CN112327769B - 一种精密组装控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种精密组装控制系统，包括PLC控制系统、拆装循环系统、PC控制器和交互终端，拆装循环系统包括拆卸模组、组装模组、衔接模组和展示模组，PLC控制系统控制拆卸模组、组装模组、衔接模组和展示模组的工作，并采集、统计、处理和上传拆装循环系统的相关数据；PC控制器接收数据并进行预警异常分析；交互终端与PC控制器连接，用于展示统计、处理和记录后的数据以及预警异常警告。本发明对设备元件的数据进行了充分的统计、记录、分析、提示，利用对数据的统计，让用户对整个生产过程充分了解，同时设备可以通过预警设置，提前预警异常的发生，当发生报警时，能够快速定位报警位置，缩短异常处理时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种精密组装控制系统。
背景技术
伴随着工业4.0的不断发展，自动化设备从最初的替代人工、提高效率，逐渐走向数据化乃至智能化。现有的自动化组装设备仅仅将设备运行起来，达到生产产品的作用，并不能让用户充分了解对整个生产过程，且没有提前预警异常的功能。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种精密组装控制系统，解决了现有的自动化组装设备仅仅将设备运行起来，达到生产产品的作用，并不能让用户充分了解对整个生产过程，且没有提前预警异常的功能。
为了达到上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：
一种精密组装控制系统，包括PLC控制系统、与所述PLC控制系统连接的拆装循环系统、PC控制器和交互终端，所述拆装循环系统包括拆卸模组、组装模组、衔接模组和展示模组，所述拆卸模组通过控制多个拆卸工位，与跨接电机配合，完成产品拆卸和转移；所述组装模组通过控制多个组装工位，与跨接电机配合，完成产品组装和转移；所述衔接模组通过控制多个直线电机，分别对应多个工位，完成对螺帽、齿轮、垫圈、本体的准确转移；所述展示模组通过控制治具皮带、展示流道，完成产品模拟转动，对产品功能进行展示；
所述PLC控制系统控制所述拆卸模组、组装模组、衔接模组和展示模组的工作，并采集所述拆装循环系统的相关数据，并对采集到的数据进行统计、处理和上传；
所述PC控制器接收来自所述PLC控制系统的数据并进行预警异常分析；
所述交互终端与所述PC控制器连接，用于展示统计、处理和记录后的数据以及预警异常警告。
进一步的，所述PLC控制器采集和统计的数据为
响应时间：通过对发出指令到动作完成的时间进行统计，包含气缸、电机、机器人的执行时间；
各执行元件、气缸、电机的运行时间及其使用的次数、时间寿命；
位移元件位移的累积距离；
各个模组发生异常的时间、次数、频率；
运行过程中螺帽、齿轮、垫圈、本体的生产数据，包含模号，二维码信息、操作员信息、扭力信息、尺寸信息。
进一步的，所述PLC控制器采集和统计数据的流程包括循环统计、并行发出指令开始计时、动作执行、动作完成结束计时、循环统计结束。
进一步的，所述位移元件位移的距离由电阻尺反馈的电流信号，计算电阻尺末端的运动量以实现检测位移。
进一步的，所述交互终端的交互界面包括主页面、单模组页面、手动操作页面、电机控制及参数编辑页面、急停页面、IO监控页面、自动步监控页面、产能监控页面、报警页面和数据记录页面。
进一步的，所述主页面包括
①页面切换按钮区：显示所有的页面，用于切换用户操作页面；
②主页设置按钮区：
单模组页面：切换到单个模组操作页面；
机台照明：按下照明灯亮，反之则灭；
整机空跑：设置整机进入空跑模式；
整机清料：设置整机进入清料模式；
蜂鸣停止：暂停蜂鸣器声音；
③生产数据：查看切换到生产数据查看页面；
④设备状态区：
周期时间：显示生产产品的周期时间；
产量：记录自清零后开始的产量；
状态：显示各模组当前运行的状态；
⑤设备模式控制区：包含手自动切换、初始化、启动、停止、复位、暂停按钮。
进一步的，所述手动操作页面包括
①分站模组：用于切换手动控制的模组名称；
②气缸控制区：用于各气缸的手动控制；
③滚动报警条：占用更小的空间，调试报警；
④换页按钮；
