CN108908851A - 注塑机的电射台伺服系统及其数据交互流程 - Google Patents
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Abstract
一种注塑机的电射台伺服系统及其数据交互流程,注塑机的电射台伺服系统包括上位机和电射台,上位机与电射台通讯连接;所述上位机上设置有主控制模器,主控制模器上有主控程序块;所述电射台上配置有通讯主站和一组以上通讯从站,通讯主站通过内部总线与相应的通讯从站通讯连接;所述主控程序块通过外部总线与通讯主站通讯连接;所述通讯从站包括射胶伺服和熔胶伺服;所述外部总线为EtherCAT或CAN‑Open,内部总线为基于以太网的高速工业现场总线协议;所述上位机通过外部总线向电射台上的通讯主站下发电射台的工艺参数和下发相关动作指令,并接收通讯主站反馈的伺服状态。本发明能有效降低上位机成本,且有效避免通讯和数据处理滞后。
Description
技术领域
本发明涉及一种注塑机,特别涉及一种注塑机的电射台伺服系统及其数据交互流程。
背景技术
行业内常见的液压注塑机升级电动射台的方案有以下两种常见架构:
1.第一架构(如图1和图2所示),升级注塑机控制器(上位机),使用具备EtherCAT接口的高性能控制器,同时射台部分选用同样具备EtherCAT功能的伺服驱动器(熔胶与射胶)。其具有以下特点:上位机作为主控制器,伺服驱动器作为速度跟随的下位机。常规液压机的控制程序进行必要的优化,将原先驱动射台的熔胶、射胶的液压机构动作的参数,转变成伺服运动参数进行传送:由上位机规划伺服轴曲线,通过EtherCAT通讯将轴的速度、电流参考值实时发送给相应伺服驱动器;伺服的速度、电流、位置也通过EtherCAT通讯实时反馈至上位机。
2.第二架构(如图3所示),与第一架构不同之处是:(1)上位机与伺服之间增加一个运动控制模块,上位机通过EtherCAT或CANOpen通讯形式向其下发电射台工艺参数及下发伺服轴的动作指令,并接收由控制器反馈的轴位置与速度等伺服状态;(2)由运动控制器规划伺服相关动作曲线,并在上位机的指令控制下向伺服驱动器发送速度参考。
以上两种架构中的伺服驱动器均从属于上位机或运动控制模块,其执行的是速度跟随模式,这就带来以下不足:
a)因上位机或运控控制模块要具备多轴伺服曲线规划能力,导致其硬件成本高昂;
b)运动控制单元(上位机或运动控制模块)与运动执行单元(伺服驱动器)分开,通讯周期(常见1ms或0.5ms)及数据处理(常见1ms或0.5ms主循环)的滞后,不可避免地影响执行机构的响应速度。
由于现有技术存在上述不足之处,因此,有必要做进一步改进。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种能有效降低上位机成本,且有效避免通讯和数据处理滞后的注塑机的电射台伺服系统及其数据交互流程,以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种注塑机的电射台伺服系统,包括上位机和电射台,上位机与电射台通讯连接;其特征在于:所述上位机上设置有主控制模器,主控制模器上有主控程序块;所述电射台上配置有通讯主站和一组以上通讯从站,通讯主站通过内部总线与相应的通讯从站通讯连接;所述主控程序块通过外部总线与通讯主站通讯连接;所述通讯从站包括射胶伺服和熔胶伺服;所述外部总线为EtherCAT或CAN-Open,内部总线为基于以太网的高速工业现场总线协议;所述上位机通过外部总线向电射台上的通讯主站下发电射台的工艺参数和下发相关动作指令,并接收通讯主站反馈的伺服状态。
