CN110231799B - 金属板材成形伺服液压机生产线的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属板材成形伺服液压机生产线的自动控制系统，属于伺服液压机自动控制技术领域，金属板材成形伺服液压机生产线由五台伺服液压机和一套自动上下料装置组成，自动上下料装置由双工位伺服拆垛机、独立式机械手、下料伸缩皮带机、安全防护装置、自动控制系统构成；每台伺服液压机包括一可编程控制器、数据采集模块；独立式机械手上安装有位置传感器；自动控制系统包括：运动控制器，运动控制器通过SERCOSIII协议与机械手从站进行数据交互；运动控制器通过Profibus DP协议与伺服液压机进行数据交互；总控触摸屏通过以太网与运动控制器进行数据交互；运动控制器与每台可编程控制器进行数据交互。

Description

金属板材成形伺服液压机生产线的自动控制系统

技术领域

本发明属于伺服液压机自动控制技术领域，特别是涉及到一种金属板材成形伺服液压机生产线的自动控制系统。

背景技术

液压机以金属板材为加工对象，生产各种各样的冲压件，广泛应用于汽车、机械、电器、仪表、航空等行业。据不完全统计，轿车零部件中占40％以上的是金属板材冲压件。由此可见，金属板材成形液压机在汽车工业中的地位举足轻重，发展汽车工业，液压机技术提高对国民经济的发展将起到重要推动作用。当今社会，能源污染、能源匮乏，越来越得到人们的重视。伺服液压机控制系统相比于普通液压机控制系统，它的高效能、低噪音和节能特性带来的是良好的工作环境和节电的直接经济效益。伺服电机的节能特性主要体现在以下方面：

A.在上下料阶段，普通电机泵组仍然需要空循环，此时耗能约为额定功率的33％，而伺服电机此时可以停止转动，能量消耗为0。

B.在压力持续加压阶段，普通电机转速不能变化，此时电机能耗约为100％，此部分能量全部转化为热量，系统油液温度升高，而伺服电机则可以降低转速，在满足压力的情况下甚至可以0转待机。

C.由于其控制性能优异，设备系统发热少，可以降低冷却装置的配置要求。

D.伺服电机由于其转速任意可调的特点，设备整体噪音会大大降低，设备空运行噪音不超过80分贝。

使用伺服电机大大降低设备运行成本，一般情况下，设备系统节能10％左右。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种金属板材成形伺服液压机生产线的自动控制系统，该金属板材成形伺服液压机生产线的自动控制系统用于提高金属板材成形液压机生产线的生产效率和产品质量。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种金属板材成形伺服液压机生产线的自动控制系统，上述金属板材成形伺服液压机生产线由五台伺服液压机和一套自动上下料装置组成，其中，上述自动上下料装置由双工位伺服拆垛机、独立式机械手、下料伸缩皮带机、安全防护装置、自动控制系统构成；每台伺服液压机包括一可编程控制器、安装于伺服液压机上的数据采集模块；上述独立式机械手上安装有检测机械手位置的位置传感器；上述自动控制系统至少包括：

运动控制器，上述运动控制器通过SERCOSIII协议与机械手从站进行数据交互；上述运动控制器通过Profibus DP协议与伺服液压机进行数据交互；

总控触摸屏，上述总控触摸屏通过以太网与运动控制器进行数据交互；

上述运动控制器与每台可编程控制器进行数据交互。

进一步：上述自动控制系统还包括：

安全PLC，上述安全PLC分别与安全门锁、机械手控制器、急停按钮和报警器进行数据交互。

进一步：上述数据采集模块包括原理传感器、位移传感器和电磁阀。

进一步：上述自动控制系统还包括总控操控台，上述总控操控台与总控触摸屏进行数据交互。

本发明具有的优点和积极效果是：

通过采用上述技术方案，本发明与传统的液压机生产线控制系统相比，具有了运行可靠，节约的劳动力，提高生产效率和产品质量的特点。本发明控制原理简单，使用方便，运行经济，具有高效能、低噪音和节能特性，对设备使用者具有显著的经济效益，充分体现了液压机高性能、高效率、高自动化的特点。

