CN114488956A - 一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统,包括碾辊、位于碾辊下方的半成品软管的支撑平台以及精确定位碾辊的伺服控制系统,伺服控制系统包括通过升降丝杠驱动碾辊升降运动的定位系统和通过直齿条驱动碾辊水平运动的行走系统;在升降丝杠的两端上方安装有用于实时检测碾辊工作位置的丝杆B位置编码器和丝杆A位置编码器,丝杆B位置编码器和丝杆A位置编码器与高速计数模块通信连接,高速计数模块与PLC控制模块通信连接,PLC控制模块与高速脉冲输出模块通信连接,高速脉冲输出模块控通讯控制定位系统和行走系统。本发明能在光固化软管生产过程严格控制成品厚度,并能够显著提高生产效率用于自动定位及检测的系统。
Description
技术领域
本发明涉及智能控制应用领域,尤其涉及一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统。
背景技术
UV-CIPP非开挖修复内衬软管目前已广泛应用于地下管网修复。光固化软管生产时将不饱和聚酯树脂填充入由内膜、外膜、玻纤和无纺布组成的半成品中,目前光固化软管的生产方式主要采用注胶进入黄膜通过外力碾压方式制成。碾辊压胶是光固化软管生产流程中最重要的一环,生产过程控制光固化软管的胶水浸透性、均匀度及注胶厚度是产品合格的关键指标。
目前是由人工手动调节丝杠来调整碾辊高度,通过观看标尺或用塞尺测量碾辊的高度来确定产品生产厚度的方式控制。采用手动调节方式要求生产线工人手动定位精确,且需要经常性的检查丝杠两端高度是否一致,生产线工人的操作熟练度和责任心直接影响成品软管质量,不同的工人生产的产品质量参差不齐,无法保证有效的对软管厚度和生产效率进行量化控制,导致光固化软管生产线的整体质量和效率极其不稳定。
伺服定位系统是现代工业不可或缺的精确控制系统,在光固化软管的生产过程中,伺服系统的高精度定位控制能有效的保证生产产品合格率,进一步提高生产效率、改善生产线的工艺水平。
发明内容
为解决上述技术问题,本申请提供一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统。本发明的精确定位碾辊装置的伺服控制系统能在光固化软管生产过程严格控制成品厚度,并能够显著提高生产效率用于自动定位及检测的系统。
为解决上述生产过程的技术间题,本发明提供的一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统,包括碾辊、位于碾辊下方的半成品软管的支撑平台以及精确定位碾辊的伺服控制系统,所述伺服控制系统包括通过升降丝杠驱动碾辊升降运动的定位系统和通过直齿条驱动碾辊水平运动的行走系统;在所述升降丝杠的两端上方安装有用于实时检测碾辊工作位置的丝杆B位置编码器和丝杆A位置编码器,所述丝杆B位置编码器和丝杆A位置编码器与高速计数模块通信连接,所述高速计数模块与PLC控制模块通信连接,所述PLC控制模块与高速脉冲输出模块通信连接,所述高速脉冲输出模块控通讯控制定位系统和行走系统。
作为优选,所述定位系统包括与高速脉冲输出模块通信连接的定位伺服驱动器,与定位伺服驱动器连接的定位伺服电机以及与定位伺服电机连接的定位电机编码器。
作为优选,所述定位电机编码器,安装在所述定位伺服电机末端并与其做同步转动,所述定位电机编码器引出信号线与所述定位伺服驱动器的接收端连接,所述定位电机编码器用于实时检测所述定位伺服电机的速度或位置值,将定位伺服电机运行实际反馈的位置和速度信号通过定位伺服驱动器发送给PLC控制模块。
作为优选,所述定位伺服驱动器与所述高速脉冲输出模块连接,用于接收高速脉冲输出模块发出的位置调节信号并发出指令控制定位伺服电机垂直方向的运转速度及定位位置。
作为优选,所述定位伺服电机通过皮带与调节碾辊高度的升降丝杠连接,所述伺服电机接收定位伺服驱动器的高频率定位输出,控制以匀速5mm/s的速度运行至定位位置。
作为优选,所述行走伺服电机与减速器连接,减速器减速比设计采用15:1,减速器的驱动齿轮与布设在导轨上的直齿条相互咬合,行走伺服电机通过驱动减速器连接飞轮带动碾辊安装支架向前或向后运动。