所述通讯主站上布局有EtherCAT或CAN-Open外部通讯接口、及内部通讯接口,两组通讯接口通过映射相互交换数据;通讯主站通过外部通讯接口与上位机实时进行数据交换;通讯主站通过内部通讯接口与通讯从站进行参数的读与写、并将上位机的数据分发至通讯从站。
所述通讯主站上设置有用于对通讯主站进行功能开发或协助通讯从站进行动作计算的主站PLC。
所述通讯从站上设置有从站PLC和用于接收/发送数据的内部通讯程序模块;从站PLC上设置有用于计算运动轨迹及参数的自主程序模块、用于监控机械行程及静止时的零速状态的从站监控程序模块、用于执行安全停止功能的从站报警程序模块、用于控制外部急停IO状态的急停程序模块、自行监控通讯状态及软硬件异常的监控程序模块。
所述上位机上设置有HMI模块,主控制模器上有HMI接口,主控制模器通过HMI接口与HMI模块通讯连接。
所述主控程序块上装载有动作运算程序块和标准动作程序块,标准动作程序块移除熔胶及射胶的曲线规划程序块,且仅在需电射台动作时,向通讯程序块发出动作指令控制字。
上述注塑机的电射台伺服系统的数据交互流程,其特征在于:包括数据下发流程和数据反馈流程;
数据下发流程包括以下步骤:
a)上位机通过外部总线向电射台上的通讯主站发送控制字、工艺参数及动作指令;
b)通讯主站将参数和指令由外部总线映射至内部总线;
c)通讯从站通过内部总线获取各自的运动控制数据;
d)通讯从站在上个动作任务完成后计算新的轴运动轨迹;
e)执行动作指令;
数据反馈流程包括以下步骤:
1)各通讯从站向内部总线反馈状态字、轴实时运动状态信息;
2)通讯主站将信息由内部总线映射至外部总线;
3)上位机通过外部总线获取数据。
所述上位机将电射台的熔胶/射胶的机械参数、模具工艺数据、轴运行指令通过外部总线发送至伺服系统的通讯主站中。
所述机械参数在通讯建立初期由上位机下载至所述的电射台伺服系统;所述模具工艺数据在通讯建立初期下载一次,然后每次修改相关数据均自动传输一次;参数下载完成后,上位机根据注塑机动作时序向通讯主站发送所述的轴运行指令。
所述电射台的反馈数据包括速度反馈、位置反馈、电流反馈、注射压力和/或动作时间等。
本发明具有以下有益效果:
1.只需支持EtherCAT或CANOpen的标准注塑机系统,无需使用更高端的控制器,即可实现注塑机油电混合或全电化的升级,大大降低开发电动式注塑机的控制器成本。
2.模块化电射台伺服套件,内置标准电射台程序,无需上位机再开发注塑机的核心动作部分--电动射台的程序。
3.可在标准注塑机主体上,快速加装副电射台,完成双电动射台,甚至三电动射台的特殊需求。
4.标准化、模块化电射台程序,可满足快速调试。多组电射台叠加,上位机完成多组射台的参数分组后,只需按参数表匹配新增电动射台的通讯参数。
附图说明
图1为使用通用伺服驱动器的常见电动射台系统的架构图。
图2为使用共直流母线的常见电动射台系统的架构图。
图3为使用运动控制模块的常见电动射台系统的架构图。
图4为本发明一实施例中注塑机电动射台的架构图。
图5为本发明一实施例的数据交互流程图。
图6为本发明一实施例的又一数据交互流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图4-图6,本注塑机的电射台伺服系统,包括上位机和电射台,上位机与电射台通讯连接;上位机上设置有主控制模器,主控制模器上有主控程序块;电射台上配置有通讯主站和一组以上通讯从站,通讯主站通过内部总线(周期0.125μs)与相应的通讯从站通讯连接,通讯主站和通讯从站采用相同的硬件和固件,根据配置信息不同,主从站分别执行不同的软件流程;主控程序块通过外部总线与通讯主站通讯连接;通讯从站包括射胶伺服和熔胶伺服;所述外部总线为EtherCAT或CAN-Open,内部总线为基于以太网的高速工业现场总线协议;上位机通过外部总线向电射台上的通讯主站下发电射台的工艺参数和下发伺服轴的动作指令,并接收通讯主站反馈的轴位置与速度等伺服状态。
