采样值，计算得到开始停止角度理论值和停止角度实际值出现了严重偏差，系统会将偏差值保存，作为一个反馈数据，同时计算出一个修正系数，这时的修正比较简单，一般为单项式，引入到数学模型上，但此时，系统只知道个体差异过大，并不知道差异来源。当运行第二个采样点的时候，依然存在偏差，系统继续保存偏差值，并且尝试寻找不同SPM关系下误差之间的关系，并根据这两个偏差值，计算得到相应的多项式，重新引入到数学模型上。以此类推，直到采样点运行完毕。在实际中，一般在3‐5个点就可以大致的搜寻出规律，得到比较稳定的纠偏系数函数。当然，在此过程中，采样点越多，拟合曲线也会越精确。

考虑到实际应用中，比如设备长时间封存，停止运行，首次校准后没有销售，设备运输过程颠簸等因素影响，会对初次自学习拟合的开始停止角度曲线和运算函数产生一些影响，故需要在正式使用前，进行相关验证，即再次启动设备运行，重复一次自学习过程，因为前面的基础，此次重复检测的过程会快很多。将检测纠偏后的拟合曲线和函数式替换之间保存的数据，并进行保存。这样，可以在用户设置的SPM范围内，实现无级控制，即根据开始停止角度的拟合曲线，得到设定范围内任意SPM状态下的开始停止角度。

在设备正常运行过程中，一体机控制装置根据旋转变压器计算获得当前SPM值，随后调阅保存的曲线，计算开始停止角度，当设备接收到外部停止信号后，根据该开始停止角度进行停止控制。但考虑到设备正常运行过程中受到设备带载、模具更换、模具损耗、机床耗损、工艺变换等因素，需要在正常运行时对开始停止角度进行动态校准。其中，最主要的原因是应对负载的变化，相同SPM情况下，负载变化也会极大的影响整机设备的惯性，同时因为负载对传动效率、制动效率的影响也是不同的，所以自学习计算出来的曲线和函数式当中的纠偏系数，需要调整，调整方式仍可采用纠偏系数的引入方法，通过2至3次的实际运行的反馈修正纠偏系数。虽是动态修正，因为修正的是开始停止角度自学习后已经得到的多项式的函数式，此时的修正速度和精确度较之前更快更高。其次，运行中损耗，比如润滑油干涸，齿轮组摩擦系数变大，制动用皮带打滑等，也是动态调整的因素之一。

故，在上述方法的基础中，可加入运行中开始停止角度动态校准功能，结合图2，即在设备运行过程中，调阅设备初始设置或较准验证后保存的开始停止角度拟合曲线，并计算当前SPM值的开始停止角度理论值，根据该开始停止角度理论值进行停止控制，计算并判断实际的停止角度与目标值之间偏差是否超出阈值，同时对偏差超出阈值的情况对开始停止角度拟合曲线进行动态拟合更新，保存并覆盖原开始停止角度拟合曲线。

随着设备长时间的运行，受外界因素的影响，偏差也会慢慢增大。此时已无法通过修正来调整偏差值，此时需要重新启动自学习功能，重新计算开始停止角度函数式和拟合曲线。

本发明还提供一种加入SPM闭环自动控制的优选实施例。如图3所示，机械压力设备闭环控制单元使用一体机控制装置、电机控制部件，如变频器、伺服驱动、凸轮控制器等，执行部件，如异步电机、伺服电机等，旋转变压器和机构结构等硬件以实现功能；其中，机构结构通常包括飞轮、离合器、曲柄、滑块等。

结合图4，一种SPM闭环自动控制工艺处理方法实现闭环自动控制，用户只需要在控制器中设置SPM范围值，即可使控制机器工作在相应的冲程区间内，控制器内部根据旋转变压器位置反馈，并且集成PID等调节算法，实现变频器动态调整，保证SPM精度。具体的流程如下：

机械压力设备闭环控制单元工作时，当机械压力设备一体机控制装置输出信号，电机控制部件接收信号，执行部件运转并驱动机构结构工作；此时，旋转变压器将机构结构中滑块位置等数据发送至一体机控制装置，一体机控制装置计算得到实时SPM值，并根据此实时SPM与预设SPM的差距，调整给执行部件的信号，控制执行部件的输出从而影响最终的SPM值。