作为优选,所述行走系统包括与高速脉冲输出模块通信连接的行走伺服驱动器,与行走伺服驱动器连接的行走伺服电机以及与行走伺服电机连接的行走电机编码器。
作为优选,所述行走电机编码器,安装在所述行走伺服电机末端并与其做同步转动,所述行走电机编码器引出信号线与所述行走伺服驱动器的接收端连接,所述行走电机编码器用于实时检测所述行走伺服电机的速度或位置值,将行走伺服电机运行实际反馈的位置和速度信号通过行走伺服驱动器发送给PLC控制模块。
作为优选,所述行走伺服驱动器与所述高速脉冲输出模块连接,用于接收所述高速脉冲输出模块给定的速度调节信号并控制行走伺服电机水平方向的运转速度。
作为优选,所述丝杆B位置编码器和丝杆A位置编码器输出两相正交脉冲信号,用于实时测量碾辊水平齿条运动和升降运动的距离,并通过高速计数模块传送至PLC控制模块的人机界面输出当前位置信号;所述高速计数模块,用于采集丝杆B位置编码器和丝杆A位置编码器所发出的脉冲信号,并发送位置信号至PLC控制模块。
作为优选,所述PLC控制模块,与所述高速计数模块通过背板5V总线接口连接,用于统计高速计数模块采集的丝杆B位置编码器和丝杆A位置编码器输出的两相高速正交脉冲信号,在PLC控制模块内将高速脉冲信号转化为可直观读取的数据,并实时的记录当前定位位置数据,然后将定位位置数据在PLC控制模块内转换成高速脉冲输出信号,并通过高速脉冲输出模块传送至对应的定位系统和行走系统。
作为优选,还包括信号预警灯,信号预警灯对比判断丝杆B位置编码器和丝杆A位置编码器测得的碾辊两端误差在0.5mm内将发出允许工作的绿色指示信号,大于0.5mm将发出黄色警告指示信号,高于1mm偏差将发出以20HZ频率闪烁的严重警告指示信号。
作为优选,所述伺服控制系统还包括报警指示灯,所述报警指示灯根据定位位置设定和两个位置编码器反馈的偏差位置判断并输出不同级别报警指示;如果定位位置设定与反馈位置计算偏差小于0.2毫米,PLC控制模块默认为设备控制在允许范围内,反馈偏差在0.2-0.5毫米内,报警指示灯常亮,当定位位置与反馈位置计算偏差大于0.5毫米时报警指示灯以20HZ的频率接通断开信号报警灯,提醒操作人员需要检查设备偏差过大的故障。
作为优选,所述定位电机编码器和行走电机编码器为旋转增量式编码器。
作为优选,所述定位伺服驱动器和行走伺服驱动器为台达B3系列220V交流伺服驱动器。
与目前相关技术对比,本发明提供的位置和速度精确定位的辊筒自动压胶伺服控制系统具有如下良好的效果:
(1)本发明高速计数采集模块,能够通过丝杆B位置编码器和丝杆A位置编码器实时的针对碾辊两端的高度位置进行信号采集和传送,并经所述PLC控制模块计算得到实际辊筒的工作高度,无需在软管生产过程通过人工频繁测量,减少工人的工作强度,提高了软管的生产质量。
(2)本发明针对碾辊长期碾压软管的工作环境,碾辊两端非常容易出现高度不一致的问题,通过高速计数采集模块对丝杠两端的编码器采集当前位置信号,并将当前位置发送至PLC进行数据比对,通过数据丝杠偏差数据采样对比图,可以评估碾辊的机械磨损情况,并为装置的保养提供有价值的参考数据,针对位置过大的偏差能够及时发出提示报警,采用精确定位的自动化伺服控制系统是优化生产工艺,进一步提高生产效率的好帮手。
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一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图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为本发明精确定位碾辊的伺服控制系统的电控系统结构示意图;
图2为本发明精确定位碾辊的机械结构示意图。
图中,01、定位系统,02、丝杆B位置编码器,03、碾辊,04、行走系统,05、半成品软管的支撑平台,07、丝杆A位置编码器,111、高速计数模块,112、PLC控制模块,113、高速脉冲输出模块,12、定位伺服驱动器,13、定位伺服电机,14、定位电机编码器,16、行走伺服驱动器,17、行走伺服电机,18、行走电机编码器。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