进一步说,通讯主站上布局有EtherCAT或CAN-Open外部通讯接口、及内部通讯接口,两组通讯接口通过映射相互交换数据;通讯主站通过外部通讯接口与上位机实时进行数据交换;通讯主站通过内部通讯接口与通讯从站进行参数的读与写、并将上位机的数据分发至通讯从站。内部总线由特定的硬件实现结构和通信协议,具有强实时性和资源利用低的特点;具体地说,内部总线可以是EtherCAT、PowerLink或其它基于EtherCAT改进的通讯协议;内部总线应用于伺服驱动器之间的循环周期可达125μs。
进一步说,上述内部总线具有以下功能特点:
1.支持自动扫描功能,检测系统中可用的设备数量,最大支持扩展62个通讯从站;
2.支持交叉通信,在每个同步周期内通讯主站与通讯从站之间、通讯从站间实现直接的数据通信,最多984字节共享的可配置地址空间;
3.支持菊花链式拓扑结构,每个设备包含两个以太网接口,通讯主站和通讯从站、通讯从站间通过一根双绞线连接,支持10Mbps/100Mbps速率全双工通信;
4.支持可变的循环周期,应用于伺服驱动器中,循环周期可达125μs;
5.低传输延迟,数据帧经过主站延迟1.63μs,通讯从站1.94μs;
6.同步时钟抖动小于100ns。
进一步说,通讯主站上设置有用于对通讯主站进行功能开发或协助通讯从站进行动作计算的主站PLC。
进一步说,通讯从站上设置有从站PLC和用于接收/发送数据的内部通讯程序模块;从站PLC上设置有用于计算运动轨迹及参数的自主程序模块、用于监控机械行程及静止时的零速状态的从站监控程序模块、用于执行安全停止功能的从站报警程序模块、用于控制外部急停IO状态的急停程序模块、自行监控通讯状态及软硬件异常的监控程序模块。
进一步说,上位机上设置有HMI模块,主控制模器上有HMI接口,主控制模器通过HMI接口与HMI模块通讯连接。
进一步说,主控程序块上装载有动作运算程序块和标准动作程序块,标准动作程序块移除熔胶及射胶的曲线规划程序块,且仅在需电射台动作时,向通讯程序块发出动作指令控制字。由于标准动作程序块移除熔胶及射胶的曲线规划程序块,即不再参与熔胶及射胶过程的速度、位置、电流、注射压力和/或动作时间的规划。
上述注塑机的电射台伺服系统的数据交互流程,包括数据下发流程和数据反馈流程;
数据下发流程包括以下步骤:
a)上位机通过外部总线向电射台上的通讯主站发送控制字、工艺参数及动作指令;
b)通讯主站将参数和指令由外部总线映射至内部总线;
c)通讯从站通过内部总线获取各自的运动控制数据;
d)通讯从站在上个动作任务完成后计算新的轴运动轨迹;
e)执行动作指令;
数据反馈流程包括以下步骤:
1)各通讯从站向内部总线反馈状态字、轴实时运动状态信息;
2)通讯主站将信息由内部总线映射至外部总线;
3)上位机通过外部总线获取数据。
进一步说,上位机将原注塑机程序中的熔胶、射胶所有的曲线规划功能去除;上位机将电射台的熔胶/射胶的机械参数、模具工艺数据、轴运行指令通过外部总线发送至伺服系统的通讯主站中;上位机监控通讯和电射台伺服系统的报警状态,必要时发出急停指令(通讯控制字及DO信号);上位机监控轴行程区间及禁止时异常速度,一旦超出监控范围,立即处理超行程。
进一步说,机械参数在通讯建立初期由上位机下载至上述的电射台伺服系统;模具工艺数据在通讯建立初期下载一次,然后每次修改相关数据均自动传输一次;参数下载完成后,上位机根据注塑机动作时序向通讯主站发送的轴运行指令。
进一步说,电射台的反馈数据包括速度反馈、位置反馈、电流反馈、注射压力和/或动作时间等。