⑤轴控制区：点击对应按钮，切换到对应轴控制页面，用于参数设置。
进一步的，所述电机控制及参数编辑页面包括
①轴编号输入框：输入轴编号，用于快速的切换到对应编号的轴控制；
轴下拉下拉列表：通过该下拉列表，用于通过编号和名称选择想要控制的轴；
②手动控制区：用于对轴进行使能、松紧刹车、JOG、定位的手动控制；
③参数设置区：当具备对应操作等级时，对各轴的参数进行设置；
④快速定位按钮：点击对应按钮，快速填入定位参数，通过定位按钮确认。
进一步的，所述数据记录页面包括
计时使能：设置该元件是否需要计时；
累积清除：长按对应按钮3S，将清除记录的当前值；
预警值：当记录的当前值＞预警值，且＜报警值时，提示预警；
报警值：当当前值＞报警值时，提示报警。
本发明的有益效果在于针对精密组装行业，对设备元件的数据进行了充分的统计、记录、分析、提示。相比传统的仅仅将设备运行起来，达到生产，本系统利用对数据的统计，让用户对整个生产过程充分了解，同时设备可以通过预警设置，提前预警异常的发生，当发生报警时，能够快速定位报警位置，缩短异常处理时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的精密组装控制系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的精密组装控制系统的功能框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和图2所示，本发明提出了一种精密组装控制系统，包括PLC控制系统1、与PLC控制系统1连接的拆装循环系统2、PC控制器和交互终端3，拆装循环系统2包括拆卸模组、组装模组、衔接模组和展示模组，拆卸模组通过控制多个拆卸工位，与跨接电机配合，完成产品拆卸和转移；组装模组通过控制多个组装工位，与跨接电机配合，完成产品组装和转移；衔接模组通过控制多个直线电机，分别对应多个工位，完成对螺帽、齿轮、垫圈、本体的准确转移；展示模组通过控制治具皮带、展示流道，完成产品模拟转动，对产品功能进行展示；
PLC控制系统1控制拆卸模组、组装模组、衔接模组和展示模组的工作，并采集拆装循环系统2的相关数据，并对采集到的数据进行统计、处理和上传；
PC控制器接收来自PLC控制系统1的数据并进行预警异常分析；
交互终端3与PC控制器连接，用于展示统计、处理和记录后的数据以及预警异常警告。
进一步的，PLC控制器采集和统计的数据为
①响应时间：通过对发出指令到动作完成的时间进行统计，包含气缸、电机、机器人的执行时间；所有执行元件的执行都需要执行指令和完成反馈，执行指令发出到收到完成反馈的时间就是执行时间，这要求将系统中所有的有执行动作的命令信息准确的统计出来。
气缸发出原位指令信号，等到原位感应器亮起，则表示原位动作响应完成，发出端位指令信号，等到端位感应器亮起，则表示端位动作响应完成。
伺服电机响应指令有，回原点，相对定位，绝对定位，当发出指令时，开始计时，当收到原点完成或定位完成信号时，结束记录，通过此功能，可以使用户明确的知道该伺服的响应时间。
②各执行元件、气缸、电机的运行时间及其使用的次数、时间寿命；对于接触式仪器，加工触头，气缸，电机往复动作，都通过初始状态～结束状态～初始状态记为一次的方式来处理。对于持续保持统一运行状态的元件，如风扇，保险，持续耗损的器件，采用时间统计的方式，统计的标准为该元件运行器件统计。
③位移元件位移的累积距离；
位移元件包含伺服电机，皮带。伺服电机通过在电机运转指令到来时，记录电机位置0，电机运行结束时，记录电机位置1，
|电机位置1-电机位置0|＝电机单次移动距离
电机单次移动距离+电机总行程＝电机总行程
对于皮带，当运转指令到来时，读取皮带设定运转速度，并开始对运转指令计时。
④各个模组发生异常的时间、次数、频率；当报警发生时记录报警发生的时间存于寄存器，总次数自增1，当日报警频率次数自增1，当报警结束时，记录结束时间，并将该报警的：内容，发生、结束时间、当前次数，存入寄存器，查看时读出文件。
⑤运行过程中螺帽、齿轮、垫圈、本体的生产数据，包含模号，二维码信息、操作员信息、扭力信息、尺寸信息。
