CN114625068A - 夹具机单元一体化控制系统及其夹具机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种夹具机单元一体化控制系统，包括：控制笼组件，其上设有控制板组，控制板组包括控制板、温度采集板、压力采集板、输出板以及输入板；控制板的信号传输端口与本地人机交互界面、交换机的数据接口电连接，交换机的信号输出口与上位机电连接和/或无线信号连接；电源驱动箱，内设有驱动控制板，用于对电池进行充放电；温度驱采机构，包括温度传感器、继电器板和加热板；压力传感器采集机构，用于实现对压力传感器回检；伺服驱动机构，用于控制夹具机动作；以及输入输出控制机构，包括DO输出部和DI输入部；本发明还包括夹具机。本发明的有益效果是：可以对电源箱和机构统一控制、控制精准。

Description

夹具机单元一体化控制系统及其夹具机

技术领域

本发明涉及一种夹具机单元一体化控制系统及其夹具机，属于化成分容充放电设备技术领域。

背景技术

目前市面上常用的夹具机控制系统特点如下：结构上，两个BOX共用一个机架，其充放电电源部分完全独立，机构动作部分通过PLC控制。通讯链路上，一个BOX的电源箱和PLC分别通过交换机与外部上位机通讯，并且二者之间没有任何通讯，完全独立。功能上，电源箱控制板主要控制充放电，PLC控制温度，还通过控制伺服电机来实现机构动作。

这种控制方式存在一些不容忽视的缺点：1)成本比较高，用第三方PLC和温控仪极大增加了项目成本。2)通讯链路复杂，电源箱和PLC之间没有直接通讯链路，需要通过主PLC或上位机中转，存在通讯延时和通讯异常风险。3)软件控制复杂度高，针对BOX内部的故障等级，关联不同的故障响应，无法实现BOX内部故障分级处理，需要上位机参与。4)操控部分一个PLC控制两个BOX，硬件分解颗粒度高。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种可以对电源箱和机构统一控制、控制精准的夹具机单元一体化控制系统及其夹具机。

本发明所述的夹具机单元一体化控制系统，其特征在于，包括：

控制笼组件，设置于夹具机的机架上，所述控制笼组件上设有控制板组，所述控制板组包括并排设有控制板、温度采集板、压力采集板、输出板以及输入板，且所述控制板、所述温度采集板、所述压力采集板、所述输出板以及所述输入板的前端均设有插接数据线的插接口；所述控制板的信号传输端口与所述本地人机交互界面、所述交换机的数据接口电连接，所述交换机的信号输出口与上位机电连接和/或无线信号连接；

电源驱动箱，设置于夹具机上，所述电源驱动箱上设有若干充放电插接口，所述电源驱动箱内设有多块多通道的驱动控制板，所述驱动控制板的信号输入端通过数据线与所述控制板的插接口电连接，所述驱动控制板的信号输出端通过导线所述充放电插接口电连接，用于对电池进行充放电；

温度驱采机构，设置于夹具机上，包括温度传感器、继电器板和加热板，所述温度传感器的信号输出端与所述采集板的信号输入端电连接；所述继电器板的信号输入端与对应的所述输出板的信号输出端电连接；所述继电器板的信号输出端与所述加热板的信号输入端电连接；

压力传感器采集机构，设置于所述夹具机上，所述压力传感器采集机构的信号输出端与对应所述采集板的信号输入端电连接；所述压力传感器采集机构的信号输入端与所述压力传感器的信号输出端电连接，用于实现对压力传感器回检；

伺服驱动机构，设置于所述夹具机上，所述伺服驱动机构的控制信号输入端通过数据线与所述控制板的插接口电连接，所述伺服驱动机构的控制信号输出端与伺服驱动器的控制信号输入端电连接和/或无线信号连接，所述伺服驱动器的控制信号输出端与所述夹具机的动作控制端电连接和/或无线信号连接，用于控制夹具机动作；

以及输入输出控制机构，包括DO输出部和DI输入部，其中所述DO输出部的信号输入端与相应所述输出卡的信号输出端电连接，所述DI输入部的信号输出端与所述输入板的信号输入端电连接；所述DI输入部的信号输入端与所述夹具机的信号输出端电连接。

进一步，所述控制笼组件共N套，彼此相互独立，每套所述控制笼组件可以对应控制一套夹具机治具。优选的，所述控制笼组件为十槽控制笼组件；N为正整数。

进一步，所述伺服驱动机构的控制信号输出端采用modbus总线协议或脉冲方式与所述伺服驱动器的控制信号输入端电连接和/或无线信号连接。

进一步，所述上位机包括远程PLC控制器、数据处理器、服务器、远程人机交互界面以及数据中心，所述交换机的信号通讯口分别与所述远程PLC控制器、数据处理器的信号传输端口电连接和/或无线信号连接；所述远程PLC控制器的数据传输端口与所述远程人机交互界面无线信号连接；所述数据处理器通过服务器与所述数据中心无线信号连接。