为了便于更好的理解本发明应用,下面将结合相关实例附图对本发明作进一步的解释,附图中给出了本发明装置设备的外形图2和伺服控制系统的逻辑图1。
结合参阅图2,其中,图2为本发明精确定位碾辊的机械结构示意图,结合参阅图1,其中,图1为本发明精确定位碾辊的伺服控制系统的电控系统结构示意图。一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统,包括碾辊03、位于碾辊03下方的半成品软管的支撑平台05以及精确定位碾辊的伺服控制系统,所述伺服控制系统包括通过升降丝杠06驱动碾辊03升降运动的定位系统01和通过直齿条驱动碾辊03水平运动的行走系统04;在所述升降丝杠06的两端上方安装有用于实时检测碾辊工作位置的丝杆B位置编码器02和丝杆A位置编码器07,所述丝杆B位置编码器02和丝杆A位置编码器07与高速计数模块111通信连接,所述高速计数模块111与PLC控制模块112通信连接,所述PLC控制模块112与高速脉冲输出模块113通信连接,所述高速脉冲输出模块113控通讯控制定位系统01和行走系统04。
本实施例中,所述定位系统01包括与高速脉冲输出模块通信连接的定位伺服驱动器12,与定位伺服驱动器12连接的定位伺服电机13以及与定位伺服电机13连接的定位电机编码器14。
本实施例中,所述定位电机编码器14,安装在所述定位伺服电机13末端并与其做同步转动,所述定位电机编码器14引出信号线与所述定位伺服驱动器12的接收端连接,所述定位电机编码器14用于实时检测所述定位伺服电机13的速度或位置值,将定位伺服电机13运行实际反馈的位置和速度信号通过定位伺服驱动器12发送给PLC控制模块112。
本实施例中,所述定位伺服驱动器12与所述高速脉冲输出模块113连接,用于接收高速脉冲输出模块113发出的位置调节信号并发出指令控制定位伺服电机13垂直方向的运转速度及定位位置。
本实施例中,所述定位伺服电机13通过皮带与调节碾辊03高度的升降丝杠连接,所述伺服电机13接收定位伺服驱动器12的高频率定位输出,控制以匀速5mm/s的速度运行至定位位置。
本实施例中,所述行走伺服电机17与减速器连接,减速器减速比设计采用15:1,减速器的驱动齿轮与布设在导轨上的直齿条相互咬合,行走伺服电机17通过驱动减速器连接飞轮带动碾辊安装支架向前或向后运动。
本实施例中,所述行走系统04包括与高速脉冲输出模块113通信连接的行走伺服驱动器16,与行走伺服驱动器16连接的行走伺服电机17以及与行走伺服电机17连接的行走电机编码器18。
本实施例中,所述行走电机编码器18,安装在所述行走伺服电机17末端并与其做同步转动,所述行走电机编码器18引出信号线与所述行走伺服驱动器16的接收端连接,所述行走电机编码器18用于实时检测所述行走伺服电机17的速度或位置值,将行走伺服电机17运行实际反馈的位置和速度信号通过行走伺服驱动器16发送给PLC控制模块112。
本实施例中,所述行走伺服驱动器16与所述高速脉冲输出模块113连接,用于接收所述高速脉冲输出模块113给定的速度调节信号并控制行走伺服电机17水平方向的运转速度。
本实施例中,所述丝杆B位置编码器02和丝杆A位置编码器07输出两相正交脉冲信号,用于实时测量碾辊03水平齿条运动和升降运动的距离,并通过高速计数模块111传送至PLC控制模块112的人机界面输出当前位置信号;所述高速计数模块111,用于采集丝杆B位置编码器02和丝杆A位置编码器07所发出的脉冲信号,并发送位置信号至PLC控制模块112。
本实施例中,所述PLC控制模块112,与所述高速计数模块111通过背板5V总线接口连接,用于统计高速计数模块111采集的丝杆B位置编码器02和丝杆A位置编码器07输出的两相高速正交脉冲信号,在PLC控制模块112内将高速脉冲信号转化为可直观读取的数据,并实时的记录当前定位位置数据,然后将定位位置数据在PLC控制模块112内转换成高速脉冲输出信号,并通过高速脉冲输出模块113传送至对应的定位系统01和行走系统04。
本实施例中,高速脉冲输出模块113,与所述的定位驱动器12和行走驱动器16保持通信连接,所述PLC控制模块112通过高速脉冲输出模块113发送不同频率和不同数量的脉冲信号精确控制定位驱动器12和行走驱动器16,用于驱动伺服控制器连接的对应伺服电机来精确定位碾辊的工作高度和碾辊在水平齿条的上的运行速度。
