CN114905792A - 一种伺服压力机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种伺服压力机控制系统，涉及伺服压力机控制领域，包括交流异步电机，还包括：伺服控制器，所述伺服控制器的输出端与交流异步电机相连接，所述伺服控制器连接PLC，所述伺服控制器连接有用于检测交流异步电机的角位移和角速度的编码器；传动机构，所述交流异步电机与传动机构相连接，所述传动机构连接有滑块，所述PLC连接有光栅尺和压力传感器，所述光栅尺用于采集滑块的位移量并反馈到PLC中；数控系统，与PLC相连接，用于控制交流异步电机的转动；伺服压力机控制系统通过在线监测，实时显示当前滑块绝对位置值、压力值的真实数据，细微的位置或压力值变化均可监测，能满足绝大部分精密压装工艺要求。
Description
技术领域
本发明涉及伺服压力机控制领域，具体是一种伺服压力机控制系统。
背景技术
由于大功率伺服电机的研究开发成功，由大功率伺服电机驱动的新型机械设备也相应出现，机械压力机的传动机构发生了很大变化，最大的创新点在于伺服电机取代了传统的主驱动电机、飞轮、离合器和制动器，伺服压力机的研究工作也有了较快的进展。
要实现压力机的智能化和柔性化以适应不同材料的加工工艺，关键是能实现滑块运动特征可变，速度和力的可控，这就要求驱动用的电动机具有良好的控制特性、较大的调速范围、优越的伺服跟踪性能以及较高的力能指标和可靠性，然而，重载大惯量系统的高速度、高精度运动曲线规划以及低速大扭矩伺服电机的容量等制约了高性能伺服压力机的发展。因此为了将交流异步电机应用到伺服压力机领域，代替交流伺服电机，需要研发相对应的伺服压力机控制系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种伺服压力机控制系统，以解决上述背景技术提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种伺服压力机控制系统，包括交流异步电机，还包括：
伺服控制器，所述伺服控制器的输出端与交流异步电机相连接，所述伺服控制器连接PLC，所述伺服控制器连接有用于检测交流异步电机的角位移和角速度的编码器；
传动机构，所述交流异步电机与传动机构相连接，所述传动机构连接有滑块，所述PLC连接有光栅尺和压力传感器，所述光栅尺用于采集滑块的位移量并反馈到PLC中；
数控系统，与PLC相连接，用于控制交流异步电机的转动。
在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：
在一种可选方案中：所述数控系统包括操作面板、人机界面、I/O模块，所述PLC上连接有I/O接口模块、操作面板和人机界面，所述人机界面采用组态软件编写，能够对生产参数进行输入调用并对压力机的使用状态进行监控。
在一种可选方案中：所述I/O模块由数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块、高速计数模块和模数转换模块组成。
在一种可选方案中：所述人机界面通过网络与PLC通讯连接。
在一种可选方案中：所述伺服控制器的输入端连接有制动电阻。
在一种可选方案中：所述光栅尺为绝对值式，能够采集滑块的位移量并反馈到伺服控制器中。
在一种可选方案中：所述操作面板上设置有启动、停止、急停按钮和运行、故障指示灯。
相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
1、伺服压力机控制系统通过在线监测，实时显示当前滑块绝对位置值、压力值的真实数据，细微的位置或压力值变化均可监测，能满足绝大部分精密压装工艺要求；
2、内置工艺程序可设置、贮存、调用，实现一机多用，生产线转产时，只须调用不同压装程序即可投入生产，能有效提高生产效率，又能保证最高的压装精度；
3、用交流异步电机代替交流伺服电机，可以大大降低设备成本，系统具有峰值报警功能，通过PLC的模拟量输入模块对压力传感器的反馈值压力值进行实时捕捉，然后进行上限下限报警，提示设定压力与实际压力是否在允许的范围内。
附图说明
图1为伺服压力机控制系统的示意图。
图2为伺服压力机控制系统中的网络通讯示意图。
附图标记注释：1-交流异步电机、2-伺服控制器、3- PLC、4-操作面板、5-人机界面、6-制动电阻、7-I/O模块、8-编码器、9-压力传感器、10-光栅尺、11-工作台、12-滑块、13-传动机构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1-2所示，为本发明一个实施例提供的一种伺服压力机控制系统，包括交流异步电机1，还包括：
伺服控制器2，所述伺服控制器2的输出端与交流异步电机1相连接，所述伺服控制器2连接PLC3，PLC3为可编程逻辑控制器，所述伺服控制器2连接有用于检测交流异步电机1的角位移和角速度的编码器8，编码器8为增量式光电编码器；
传动机构13，所述交流异步电机1与传动机构13相连接，所述传动机构13连接有滑块12，所述PLC3连接有光栅尺10和压力传感器9，所述光栅尺10用于采集滑块12的位移量并反馈到PLC3中，传动机构13包括设置在交流异步电机1和滑块12之间的同步带轮、齿轮和曲柄肘杆机构，通过同步带轮和一级齿轮传动并驱动曲柄肘杆机构，曲柄肘杆机构带动滑块12上下运动，省去了飞轮的设置，电机只有在冲压时才旋转，消除了普通曲柄压力机飞轮空转的能量消耗，同时伺服压力机采用曲柄传动的电机直接驱动结构，使得旋转传动能够传递比线性传动更大的转矩。