本实施例中，在软件上提供专有的接口，供客户对目标SPM值范围进行设置；在设备运转过程中，当机械压力设备一体机控制装置输出信号，变频器接收信号，电机运转，带动飞轮并最终使模块上下滑动；此时，旋转变压器将机构结构中滑块位置、曲杆运行的角度等数据发送至一体机控制装置；一体机控制装置根据反馈的SPM值与SPM目标值进行比对，动态调整脉冲输出指令，形成负反馈机制，最终使得实时SPM值无限接近于目标SPM值。

在此基础上，本发明还提供一种能实现上述功能的机械压力设备的一体机控制装置，主要包括PLC控制器、IO系统、通讯接口模块、人机交互系统、机械压力工艺流程模块；其中：

机械压力工艺流程模块，是对机械压力设备特殊工艺进行的提炼、改进以及封装，能实现前面所述的特殊控制方法。它包括开始停止角度自学习运行中开始停止角度动态校准单元，用于控制机械压力设备工作时机构结构中滑块的停止角度精确度；还可以包括SPM闭环自动控制单元，用于控制SPM值的精确度。

PLC控制器采用软核方案，即在PC-Base或者嵌入式系统里，通过实时通信技术及上层软件，在一体机控制装置CPU性能足够强大的基础上，甚至可以集成多个软PLC，实现PLC功能的深度定制，根据用户需求融合机械压力设备所需的相应功能模块的接口，为用户使用提供便利。并且，在PLC运行过程中，相关参数配置、数据采集，可以通过云服务模块上传至互联网。而传统的硬件PLC的固件不能移植至通用平台，只能在相应硬件平台下运行。PLC可实现分布式控制方案，通过相应总线协议，如EtherCAT、ProfiNet、Ethernet IP等，利用高速传输介质(如以太网)，接入系统，使得设备的输入输出配置灵活、易于增减、安装维护便捷，功能可定制开发。

通讯接口模块包括工业实时总线接口和本地通讯接口。实时工业总线接口，通过高精度、低延时、高带宽的工业实时现场总线或工业以太网接远程扩展设备，高性能终端执行机构，如机器人，或驱动系统，如高速同步伺服系统，以实现分布式控制；其中，工业实时现场总线包括工业以太网、LVDS、CAN总线等，工业实时总线协议包括EtherCAT、CANOpen、ProfiNet、Ethernet IP等。本地通讯接口，连接本地扩展设备以及相关执行机构如变频器、普通伺服系统等，用于集中式控制，本地通讯接口包括RS485、RS232、标准以太网、USB等，本地通讯协议一般为ModBus、ProfiBus等。

IO系统内嵌本地IO模块，为一体机控制装置自带的输入输出点；当然，根据用户需求IO系统还可加入本地扩展IO模块和远程扩展IO模块；其中，本地扩展IO模块通过本地通讯接口接入一体机控制装置，用于集中式控制，可连接本地或者距离较近的开关量信号、传感器、执行器等，它可设置在与一体机控制装置处于相同电气柜之间；远程扩展IO模块通过工业实时总线接口接入一体机控制装置，是用于分布式控制所扩展的IO模块，可连接远程的传感器、执行器等，可以通过通讯线互联，方便一体机控制装置对远程设备进行监控，无需和一体机控制装置处于相同电柜之中。

人机交互系统为内嵌的触摸显示屏以及工业云服务中的WebServer服务，作为一体机控制装置的显示和操作界面；本发明所提供的人机交互系统优选B/S架构，内嵌浏览器，通过内嵌触摸屏浏览并操作，并能通过联网设备的标准浏览器进行连接访问；而且界面显示内容可通过标准Web编程进行定制或二次开发。