附图说明：

图1是本发明金属板材成形伺服液压机自动生产线工艺路线示意图；

图2是本发明的金属板材成形伺服液压机生产线自动控制系统框架示意图；

图3是本发明的伺服液压机电液伺服混合驱动系统示意图；

图4是本发明的伺服液压机PLC可编程控制器构成示意图。

1—1#伺服液压机；2—2#伺服液压机；3—3#伺服液压机；4—4#伺服液压机；5—5#伺服液压机；6—双工位伺服拆垛机；7—1#独立式机械手；8—2#独立式机械手；9—3#独立式机械手；10—4#独立式机械手；11—5#独立式机械手；12—6#独立式机械手；13—下料伸缩皮带机；14—安全防护装置；15—总控操纵台；16—总控触摸屏；17—力士乐运动控制器Indramotion；18—安全门锁；19—安全PLC；20—液压机控制器PLC；21—液压机显示器触摸屏；22—伺服电机驱动器；23—压力传感器；24—电磁阀；25—CPU；26—电源模块；27—数字量输入模块；28—数字量输出模块；29—模拟量输入模块；30-模拟量输出模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图4：

本发明公开了一种金属板材成形伺服液压机生产线的自动控制系统，由1#伺服液压机1、2#伺服液压机2、3#伺服液压机3、4#伺服液压机4、5#伺服液压机5和一套自动上下料装置组成，其中自动上下料装置由双工位伺服拆垛机6、1#独立式机械手7、2#独立式机械手8、3#独立式机械手9、4#独立式机械手10、5#独立式机械手11、6#独立式机械手12、下料伸缩皮带机13、安全防护装置14、自动控制系统构成。

拆垛机6上的移送料垛底板，分别放置0.5mm和0.7mm料厚的不锈钢板，为防止人工上垛料时摆错，需要在底板上设置防错结构。叉车将2种规格料片垛送入拆垛机上的料垛小车上——拆垛机进行分别拆垛，拆垛机为双工位往复式拆垛机6，每个工位有两个料垛位，分别摆放两种料片，拆垛位有两个液压顶升缸，将料片顶升到一定高度时，由机械式分片气缸将料片一角掀起，同时采用高压气体分张，此时，伺服机械手分别依次将两种料片抓取放置到对中台上，进行气缸拍打对中。然后进行喷油处理，当两张料片在对中站对中后，涂油机自动向材料表面涂冲压油或拉伸油——1#独立式机械手7X轴采用伺服电机驱动同步轮，同步轮带动固定在横杆两端的进口齿形同步皮带，齿形同步皮带带动左右机构运动，最终实现左右移送料动作运动；Z轴采用伺服电机驱动丝杆带动上下机构，最终实现上下取放料动作。同时为了保证上下运动的稳定性，在上下机构的两侧增加两个平衡气缸，通过气动夹抓将两张料片抓取将料片放入第一台1#伺服液压机1模具内，压机工作压制——2#独立式机械手8将成形料片取出放至中间过渡台后送入第二台2#伺服液压机2模具内——以此类推直到最后一台5#伺服液压机5完成工件压制，由6#独立式机械手12将工件取出放置在下料伸缩皮带机13上，线尾皮带机13主要功能是将工件运出进行人工码垛和检查。皮带的操作模式有手动、连续、停止和前进，皮带采用复合皮带，表面附有耐切割层。皮带机通过电机减速机、同步带及带轮、传送皮带及滚筒来传送板料，速度通过变频器控制，其过程为电机减速机驱动同步带及带轮转动，带动主滚筒转动，由于滚筒与传动皮带相互的摩擦力作用，主滚筒带动传动皮带转动，则在电机减速机的带动下实现了传动皮带的起停转动运动，完成了板料的最后工序输送工作。

送取料机械手区域安装由标准金属制成的安全防护装置14，围栏高度2000mm，含安全门锁，方便设备维护时人员进入，若任何区域出现紧急情况，拍急停按钮，可使机械手和压力机停止工作。

如图2所示，本发明所述金属板材成形伺服液压机生产线自动控制系统：以力士乐运动控制器Indramotion17为核心，机械手通过SERCOSIII协议将各个机械手从站连接到Indramotion17，进行统一管理。伺服液压机则采用Profibus DP协议与Indramotion17相互连接，进行数据交换。Indramotion17将各个生产环节连接到一起，对整个生产流程进行集中控制。