上述为本发明的优选方案,显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种注塑机的电射台伺服系统,包括上位机和电射台,上位机与电射台通讯连接;其特征在于:所述上位机上设置有主控制模器,主控制模器上有主控程序块;所述电射台上配置有通讯主站和一组以上通讯从站,通讯主站通过内部总线与相应的通讯从站通讯连接;所述主控程序块通过外部总线与通讯主站通讯连接;所述通讯从站包括射胶伺服和熔胶伺服;所述外部总线为EtherCAT或CAN-Open,内部总线为基于以太网的高速工业现场总线协议;所述上位机通过外部总线向电射台上的通讯主站下发电射台的工艺参数和下发相关动作指令,并接收通讯主站反馈的伺服状态。
2.根据权利要求1所述注塑机的电射台伺服系统,其特征在于:所述通讯主站上布局有EtherCAT或CAN-Open外部通讯接口、及内部通讯接口,两组通讯接口通过映射相互交换数据;通讯主站通过外部通讯接口与上位机实时进行数据交换;通讯主站通过内部通讯接口与通讯从站进行参数的读与写、并将上位机的数据分发至通讯从站。
3.根据权利要求2所述注塑机的电射台伺服系统,其特征在于:所述通讯主站上设置有用于对通讯主站进行功能开发或协助通讯从站进行动作计算的主站PLC。
4.根据权利要求3所述注塑机的电射台伺服系统,其特征在于:所述通讯从站上设置有从站PLC和用于接收/发送数据的内部通讯程序模块;从站PLC上设置有用于计算运动轨迹及参数的自主程序模块、用于监控机械行程及静止时的零速状态的从站监控程序模块、用于执行安全停止功能的从站报警程序模块、用于控制外部急停IO状态的急停程序模块、自行监控通讯状态及软硬件异常的监控程序模块。
5.根据权利要求1所述注塑机的电射台伺服系统,其特征在于:所述上位机上设置有HMI模块,主控制模器上有HMI接口,主控制模器通过HMI接口与HMI模块通讯连接。
6.根据权利要求1所述注塑机的电射台伺服系统,其特征在于:所述主控程序块上装载有动作运算程序块和标准动作程序块,标准动作程序块移除熔胶及射胶的曲线规划程序块,且仅在需电射台动作时,向通讯程序块发出动作指令控制字。
7.如权利要求1-6任一项所述注塑机的电射台伺服系统的数据交互流程,其特征在于:包括数据下发流程和数据反馈流程;
数据下发流程包括以下步骤:
a)上位机通过外部总线向电射台上的通讯主站发送控制字、工艺参数及动作指令;
b)通讯主站将参数和指令由外部总线映射至内部总线;
c)通讯从站通过内部总线获取各自的运动控制数据;
d)通讯从站在上个动作任务完成后计算新的轴运动轨迹;
e)执行动作指令;
数据反馈流程包括以下步骤:
1)各通讯从站向内部总线反馈状态字、轴实时运动状态信息;
2)通讯主站将信息由内部总线映射至外部总线;
3)上位机通过外部总线获取数据。
8.根据权利要求7所述注塑机的电射台伺服系统的数据交互流程,其特征在于:所述上位机将电射台的熔胶/射胶的机械参数、模具工艺数据、轴运行指令通过外部总线发送至伺服系统的通讯主站中。
9.根据权利要求8所述注塑机的电射台伺服系统的数据交互流程,其特征在于:所述机械参数在通讯建立初期由上位机下载至所述的电射台伺服系统;所述模具工艺数据在通讯建立初期下载一次,然后每次修改相关数据均自动传输一次;参数下载完成后,上位机根据注塑机动作时序向通讯主站发送所述的轴运行指令。
10.根据权利要求7所述注塑机的电射台伺服系统的数据交互流程,其特征在于:所述电射台的反馈数据包括速度反馈、位置反馈、电流反馈、注射压力和/或动作时间。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20181130 |