在前述基础上，本发明提供另一实施例，即，一体机控制装置还包括运动控制内核，内嵌运动控制库、运动控制内核API接口和驱动模块；其中，运动控制库用于存储运动控制算法，如曲线插补、精准位置控制等；驱动模块用于解析并发送运动控制指令给执行机构或伺服驱动器并接收反馈状态。运动控制内核用于多轴同步、控制，并直接驱动执行机构或电机控制部件，从而实现设备的高精度、高响应等指标。具体可实现：1)伺服电机多轴同步，即复杂系统多电机协同运作，确保产线、生产加工过程的一致性；2)运动插补，即控制电机进行如圆弧，螺旋等复杂曲线轨迹运动；3)电子凸轮，即可替代机械凸轮，完成满足一定规律的周期性动作；4)电流位置速度三环控制等功能，利用这些功能可直接驱动执行机构如多种类型机器人，亦可连接相关驱动系统如伺服系统，进而控制相关电机。

结合图5，运动控制内核的工作流程是：最终用户根据自身设备工艺，对PLC进行应用开发，调用运动控制内核API接口中合适的运动控制算法；在设备运行过程中，PLC控制器接收到相应的指令后调用运动控制库中相应的运动控制算法，通过驱动模块将控制命令传输至驱动系统，驱动相应的执行设备，如伺服驱动器，由伺服驱动器驱动伺服电机，以完成用户想要实现的工艺来实现电机操控，也可以直接驱动某些执行机构如相关机器人，控制机器人完成相应动作。

进一步的，为替代昂贵的专用视觉设备，并能和运动控制有机结合起来，本发明还提供另一实施例，即，一体机控制装置还包括连接工业相机的机器视觉控制内核。机器视觉控制内核内嵌通用视觉算法库和工业相机驱动模块，其中，通用视觉算法库用于存储机器视觉算法，如亚像素扫描、特征值拟合等，工业相机驱动模块用于控制、设置工业相机并兼容工业相机通讯协议，如GIGEVISION。机器视觉控制内核用于实现对生产工件进行定位、识别、缺陷检测、分拣、分色等功能，将检测结果传递给PLC控制器，并由PLC控制器根据用户应用程序调用运动控制内核，最终发送具体指令给执行机构或驱动系统进行执行操作。

结合图6，机器视觉控制内核的工作流程是：工业相机采集图像，通过工业相机驱动模块将数据传入通用视觉库，通用视觉库根据用户应用程序的设置进行相应的功能运行，并将运行结果反馈给软核PLC，最终用户则通过对PLC的二次开发，进行对应的工艺处理。

在前述基础上，本发明还提供另一优选实施例，即，一体机控制装置还包括云服务模块，支持WebServer服务，实现设备的远程操作。具体的，可用于实现设备的远程监控、调试、编程及数据采集；还可以采集不同厂家设备的数据；并能通过标准以太网接口通过标准以太网网络设备接入网络或者直接接入终端设备，利用终端设备的标准浏览器进行访问，也可以利用专用的网关设备获取相应的数据进行相关操作。

云服务模块包括WebServer单元和OPCServer单元。其中，WebServer单元可实现原生的远程支持，实现远程下载及调试，用户还可以通过可联网的智能终端，如手机、PC机等，直接访问WebServer。而现有设备方案的远程调试均是增加通讯网关、无线模块等设备实现，这存在稳定性、协议兼容性、可靠性等诸多不确定因素。OPCServer单元用于不同平台设备间的互联或联网，提供不同通讯协议设备的数据采集，提供整台设备的数字化联网方案。而目前通用的做法是增加协议转换器，成本增加且效率不高，而OPCUA已经被业界广泛认可，在控制器内部增加OPCServer功能，可以极大提升设备竞争力，使得不同平台设备在同一工业以太网中无缝共存。

此外，一体机控制装置还可内嵌浏览器，与WebServer协同，提供用户交互系统。WebServer可提供Web方式的设备编程、状态查看，可供远程编程、诊断、维护、调试等操作；并能通过内嵌触摸屏等多种方式实现多样化的人机交互解决方案。而传统的做法是增加HMI等设备，而HMI属于专用设备，需要专用的二次开发平台，且成本较高，基于浏览器的Web页面编程则更为易用及灵活，且可以提供远胜于HMI的功能扩展。可见，在控制器中内嵌WebServer，使得设备具备了联网功能，可以促进信息化和自动化的深度融合，在工业4.0改造过程中，也有降低用户使用成本。