进一步，所述控制笼组件包括控制笼本体、控制板组和散热装置；所述控制笼本体包括箱体结构以及设置于箱体结构内的PCBA总线背板，所述箱体结构上设有通风孔和散热孔；所述箱体结构的前端设有供所述控制板组通过的开口；所述箱体结构的后端面可拆卸地安装PCBA总线背板，所述PCBA总线背板面向所述开口的板面上并排设置多个用于与控制板组对接的对接连接器；

所述控制板组包括并排设置的控制板、温度采集板、压力采集板、输出板以及输入板，且所述控制板、温度采集板、压力采集板、输出板以及输入板的前端设均有插接数据线的插接口，后端均配有用于与相应所述对接连接器对接的末端连接器；

所述散热装置设置于所述箱体结构的外壁，并且所述散热系统组件的出风口对准箱体结构的通风孔。

一种根据本发明所述夹具机单元一体化控制系统构建的夹具机，其特征在于：包括夹具机治具和设置于夹具机治具上的夹具机单元一体化控制系统，所述控制笼组件、所述电源驱动箱、所述温度驱采机构、所述压力传感器采集机构、所述伺服驱动机构以及所述输入输出控制机构均设置于夹具机治具上，所述电源驱动箱的充放电插接口通过导线与所述夹具机治具的充放电连接端电连接，用于对夹持于夹具机治具中的电池充放电；所述伺服驱动机构的伺服驱动器的控制信号输出端与所述夹具机治具的动作控制端电连接和/或无线信号连接，用于驱动所述夹具机治具动作；所述输入输出控制机构的DI输入部的信号输入端与所述夹具机治具的信号输出端电连接。

本发明的工作原理是：1)采用十槽控制机笼，由其中的控制板对电源驱动箱和夹具机治具进行统一控制，在原来电源箱控制板仅控制充放电的基础上，增加对夹具机治具的输入输出控制、压力采集、温度控制、动作控制等，完全替代原来PLC的功能，做到单个BOX一体化控制；2)通过第三方的温度驱采机构监控控制板，功能和性能达到甚至超过目前使用控制系统，实现成本优化；3)并制定控制机笼与上位机间的通信协议，上位机从功能上实现集中控制，单个BOX实现分散自律；4)从可用性和可维护性的角度考虑软硬件设计，具有完备软件故障诊断和日志记录，硬件快速更换和维修；5)系统校准自动化，使得整个控制过程标准化、模块化，集中管理，分散控制的分层架构，减少系统对于上位机依赖，采用一个BOX一套控制系统，电源控制与机构控制合一方式，整个系统通过控制板以太网与上位机通讯。

本发明的有益效果是：

(1)电源箱和机构控制一体化设计：通过新控制系统的设计，硬件上实现了单个BOX之间的解耦，与上位机控制系统通过单个端口连接，软件上极大简化了整个系统控制流程，减轻上位机通讯负担，减少了系统控制不确定性，增加了整体的可用性和可靠性。

(2)本地校准自动化：上位机负责校准命令和参数的下发，下位机实现校准过程的控制的自动化和状态汇报，一旦校准启动，整个校准过程原则上不需要上位机参与，上位机只需要实现校准过程的显示和检测，结合后续自动化校准工装的开发，可以实现整机系统的全自动校准。

(3)高精度温控系统软硬件系统：通过独立单通道的硬件温度控制和温度传感器闭环采集，结合软件自动调节控制算法，实现温度一致性控制。

(4)控制系统多协议扩展：结合不同品牌的伺服电机和成熟工业HMI对接，在满足最基本应用的前提条件下，探索开发常用的工业现场总线协议，拓展目前系统的应用范围，实现系统的互联互通。

附图说明

图1是本发明的夹具机单元一体化控制系统的结构框图；

图2是本发明的夹具机的结构图。

图3是本发明的夹具机的左侧视图。

图4是本发明的夹具机的前视图。

图5是本发明的夹具机的俯视图。

图6是本发明的控制笼组件的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明所述的夹具机单元一体化控制系统，包括：

控制笼组件1，设置于夹具机治具7上，所述控制笼组件1上设有控制板组，所述控制板组包括并排设有控制板11、温度采集板12、压力采集板13、输出板14以及输入板15，且所述控制板、所述温度采集板、所述压力采集板、所述输出板以及所述输入板的前端均设有插接数据线的插接口；所述控制板的信号传输端口与所述本地人机交互界面16、交换机8的数据接口电连接，所述交换机8的信号输出口t通过以太网与上位机9电连接和/或无线信号连接；