该控制系统中总控触摸屏16通过以太网与Indramotion17相互连接，负责所有设备的状态监控与显示，外部设备的状态，如机械手的位置，压力机的角度、拆剁机的运行状态、外部IO点的通断状态、生产线的报警信息等都能够在总控触摸屏16上实时显示并可打印输出。同时，操作员的控制指令也通过总控触摸屏16传递到Indramotion17，用于控制各个设备，自动化送料设备参数、动态诊断、操作指导等全部通过总控触摸屏16中文界面调整和控制；这些特性使得本自动化系统的控制方式具有很高的集成度，使得生产与维护的效率大大提高。还包括总控操纵台15，安装在总控操纵台15内的控制器与安装在面板上的总控触摸屏16通过数据线连接，实现数据交换，并以程序数据和画面图像形式显示出来。

自动化系统配备完善的安全门锁18，由安全PLC19控制整线的安全门锁等所有安全装置，实时控制显示安全区域状况，及时发出声光报警信号或停机；整线安全联锁采用硬接线的方式实现信息交换。该生产线设有灯光报警系统，作为整线安全系统的辅助工具，能够在设备起停、故障、换料、上下料、故障以及安全系统中各安全监控点报警等各种异常状况发生时及时通知操作人员处理。

如图3所示，本发明所述金属板材成形伺服液压机生产线自动控制系统中的伺服液压机采用永磁交流伺服电机作为一种先进的高性能伺服执行单元，满足本伺服液压机运动控制的需要，采用直接驱动技术。该系统中液压机控制器PLC20结合液压机显示器触摸屏21发出指令给伺服电机驱动器22，当伺服压机需要调压和调速时，根据管路中的压力传感器23反馈给伺服电机控制驱动器22的信号，液压机控制器PLC20调整给伺服电机控制驱动器22的输出信号，并根据伺服压机的上升或回程动作要求对电磁阀24进行开闭控制，以达到伺服压机预定的压力和位置，从而实现对伺服液压机运行动作的调节。

如图4所示，本发明所述金属板材成形伺服液压机生产线自动控制系统中伺服液压机的控制系统中控制器PLC20由CPU25、电源模块26、数字量输入模块27、数字量输出模块28、模拟量输入模块29、模拟量输出模块30构成，通过软件编程实现伺服液压机各种工艺动作。

上述优选实施例的工作原理为：

本发明金属板材成形伺服液压机生产线由五台伺服液压机和一套自动上下料装置组成，自动上下料装置由双工位伺服拆垛机、独立式机械手、下料伸缩皮带机、安全防护装置、自动控制系统构成；每台伺服液压机包括一可编程控制器、数据采集模块；独立式机械手上安装有位置传感器；自动控制系统包括：运动控制器，运动控制器通过SERCOSIII协议与机械手从站进行数据交互；运动控制器通过Profibus DP协议与伺服液压机进行数据交互；总控触摸屏通过以太网与运动控制器进行数据交互；运动控制器与每台可编程控制器进行数据交互。

本发明所述金属板材成形伺服液压机生产线自动控制系统：以力士乐运动控制器Indramotion为核心，机械手通过SERCOSIII协议将各个机械手从站连接到Indramotion，进行统一管理。伺服液压机则采用Profibus DP协议与Indramotion相互连接，进行数据交换。Indramotion将各个生产环节连接到一起，对整个生产流程进行集中控制。

该控制系统中总控触摸屏通过以太网与Indramotion相互连接，负责所有设备的状态监控与显示，外部设备的状态，如机械手的位置，压力机的角度、拆剁机的运行状态、外部IO点的通断状态、生产线的报警信息等都能够在总控触摸屏上实时显示并可打印输出。同时，操作员的控制指令也通过总控触摸屏传递到Indramotion，用于控制各个设备，自动化送料设备参数、动态诊断、操作指导等全部通过总控触摸屏中文界面调整和控制；这些特性使得本自动化系统的控制方式具有很高的集成度，使得生产与维护的效率大大提高。还包括总控操纵台，安装在总控操纵台内的控制器与安装在面板上的总控触摸屏通过数据线连接，实现数据交换，并以程序数据和画面图像形式显示出来。

自动化系统配备完善的安全门锁，由安全PLC控制整线的安全门锁等所有安全装置，实时控制显示安全区域状况，及时发出声光报警信号或停机；整线安全联锁采用硬接线的方式实现信息交换。该生产线设有灯光报警系统，作为整线安全系统的辅助工具，能够在设备起停、故障、换料、上下料、故障以及安全系统中各安全监控点报警等各种异常状况发生时及时通知操作人员处理。