如图8，WebServer工作过程是：设备上电后，WebServer启动，并获取设备状态相关的信息，如Web界面信息，包括控制界面和显示界面；诊断信息、组态信息、应用信息以及设备运行过程中的数据，当外部设备或者内部服务等客户端上线并且向WebServer提交了连接申请后，WebServer在建立连接的同时还会对连接通道进行加密，以保证数据的安全性；之后，将WebServer相关信息传输给客户端，客户端通过Web浏览器可以访问这些信息并进行相应的控制，如果客户端发送了控制命令或者程序下载等指令，WebServer会将一体机控制装置内的数据进行实时更新，更新后的数据会被WebServer读取上传并显示，如此往复，直到客户端连接断开。

结合以上实施例，此处提供针对一体机控制装置的软、硬件部分的一种优选实施例。

如图9所示，一体机控制装置可采用包括主处理器和协处理器的双核架构。主处理器，可选用ARM Cortex系列处理器，或者X86体系的CPU，用于运行系统软件，包括PLC软核、实时操作系统(RT OS System)、功能模块、云服务模块、各类设备驱动等；

如图10，PLC软核主要包括PLC运行系统、组态解析模块、应用解析模块、用户交互接口、参数配置模块、数据交互模块、诊断模块；其中，PLC运行系统主要负责调度PLC应用程序，并直接调用功能模块进行实际的硬件操控，获得相应反馈，根据相应组态信息将数据传输至各外接设备或扩展设备之中；组态解析模块，用于解析一体机控制装置所连接的外围扩展设备，如本地扩展IO模块、伺服驱动器、变频器、触摸屏、相机等，并分配通讯地址及确定连接拓扑和修改相关参数配置；组态信息最终传递给PLC运行系统，由PLC运行系统负责最终调度；应用解析模块，用于解析客户开发的应用程序，修改相关参数，将用户程序解析成具体操作指令列表并传递给PLC运行系统，由其负责具体调度和执行；用户交互接口，主要是和HMI设备及上位机监控系统通讯，给用户提供直观的观察设备运行状态；参数配置模块，用于配置一体机控制装置的相关参数，如扩展设备相关信息、通讯参数等；数据交互模块，负责提取PLC运行过程当中的各种数据和状态，如运行状态、运行参数实时值、相关寄存器值等，数据交互模块中的数据可通过用户交互接口、云服务模块查看和修改；诊断模块，用于诊断系统信息，准确定位设备故障来源。

另外，实时操作系统是实时性、优先级控制的操作系统，是设备运行的基础，负责完成系统软件的调度，保证系统稳定性并提升运行效率；云服务模块可以通过标准以太网接口利用标准浏览器进行访问，也可以利用专用的网关设备获取相应的数据进行相关操作。功能模块包括机器视觉控制内核、运动控制内核、机械压力工艺流程模块、IO扫描模块等。设备驱动主要包括各个硬件单元的驱动程序以及通讯协议，是硬件正常工作和被调用的基础；用户应用程序和组态程序可以通过云服务模块完成开发及下载，也可以利用传统的PC机开发方式完成并下载。

协处理器，可选用FPGA、CPLD、ASIC等芯片，用于运行实时总线协议栈，连接工业实时总线或工业以太网，负责工业级通讯，操控远程IO扩展模块、伺服、电机控制功能。并且可提供至少2个物理接口，供用户组网。

以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述并不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进，这些均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于机械压力设备的工艺流程控制方法，其特征在于：包括开始停止角度自学习，用于控制停止角度的精度；具体步骤如下：

S11、设置SPM的运行范围，并在设置范围内选取若干SPM采样值；

S12、使设备运行在某一SPM采样值，并根据有关SPM值与开始停止角度值之间关系的数学模型计算该SPM采样值情况下的开始停止角度理论值；

S13、在该开始停止角度理论值下对设备进行停止控制，得到停止角度实际值；

S14、判断停止角度实际值与目标值之间的偏差是否超过设定的阈值：若超过则对开始停止角度理论值进行修正，保存SPM采样值及修正后的开始停止角度值,并对数学模型引入纠偏系数进行修正，作为下一SPM采样值时开始停止角度的计算依据；若未超过则继续运行下一SPM采样值，同时保存该SPM采样值和与其对应的开始停止角度理论值作为保存的开始停止角度值；