电源驱动箱2，设置于夹具机治具7上，所述电源驱动箱2上设有若干充放电插接口，所述电源驱动箱2内设有多块多通道的驱动控制板，所述驱动控制板的信号输入端通过数据线与所述控制板的插接口电连接，所述驱动控制板的信号输出端通过导线所述充放电插接口电连接，用于对电池10进行充放电；

温度驱采机构3，设置于夹具机治具上，包括温度传感器31、继电器板32和加热板33，所述温度传感器31的信号输出端与所述温度采集板12的信号输入端电连接；所述继电器板32的信号输入端与对应的所述输出板14的信号输出端电连接；所述继电器板32的信号输出端与所述加热板33的信号输入端电连接；

压力传感器采集机构4，设置于所述夹具机治具7上，所述压力传感器采集机构4的信号输出端与对应所述压力采集板13的信号输入端电连接；所述压力传感器采集机构4的信号输入端与所述压力传感器的信号输出端电连接，用于实现对压力传感器回检；

伺服驱动机构5，设置于所述夹具机治具7上，所述伺服驱动机构5的控制信号输入端通过数据线与所述控制板11的插接口电连接，所述伺服驱动机构5的控制信号输出端与伺服驱动器的控制信号输入端电连接和/或无线信号连接，所述伺服驱动器的控制信号输出端与所述夹具机的动作控制端电连接和/或无线信号连接，用于控制夹具机动作；

以及输入输出控制机构6，包括DO输出部61和DI输入部62，其中所述DO输出部61的信号输入端与相应所述输出板14的信号输出端电连接，所述DI输入部62的信号输出端与所述输入板15的信号输入端电连接；所述DI输入部62的信号输入端与所述夹具机治具7的信号输出端电连接。

所述控制笼组件1采用一控多扩的结构，即一个控制板对扩展板组，扩展板组根据项目需求可灵活配置。夹具机中可以按照最大64通道充放电配置设计。所述控制笼组件共N套，彼此相互独立，每套所述控制笼组件可以对应控制一套夹具机治具。优选的，所述控制笼组件为十槽控制笼组件；N为正整数。

所述电源驱动箱2内设有多块多通道的驱动控制板，驱动控制板的结构根据具体项目尺寸设计，通道数最大按照64通道设计，电流需求按照100A单通道。

所述温度驱采机构3用于控制夹具机治具的温度，由控制机笼组件1实现，驱动主要由通过相应的输出板控制继电器板，从而控制加热板，结合温度传感器实现温度的闭环调节，确保温度的稳定性和一致性。

所述伺服驱动机构5的控制信号输出端采用modbus总线协议或脉冲方式与所述伺服驱动器的控制信号输入端电连接和/或无线信号连接。

所述上位机9包括远程PLC控制器91、数据处理器92、服务器93、远程人机交互界面94以及数据中心95，所述交换机8的信号通讯口分别与所述远程PLC控制器91、数据处理器92的信号传输端口电连接和/或无线信号连接；所述远程PLC控制器91的数据传输端口与所述远程人机交互界面94无线信号连接；所述数据处理器92通过服务器93与所述数据中心95无线信号连接。

所述DI输入部可与各类传感器、按钮等电连接，所述DO输出部可与继电器、风扇、气缸等部件电连接。

所述控制笼组件1、电源驱动箱2、温度驱采机构3、压力传感器采集机构4以及输入输出控制机构6可以集成在一个控制机箱17中。控制机箱17可以多组，并且所述控制机箱17可以通过一台交换机8与上位机9之间连接，从而使得一组上位机和一台交换机即可控制多组相互独立的控制机箱17。

所述控制笼组件1包括控制笼本体17、控制板组和散热装置；所述控制笼本体17包括箱体结构171以及设置于箱体结构内的PCBA总线背板，所述箱体结构171上设有通风孔和散热孔；所述箱体结构的前端设有供所述控制板组通过的开口；所述箱体结构的后端面可拆卸地安装PCBA总线背板，所述PCBA总线背板面向所述开口的板面上并排设置多个用于与控制板组对接的对接连接器；

所述控制板组包括并排设置的控制板11、温度采集板12、压力采集板13、输出板14以及输入板15，且所述控制板11、温度采集板12、压力采集板13、输出板14以及输入板15的前端设均有插接数据线的插接口，后端均配有用于与相应所述对接连接器对接的末端连接器；