设备运行过程中，产品随着各加工工位移动，每次发生移动的时候，数据也跟着产品转移，同时以前的数据被清除，以保证数据的准确性。比如，夹持手爪抓住产品的瞬间，产品信息从原有工位转移到夹爪。模号、二维码信息等都在运行过程中绑定移动，直到出料工位，数据被上位机读取后，最后的工位数据清除。统计完成后，通过MECHATROLINK-Ⅲ实时协议上传到PC控制器上运行的I立方系统，存入数据库。I立方控制系统通过网页发布的形式，将统计数据展示到交互界面。
进一步的，PLC控制器采集和统计数据的流程包括循环统计、并行发出指令开始计时、动作执行、动作完成结束计时、循环统计结束。
进一步的，交互终端3的交互界面包括主页面、单模组页面、手动操作页面、电机控制及参数编辑页面、急停页面、IO监控页面、自动步监控页面、产能监控页面、报警页面和数据记录页面。通过下拉列表，选择想要操作的模组，所有按钮根据选择，自动切换控制模组。机器人IO模拟区：用于手动模拟信号，便于快速排出机器人故障；当急停按钮按下时，界面切换到急停界面，此时不能对其他任何元件进行操作；IO监控界面用于IO监控，通过左右箭头，切换所监控的地址和IO；自动步监控页面可以查看到自动运行的各模组当前所执行到的步骤，通过文档查询可快速定位设备状态；
进一步的，主页面包括
①页面切换按钮区：显示所有的页面，用于切换用户操作页面；
②主页设置按钮区：
单模组页面：切换到单个模组操作页面；
机台照明：按下照明灯亮，反之则灭；
整机空跑：设置整机进入空跑模式；
整机清料：设置整机进入清料模式；
蜂鸣停止：暂停蜂鸣器声音；
③生产数据：查看切换到生产数据查看页面；
④设备状态区：
周期时间：显示生产产品的周期时间；
产量：记录自清零后开始的产量；
状态：显示各模组当前运行的状态；
⑤设备模式控制区：包含手自动切换、初始化、启动、停止、复位、暂停按钮。
进一步的，手动操作页面包括
①分站模组：用于切换手动控制的模组名称；
②气缸控制区：用于各气缸的手动控制；
③滚动报警条：占用更小的空间，调试报警；
④换页按钮；
⑤轴控制区：点击对应按钮，切换到对应轴控制页面，用于参数设置。
进一步的，电机控制及参数编辑页面包括
①轴编号输入框：输入轴编号，用于快速的切换到对应编号的轴控制；
轴下拉下拉列表：通过该下拉列表，用于通过编号和名称选择想要控制的轴；
②手动控制区：用于对轴进行使能、松紧刹车、JOG、定位的手动控制；
③参数设置区：当具备对应操作等级时，对各轴的参数进行设置；
④快速定位按钮：点击对应按钮，快速填入定位参数，通过定位按钮确认。
进一步的，数据记录页面包括
计时使能：设置该元件是否需要计时；
累积清除：长按对应按钮3S，将清除记录的当前值；
预警值：当记录的当前值＞预警值，且＜报警值时，提示预警；
报警值：当当前值＞报警值时，提示报警。
本发明的基本功能为，通过PLC控制系统1控制，完成由成品到螺帽，齿轮，垫圈，本体的精密拆卸，再由本体，垫圈，齿轮，螺帽的精密安装，确保整个过程中的产品精密组装，同时对整个过程中的数据进行准确统计。
本发明通过以PLC控制系统1为中心，采集仪表、传感器、人脸识别模块等信息，控制气缸、伺服电机、直线电机、变频器、机器人动作，完成一种指尖陀螺的自动拆装循环。并对采集到的信息进行统计、处理和上传。系统基本功能：手动，自动，参数、配方、报警功能，此类功能通过逻辑控制实现。
PLC控制系统1控制拆装循环系统2实现两轴龙门同步对指尖陀螺产品进行精准定位：此功能通过MP3000所具有的MECHATROCLINK-III，实现本系统18个轴的同步通讯，通讯周期<＝1Ms。对轴的控制方式为，两个实轴同时跟随虚轴的方式。具体步骤为：
两个龙门实轴采用绝对式编码器，当其中一个轴回零完成，另一个调节至对齐位置，误差±2°，设置零点。做设备复位时，两轴自动同步跟随虚轴，此时将实轴位置赋值给虚轴，具体操作时，只对虚轴进行操作即可，其误差在1°以内。
实现对拆装螺帽的力矩、高度进行精准控制：
拆螺丝控制流程：控制器发出扭矩指令→实时电机位置与电阻尺测量值对比→实时位置到达预设值，完成拆螺丝过程→同时整过过程中实时位置与测量值偏差都在预设范围内，视为OK，否则视为NG。
锁螺丝控制流程：控制器发出扭矩指令→实时电机位置与电阻尺测量值对比→扭矩到达预设值，完成锁螺丝过程→整过过程中实时位置与测量值偏差都在预设范围内，且最终测量位置在设定结束位置偏差允许范围内，视为OK，否则视为NG。