S15、重复步骤S12至S14，直到运行完所有的SPM采样值，并完成最终修正系数的计算；

S16、根据保存的各SPM采样值与可使停止角度实际值与目标值之间的偏差处在设定阈值范围内的开始停止角度值之间的关系拟合开始停止角度曲线，得到相应的SPM值与开始停止角度值之间关系的数学函数式，并保存作为设备正常运行时开始停止角度的选取依据。

2.如权利要求1所述的机械压力设备工艺流程控制方法，其特征在于：还包括运行中开始停止角度动态校准，用于进一步控制停止时的停止角度的精度；具体包括如下步骤：

S21、在设备运行过程中，调阅设备初始设置后保存的开始停止角度拟合曲线，根据曲线获得当前SPM值对应的开始停止角度理论值；

S22、根据该开始停止角度理论值进行停止控制，得到停止角度实际值；

S23、计算并判断停止角度实际值与目标值之间的偏差是否超过设定的阈值，针对偏差超出阈值的情况再次引入纠偏系数对开始停止角度理论值进行修正，并就拟合曲线进行动态拟合更新，保存并覆盖原开始停止角度拟合曲线，作为设备后续运行时开始停止角度的选取依据。

3.如权利要求2所述的机械压力设备工艺流程控制方法，其特征在于：若经步骤S23的多次修正，偏差仍无法控制在设定的阈值内，则停止正常运行，重复权利要求1所述的开始停止角度自学习。

4.如权利要求1所述的机械压力设备工艺流程控制方法，其特征在于：还包括SPM闭环自动控制，即通过对获取的SPM实时值，并与SPM目标值之间比对，动态调整控制指令，形成负反馈机制，使得SPM实时值无限接近于SPM目标值。

5.一种机械压力设备的一体机控制装置，其特征在于：一体机控制装置还包括PLC控制器、IO系统、通讯接口模块、机械压力工艺流程模块；其中，PLC控制器采用软核方案；通讯接口模块包括工业实时总线接口和本地通讯接口；工业实时总线接口连接远程扩展设备、终端执行机构或驱动系统，实现分布式控制；本地通讯接口连接本地扩展设备及本地执行机构，进行集中式控制；IO系统包括内嵌本地IO模块、本地扩展IO模块和远程扩展IO模块；内嵌本地IO模块，是一体机控制装置自带的输入输出点；本地扩展IO模块通过本地通讯接口接入一体机控制装置，用于集中式控制；远程扩展IO模块通过工业实时总线接口接入一体机控制装置,用于分布式控制；机械压力工艺流程模块包括开始停止角度自学习、运行中开始停止角度动态校准单元，采用如权利要求1至3任意一项所述的用于机械压力设备的工艺流程控制方法，以控制机械压力设备工作时机构结构中滑块的停止角度精确度。

6.如权利要求5所述的一体机控制装置，其特征在于：所述的机械压力工艺流程模块还包括SPM闭环自动控制单元，通过对获取的SPM实时值，并与SPM目标值之间比对，动态调整控制指令，形成负反馈机制，使得SPM实时值无限接近于SPM目标值，从而控制SPM值的精确度。

7.如权利要求5所述的一体机控制装置，其特征在于：还包括运动控制内核，内嵌用于存储运动控制算法的运动控制库、运动控制内核API接口、用于解析并发送运动控制指令给执行机构或驱动系统和接收反馈状态进行闭环控制的驱动模块。

8.如权利要求7所述的一体机控制装置，其特征在于：还包括连接工业相机的机器视觉控制内核，内嵌用于存储机器视觉算法的通用视觉算法库和与工业相机通讯的工业相机驱动模块。

9.如权利要求5所述的一体机控制装置，其特征在于：还包括云服务模块，内嵌用于原生远程支持和联网的WebServer单元和用于不同平台设备间数据互联的OPCServer单元。

10.如权利要求5所述的一体机控制装置，其特征在于：还包括人机交互系统，采用Browser/Server架构，内嵌浏览器。