本实施例中,还包括信号预警灯,信号预警灯对比判断丝杆B位置编码器02和丝杆A位置编码器07测得的碾辊03两端误差在0.5mm内将发出允许工作的绿色指示信号,大于0.5mm将发出黄色警告指示信号,高于1mm偏差将发出以20HZ频率闪烁的严重警告指示信号。
本实施例中,升降丝杠06的滑块位置反馈丝杆B位置编码器02和丝杆A位置编码器07的位置,用于检测碾辊的高度,即用于测量升降碾辊03的实时工作位置,不同的工作位置所反馈的输出信号不相同,左右两侧丝杆传感器反馈的位置信号控制在0.5mm的差值范围内。
本实施例中,所述伺服控制系统还包括报警指示灯,所述报警指示灯根据定位位置设定和两个位置编码器反馈的偏差位置判断并输出不同级别报警指示;如果定位位置设定与反馈位置计算偏差小于0.2毫米,PLC控制模块默认为设备控制在允许范围内,反馈偏差在0.2-0.5毫米内,报警指示灯常亮,当定位位置与反馈位置计算偏差大于0.5毫米时报警指示灯以20HZ的频率接通断开信号报警灯,提醒操作人员需要检查设备偏差过大的故障。
本实施例中,所述定位电机编码器14和行走电机编码器18为旋转增量式编码器。
本实施例中,所述定位伺服驱动器12和行走伺服驱动器16为台达B3系列220V交流伺服驱动器。
本实施例中,所述的定位驱动器12和行走驱动器16为通用型交流伺服驱动器,该交流伺服驱动器的型号为ASD-B3-0421-L,该型号交流伺服驱动器具有体积小巧,散热快捷的优点。精巧的尺寸较少的占用电器安装柜宝贵的空间,并且第三代的驱动器在控制方面提高了两个数量等级的精度,价格基本保持平衡,具有极高的性价比。
本实施例中,定位伺服电机13和行走伺服电机17的所选用的型号为ECM-B3M-C20604RS1,具有安装尺寸小,运行噪音低,加减速响应快的优点。所述定位伺服电机13通过与所连接的减速器带动丝杠做上下定位,为碾辊的精确定位提供驱动动力。所述行走伺服电机17与所连接的减速器带动行星齿轮在平面齿条做水平方向移动,通过设置不同行走速度并配合定位伺服电机13工作的不同高度,使得碾辊的厚度和碾压的速度在任意时刻都精确可调,将碾棍的伺服定位设置成阶梯式下降的自动运行模式,通过自动多次预碾能够更好的提升成品紫外软管的压胶合格率,使得胶状的材料能够在多批次的碾压中能够更充分的填充入玻纤和保护内膜中。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明,不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解,在不偏离本申请精神和范围的情况下,可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进,这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统,其特征在于,包括碾辊(03)、位于碾辊(03)下方的半成品软管的支撑平台(05)以及精确定位碾辊的伺服控制系统,所述伺服控制系统包括通过升降丝杠(06)驱动碾辊(03)升降运动的定位系统(01)和通过直齿条驱动碾辊(03)水平运动的行走系统(04);在所述升降丝杠(06)的两端上方安装有用于实时检测碾辊工作位置的丝杆B位置编码器(02)和丝杆A位置编码器(07),所述丝杆B位置编码器(02)和丝杆A位置编码器(07)与高速计数模块通信(111)连接,所述高速计数模块(111)与PLC控制模块(112)通信连接,所述PLC控制模块(112)与高速脉冲输出模块(113)通信连接,所述高速脉冲输出模块(113)控通讯控制定位系统(01)和行走系统(04)。
2.根据权利要求1所述的一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统,其特征在于,所述定位系统(01)包括与高速脉冲输出模块(113)通信连接的定位伺服驱动器(12),与定位伺服驱动器(12)连接的定位伺服电机(13)以及与定位伺服电机(13)连接的定位电机编码器(14)。