对生产过程数据进行采集，包括气动元件动作次数，伺服元件运动时间、运动行程，电机过程温度，报警产生的时间、次数、频率，生产过程中的磨具号，扭力，高度，视觉矫正数据与二维码绑定；
其原理为：气动元件次数统计，气缸进、出动作周期完成一次，视为气缸动作一次。
伺服元件运动时间：对伺服ON时间进行计时，即可获得伺服运行时间。
运动行程：当伺服开始运动时，记录值1，当伺服停止时，记录值2
总行程＝总行程+|记录值2-记录值1|
电机温度通过驱动内部温度传感器检测，以MECHATROCLINK-III总线方式采集到PLC。
报警时间、次数、频率，时间是记录报警产生时的PLC当前时间，次数通过报警产生的时机累加计数，频率通过报警的总次数除以记录的总报警天数。
生产过程磨具号为预先设定，在运动过程中转移。扭力表示拆或锁螺丝过程中的扭力，与高度和电机位置行程3位曲线数据，并被上传到上位机，上位机是一台工控机，用于长期保存型的数据保存和调用、查看。
视觉矫正数据指产品生产过程中，设备齿轮组装过程中，需要通过视觉进行图像对比，判断齿轮偏转角度，完成后通过MECHATROCLINK-III总线传送到PLC，PLC通过控制伺服电机矫正齿轮角度，以使齿轮能完好的放入产品，保证组装精度。
设备对所组成的元件数据进行充分的采集，包括伺服内部温度，风扇寿命、电阻寿命、电池容量，丝杠抖动频率，变频器内，温度、易损电容寿命，机器人内部电池，各轴温度、驱动器元件进行采集。
设备不仅通过PLC逻辑及通讯来采集数据，同时很多执行元件都具备数据收集的能力，如驱动器能对自身的内部温度，风扇寿命、电阻寿命、电池容量进行统计，以MECHATROCLINK-III总线传送到PLC，变频器能对自身温度、易损电容寿命进行统计，以MECHATROCLINK-III总线传送到PLC。电阻尺采用模拟量反馈，仪表通过电阻尺反馈的电流信号，计算电阻尺末端的运动量，以实现检测位移的目的。电阻尺仪表符合标准的Modbus-RTU通讯，PLC通过Modbus-RTU协议读取电阻尺内的当前值。
本发明针对精密组装行业，对设备元件的数据进行了充分的统计、记录、分析、提示。相比传统的仅仅将设备运行起来，达到生产，本系统利用对数据的统计，让用户对整个生产过程充分了解，同时设备可以通过预警设置，提前预警异常的发生，当发生报警时，能够快速定位报警位置，缩短异常处理时间1/2。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求书范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种精密组装控制系统，包括PLC控制系统、与所述PLC控制系统连接的拆装循环系统、PC控制器和交互终端，其特征在于：所述拆装循环系统包括拆卸模组、组装模组、衔接模组和展示模组，所述拆卸模组通过控制多个拆卸工位，与跨接电机配合，完成产品拆卸和转移；所述组装模组通过控制多个组装工位，与跨接电机配合，完成产品组装和转移；所述衔接模组通过控制多个直线电机，分别对应多个工位，完成对螺帽、齿轮、垫圈、本体的准确转移；所述展示模组通过控制治具皮带、展示流道，完成产品模拟转动，对产品功能进行展示；
所述PLC控制系统控制所述拆卸模组、组装模组、衔接模组和展示模组的工作，并采集所述拆装循环系统的相关数据，并对采集到的数据进行统计、处理和上传；
所述PC控制器接收来自所述PLC控制系统的数据并进行预警异常分析；
所述交互终端与所述PC控制器连接，用于展示统计、处理和记录后的数据以及预警异常警告；
PLC控制系统控制拆装循环系统实现两轴龙门同步对指尖陀螺产品进行精准定位，对轴的控制方式为，两个实轴同时跟随虚轴的方式，具体步骤为：
两个龙门实轴采用绝对式编码器，当其中一个轴回零完成，另一个调节至对齐位置，误差±2°，设置零点，做设备复位时，两轴自动同步跟随虚轴，此时将实轴位置赋值给虚轴，具体操作时，只对虚轴进行操作；
实现对拆装螺帽的力矩、高度进行精准控制：
拆螺丝控制流程：控制器发出扭矩指令、实时电机位置与电阻尺测量值对比、实时位置到达预设值，完成拆螺丝过程，同时整个过程中实时位置与测量值偏差都在预设范围内，视为OK，否则视为NG；