本发明所述金属板材成形伺服液压机生产线自动控制系统中的伺服液压机采用永磁交流伺服电机作为一种先进的高性能伺服执行单元，满足本伺服液压机运动控制的需要，采用直接驱动技术。该系统中液压机控制器PLC结合液压机显示器触摸屏发出指令给伺服电机驱动器，当伺服压机需要调压和调速时，根据管路中的压力传感器反馈给伺服电机控制驱动器的信号，液压机控制器PLC调整给伺服电机控制驱动器的输出信号，并根据伺服压机的上升或回程动作要求对电磁阀进行开闭控制，以达到伺服压机预定的压力和位置，从而实现对伺服液压机运行动作的调节。

本发明所述金属板材成形伺服液压机生产线自动控制系统中伺服液压机的控制系统中控制器PLC由CPU、电源模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块构成，通过软件编程实现伺服液压机各种工艺动作。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种金属板材成形伺服液压机生产线的自动控制系统，上述金属板材成形伺服液压机生产线由五台伺服液压机和一套自动上下料装置组成，其中，上述自动上下料装置由双工位伺服拆垛机、六个独立式机械手、下料伸缩皮带机、安全防护装置、自动控制系统构成；每台伺服液压机包括一可编程控制器、安装于伺服液压机上的数据采集模块；上述独立式机械手上安装有检测机械手位置的位置传感器；其特征在于：

双工位伺服拆垛机上的移送料垛底板分别放置0.5mm和0.7mm料厚的不锈钢板，在底板上设置防错结构；叉车将2种规格料片垛送入双工位伺服拆垛机上的料垛小车，双工位伺服拆垛机进行分别拆垛，双工位伺服拆垛机为双工位往复式拆垛机，每个工位有两个料垛位，分别摆放两种料片，拆垛位有两个液压顶升缸，将料片顶升到一定高度时，由机械式分片气缸将料片一角掀起，同时采用高压气体分张，此时，伺服机械手分别依次将两种料片抓取放置到对中台上，进行气缸拍打对中；然后进行喷油处理，当两张料片在对中站对中后，涂油机自动向材料表面涂冲压油或拉伸油；一号独立式机械手的X轴采用伺服电机驱动同步轮，同步轮带动固定在横杆两端的进口齿形同步皮带，齿形同步皮带带动左右机构运动，最终实现左右移送料动作运动；Z轴采用伺服电机驱动丝杆带动上下机构，最终实现上下取放料动作；在上下机构的两侧增加两个平衡气缸，通过气动夹抓将两张料片抓取将料片放入第一台一号伺服液压机的模具内，压机工作压制，二号独立式机械手将成形料片取出放至中间过渡台后送入第二台二号伺服液压机的模具内，以此类推，直到最后一台五号伺服液压机完成工件压制，由六号独立式机械手将工件取出放置在下料伸缩皮带机上，线尾皮带机将工件运出进行人工码垛和检查； 皮带的操作模式有手动、连续、停止和前进，皮带采用复合皮带，表面附有耐切割层；皮带机通过电机减速机、同步带及带轮、传送皮带及滚筒来传送板料，速度通过变频器控制，其过程为电机减速机驱动同步带及带轮转动，带动主滚筒转动，由于滚筒与传动皮带相互的摩擦力作用，主滚筒带动传动皮带转动，则在电机减速机的带动下实现了传动皮带的起停转动运动，完成了板料的最后工序输送工作；

送取料机械手区域安装有金属制成的安全防护装置，围栏高度2000mm，含安全门锁，若任何区域出现紧急情况，拍急停按钮，使机械手和压力机停止工作；

上述自动控制系统至少包括：

运动控制器，上述运动控制器通过SERCOSIII协议与机械手从站进行数据交互；上述运动控制器通过Profibus DP协议与伺服液压机进行数据交互；

总控触摸屏，上述总控触摸屏通过以太网与运动控制器进行数据交互；

上述运动控制器与每台可编程控制器进行数据交互。

2.根据权利要求1所述金属板材成形伺服液压机生产线的自动控制系统，其特征在于：上述自动控制系统还包括：

安全PLC，上述安全PLC分别与安全门锁、机械手控制器、急停按钮和报警器进行数据交互。

3.根据权利要求1所述金属板材成形伺服液压机生产线的自动控制系统，其特征在于：上述数据采集模块包括原理传感器、位移传感器和电磁阀。

4.根据权利要求1所述金属板材成形伺服液压机生产线的自动控制系统，其特征在于：上述自动控制系统还包括总控操控台，上述总控操控台与总控触摸屏进行数据交互。

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