所述散热装置设置于所述箱体结构的外壁，并且所述散热系统组件的出风口对准箱体结构的通风孔。

一种根据本发明所述夹具机单元一体化控制系统构建的夹具机，包括夹具机治具7和设置于夹具机治具上的夹具机单元一体化控制系统，所述控制笼组件1、所述电源驱动箱2、所述温度驱采机构3、所述压力传感器采集机构4、所述伺服驱动机构5以及所述输入输出控制机构6均设置于夹具机治具7上，所述电源驱动箱2的充放电插接口通过导线与所述夹具机治具7的充放电连接端电连接，用于对夹持于夹具机治具中的电池充放电；所述伺服驱动机构5的伺服驱动器的控制信号输出端与所述夹具机治具7的动作控制端电连接和/或无线信号连接，用于驱动所述夹具机治具动作；所述输入输出控制机构6的DI输入部的信号输入端与所述夹具机治具的信号输出端电连接。

在一种实施例中，所述夹具机上设有一套夹具机单元一体化控制系统，还可以另外独立设置一6槽控制笼组件，用于实时监控温度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.夹具机单元一体化控制系统，其特征在于，包括：

控制笼组件，设置于夹具机治具上，所述控制笼组件上设有控制板组，所述控制板组包括并排设有控制板、温度采集板、压力采集板、输出板以及输入板，且所述控制板、所述温度采集板、所述压力采集板、所述输出板以及所述输入板的前端均设有插接数据线的插接口；所述控制板的信号传输端口与所述本地人机交互界面、所述交换机的数据接口电连接，所述交换机的信号输出口与上位机电连接和/或无线信号连接；

电源驱动箱，设置于夹具机治具上，所述电源驱动箱上设有若干充放电插接口，所述电源驱动箱内设有多块多通道的驱动控制板，所述驱动控制板的信号输入端通过数据线与所述控制板的插接口电连接，所述驱动控制板的信号输出端通过导线所述充放电插接口电连接，用于对电池进行充放电；

温度驱采机构，设置于夹具机治具上，包括温度传感器、继电器板和加热板，所述温度传感器的信号输出端与所述温度采集板的信号输入端电连接；所述继电器板的信号输入端与对应的所述输出板的信号输出端电连接；所述继电器板的信号输出端与所述加热板的信号输入端电连接；

压力传感器采集机构，设置于所述夹具机上，所述压力传感器采集机构的信号输出端与对应所述压力采集板的信号输入端电连接；所述压力传感器采集机构的信号输入端与所述压力传感器的信号输出端电连接，用于实现对压力传感器回检；

伺服驱动机构，设置于所述夹具机治具上，所述伺服驱动机构的控制信号输入端通过数据线与所述控制板的插接口电连接，所述伺服驱动机构的控制信号输出端与伺服驱动器的控制信号输入端电连接和/或无线信号连接，所述伺服驱动器的控制信号输出端与所述夹具机治具的动作控制端电连接和/或无线信号连接，用于控制夹具机治具动作；

以及输入输出控制机构，包括DO输出部和DI输入部，其中所述DO输出部的信号输入端与相应所述输出卡的信号输出端电连接，所述DI输入部的信号输出端与所述输入板的信号输入端电连接；所述DI输入部的信号输入端与所述夹具机治具的信号输出端电连接。

2.如权利要求1所述的夹具机单元一体化控制系统，其特征在于：所述控制笼组件共N套，彼此相互独立，所述控制笼组件为十槽控制笼组件。

3.如权利要求1所述的夹具机单元一体化控制系统，其特征在于：所述伺服驱动机构的控制信号输出端采用modbus总线协议或脉冲方式与所述伺服驱动器的控制信号输入端电连接和/或无线信号连接。

4.如权利要求1所述的夹具机单元一体化控制系统，其特征在于：所述上位机包括远程PLC控制器、数据处理器、服务器、远程人机交互界面以及数据中心，所述交换机的信号通讯口分别与所述远程PLC控制器、数据处理器的信号传输端口电连接和/或无线信号连接；所述远程PLC控制器的数据传输端口与所述远程人机交互界面无线信号连接；所述数据处理器通过服务器与所述数据中心无线信号连接。

5.一种根据权利要求1～4任意一项所述夹具机单元一体化控制系统构建的夹具机，其特征在于：包括夹具机治具和设置于夹具机治具上的夹具机单元一体化控制系统，所述控制笼组件、所述电源驱动箱、所述温度驱采机构、所述压力传感器采集机构、所述伺服驱动机构以及所述输入输出控制机构均设置于夹具机治具上，所述电源驱动箱的充放电插接口通过导线与所述夹具机治具的充放电连接端电连接，用于对夹持于夹具机治具中的电池充放电；所述伺服驱动机构的伺服驱动器的控制信号输出端与所述夹具机治具的动作控制端电连接和/或无线信号连接，用于驱动所述夹具机治具动作；所述输入输出控制机构的DI输入部的信号输入端与所述夹具机治具的信号输出端电连接。

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