锁螺丝控制流程：控制器发出扭矩指令、实时电机位置与电阻尺测量值对比、扭矩到达预设值，完成锁螺丝过程、整过过程中实时位置与测量值偏差都在预设范围内，且最终测量位置在设定结束位置偏差允许范围内，视为OK，否则视为NG；
对生产过程数据进行采集，包括气动元件动作次数，伺服元件运动时间、运动行程，电机过程温度，报警产生的时间、次数、频率，生产过程中的磨具号，扭力，高度，视觉矫正数据与二维码绑定；
气动元件次数统计，气缸进、出动作周期完成一次，视为气缸动作一次；
伺服元件运动时间：对伺服ON时间进行计时，即可获得伺服运行时间；
运动行程：当伺服开始运动时，记录值1，当伺服停止时，记录值2；
总行程＝总行程+|记录值2-记录值1|；
电机温度通过驱动内部温度传感器检测，报警时间、次数、频率，时间是记录报警产生时的PLC当前时间，次数通过报警产生的时机累加计数，频率通过报警的总次数除以记录的总报警天数；
生产过程磨具号为预先设定，在运动过程中转移，扭力表示拆或锁螺丝过程中的扭力，与高度和电机位置行程3位曲线数据，并被上传到上位机；
视觉矫正数据指产品生产过程中，设备齿轮组装过程中，需要通过视觉进行图像对比，判断齿轮偏转角度，完成后通过总线传送到PLC，PLC通过控制伺服电机矫正齿轮角度，以使齿轮能完好的放入产品，保证组装精度。
2.根据权利要求1所述的一种精密组装控制系统，其特征在于：所述PLC控制器采集和统计的数据为
响应时间：通过对发出指令到动作完成的时间进行统计，包含气缸、电机、机器人的执行时间；
各执行元件、气缸、电机的运行时间及其使用的次数、时间寿命；
位移元件位移的累积距离；
各个模组发生异常的时间、次数、频率；
运行过程中螺帽、齿轮、垫圈、本体的生产数据，包含模号，二维码信息、操作员信息、扭力信息、尺寸信息。
3.根据权利要求2所述的一种精密组装控制系统，其特征在于：所述PLC控制器采集和统计数据的流程包括循环统计、并行发出指令开始计时、动作执行、动作完成结束计时、循环统计结束。
4.根据权利要求2所述的一种精密组装控制系统，其特征在于：所述位移元件位移的距离由电阻尺反馈的电流信号，计算电阻尺末端的运动量以实现检测位移。
5.根据权利要求1所述的一种精密组装控制系统，其特征在于：所述交互终端的交互界面包括主页面、单模组页面、手动操作页面、电机控制及参数编辑页面、急停页面、IO监控页面、自动步监控页面、产能监控页面、报警页面和数据记录页面。
6.根据权利要求5所述的一种精密组装控制系统，其特征在于：所述主页面包括
①页面切换按钮区：显示所有的页面，用于切换用户操作页面；
②主页设置按钮区：
单模组页面：切换到单个模组操作页面；
机台照明：按下照明灯亮，反之则灭；
整机空跑：设置整机进入空跑模式；
整机清料：设置整机进入清料模式；
蜂鸣停止：暂停蜂鸣器声音；
③生产数据：查看切换到生产数据查看页面；
④设备状态区：
周期时间：显示生产产品的周期时间；
产量：记录自清零后开始的产量；
状态：显示各模组当前运行的状态；
⑤设备模式控制区：包含手自动切换、初始化、启动、停止、复位、暂停按钮。
7.根据权利要求5所述的一种精密组装控制系统，其特征在于：所述手动操作页面包括
①分站模组：用于切换手动控制的模组名称；
②气缸控制区：用于各气缸的手动控制；
③滚动报警条：占用更小的空间，调试报警；
④换页按钮；
⑤轴控制区：点击对应按钮，切换到对应轴控制页面，用于参数设置。
8.根据权利要求5所述的一种精密组装控制系统，其特征在于：所述电机控制及参数编辑页面包括
①轴编号输入框：输入轴编号，用于快速的切换到对应编号的轴控制；
轴下拉下拉列表：通过该下拉列表，用于通过编号和名称选择想要控制的轴；
②手动控制区：用于对轴进行使能、松紧刹车、JOG、定位的手动控制；
③参数设置区：当具备对应操作等级时，对各轴的参数进行设置；
④快速定位按钮：点击对应按钮，快速填入定位参数，通过定位按钮确认。
9.根据权利要求5所述的一种精密组装控制系统，其特征在于：所述数据记录页面包括
计时使能：设置该元件是否需要计时；
累积清除：长按对应按钮3S，将清除记录的当前值；
预警值：当记录的当前值＞预警值，且＜报警值时，提示预警；
报警值：当当前值＞报警值时，提示报警。
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