3.根据权利要求2所述的一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统,其特征在于,所述定位电机编码器(14),安装在所述定位伺服电机(13)末端并与其做同步转动,所述定位电机编码器(14)引出信号线与所述定位伺服驱动器(12)的接收端连接,所述定位电机编码器(14)用于实时检测所述定位伺服电机(13)的速度或位置值,将定位伺服电机(13)运行实际反馈的位置和速度信号通过定位伺服驱动器(12)发送给PLC控制模块(112)。
4.根据权利要求2所述的一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统,其特征在于,所述定位伺服驱动器(12)与所述高速脉冲输出模块(113)连接,用于接收高速脉冲输出模块(113)发出的位置调节信号并发出指令控制定位伺服电机(13)垂直方向的运转速度及定位位置。
5.根据权利要求1所述的一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统,其特征在于,所述行走系统(04)包括与高速脉冲输出模块(113)通信连接的行走伺服驱动器(16),与行走伺服驱动器(16)连接的行走伺服电机(17)以及与行走伺服电机(17)连接的行走电机编码器(18)。
6.根据权利要求5所述的一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统,其特征在于,所述行走电机编码器(18),安装在所述行走伺服电机(17)末端并与其做同步转动,所述行走电机编码器(18)引出信号线与所述行走伺服驱动器(16)的接收端连接,所述行走电机编码器(18)用于实时检测所述行走伺服电机(17)的速度或位置值,将行走伺服电机(17)运行实际反馈的位置和速度信号通过行走伺服驱动器(16)发送给PLC控制模块(112)。
7.根据权利要求5所述的一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统,其特征在于,所述行走伺服驱动器(16)与所述高速脉冲输出模块(113)连接,用于接收所述高速脉冲输出模块(113)给定的速度调节信号并控制行走伺服电机(17)水平方向的运转速度。
8.根据权利要求1所述的一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统,其特征在于,所述丝杆B位置编码器(02)和丝杆A位置编码器(07)输出两相正交脉冲信号,用于实时测量碾辊(03)水平齿条运动和升降运动的距离,并通过高速计数模块传(111)送至PLC控制模块(112)的人机界面输出当前位置信号;所述高速计数模块(111),用于采集丝杆B位置编码器(02)和丝杆A位置编码器(07)所发出的脉冲信号,并发送位置信号至PLC控制模块(112)。
9.根据权利要求1所述的一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统,其特征在于,所述PLC控制模块(112),与所述高速计数模块(111)通过背板5V总线接口连接,用于统计高速计数模块采集(111)的编码器(02)和丝杆A位置编码器(07)输出的两相高速正交脉冲信号,在PLC控制模块(112)内将高速脉冲信号转化为可直观读取的数据,并实时的记录当前定位位置数据,然后将定位位置数据在PLC控制模块(112)内转换成高速脉冲输出信号,并通过高速脉冲输出模块(113)传送至对应的定位系统(01)和行走系统(04)。
10.根据权利要求1所述的一种精确定位碾辊装置的伺服控制系统,其特征在于,所述伺服控制系统还包括报警指示灯,所述报警指示灯根据定位位置设定和两个位置编码器反馈的偏差位置判断并输出不同级别报警指示;如果定位位置设定与反馈位置计算偏差小于0.2毫米,PLC控制模块默认为设备控制在允许范围内,反馈偏差在0.2-0.5毫米内,报警指示灯常亮,当定位位置与反馈位置计算偏差大于0.5毫米时报警指示灯以20HZ的频率接通断开信号报警灯。
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