数控系统，与PLC3相连接，用于控制交流异步电机1的转动；在伺服压力机的机架上纵向固定交流异步电机1，通过异步伺服驱动器参数的合理设置及控制方案，使交流异步电机1的转速具有良好的可控性，而且在其转速范围内能够输出恒定的转矩，在这种情况下，使用交流异步电机1驱动压力机机构进行冲压，可以方便的控制滑块12的位置和速度，满足多种工艺零件的加工要求。
如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述数控系统包括操作面板4、人机界面5、I/O模块7，所述PLC3上连接有I/O接口模块7、操作面板4和人机界面5，所述人机界面5采用组态软件编写，能够对生产参数进行输入调用并对压力机的使用状态进行监控，通过交流异步电机1上的增量式光电编码器8对电机的角位移和角速度进行检测来构成半闭环系统，用户可通过操作面板4的按钮对压力机进行操作，通过上位机界面进行压力机的设置、调试和检测，并进行实时的显示。
如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述I/O模块7由数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块、高速计数模块和模数转换模块组成，输入模块可以采集生产设备现场信号并发送到PLC3中进行逻辑控制，输出模块可以输出驱动信号控制外部设备。
如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述人机界面5通过网络与PLC3通讯连接，人机界面5安装于操作面板4上，包括功能选择界面、滑块调节界面、主机设定界面、动态监控界面、报警信息界面、生产信息界面、调用模具界面，所述人机界面5可以设置伺服压力机滑块12的速度、行程、工艺曲线，实时显示各重要部件的关键参数。
如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述伺服控制器2的输入端连接有制动电阻6，所述制动电阻6为异步伺服驱动器保护部件，在压力机工作时吸收电机调速的制动能量，防止大电流对异步伺服驱动器的冲击。
如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述光栅尺10为绝对值式，可以准确采集滑块12的位移量反馈到PLC3中，形成位置闭环，大大提高伺服压力机的控制精度。
如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述操作面板4上设置有启动、停止、急停按钮和运行、故障指示灯。
如图1-2所示，作为本发明的一种优选实施例，在伺服压力机的控制系统中，异步伺服驱动器的输入端口与三相380V交流电源连接，异步伺服驱动器的输出电源端口与三相交流异步电机连接，PLC3通过以太网口与上位机人机界面5进行通讯,且PLC3通过无线路由器和安卓手机通讯，上位机人机界面5采用统一软件开发过程的开发模式以软件工程的管理方法开发具备自主知识产权的控制系统软件，主要是实现对运动控制模块的控制、实时显示滑块12的运动曲线和压力机关键部件的工作状态，同时实现远程控制，安卓手机的压力机界面采用免费的开源开发工具Eclipse，Eclipse是一个开放源代码的、基于Java的可扩展开发平台。Eclipse 附带了一个标准的插件集，包括Java开发工具(Java DevelopmentKit，JDK)，在客户机平台上，Eclipse使用插件来提供所有的附加功能。
如图2所示，整个伺服压力机控制系统的网络通讯遵循西门子PLC四层网络通讯架构，第一层为应用层，由上位机和安卓手机组成，第二层为单元层，由西门子PLC本体组成，第三层为现场层，由现场IO模块组成，第四层为AS-I层，由现场设备和传感器/执行器组成。上位机的通讯卡CP1623自带微处理器，其协议的工作都是在自己的处理器上运行，从而PC机只需要处理应用程序，通信由CP卡自己处理，这样就保证了通讯过程数据通讯的稳定。通过PROFINET实现了从现场级到管理层的纵向通讯集成，一方面，方便管理层获取现场级的数据，另一方面，原本在管理层存在的数据安全性问题也延伸到了现场级。为了保证现场级控制数据的安全，PROFINET提供了特有的安全机制，通过使用专用的安全模块，可以保护自动化控制系统，使自动化通讯网络的安全风险最小化。
本发明上述实施例中提供了一种伺服压力机控制系统，本发明在应用时，需要在操作面板4上选择工作模式，将人机界面5的生产参数（如位置、速度、转矩大小、保压时间、运动工艺曲线等）下载到PLC3中，压力机在工作时伺服驱动器驱动电机以大启动转矩由零速加速旋转，通过机械传动机构13带动滑块12运动，电机在启动加速过程中提供的能量存于系统转动惯量；压力行程时，电机全速降，释放此能量，实施冲压。单次状态下，当滑块12靠近上死点时，电机减速，制动器实施制动，滑块12停在上死点，完成一个工作循环。伺服电机上的编码器8时刻反馈电机的当前位置、速度，通过伺服驱动器2反馈到PLC3中。同时设置在工作台11上的光栅尺10时刻将压力机滑块12的当前位置传到高速计数模块，PLC3对系统的各类信息进行动态计算、统计分析、处理，以脉冲信号的形式输出控制指令给异步伺服驱动器，异步伺服驱动器2控制交流异步电机1工作，异步电机电机1带动机械传动机构13运动，从而实现压力机的压力动作。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种伺服压力机控制系统，包括交流异步电机，其特征在于，还包括：
伺服控制器，所述伺服控制器的输出端与交流异步电机相连接，所述伺服控制器连接PLC，所述伺服控制器连接有用于检测交流异步电机的角位移和角速度的编码器；
传动机构，所述交流异步电机与传动机构相连接，所述传动机构连接有滑块，所述PLC连接有光栅尺和压力传感器，所述光栅尺用于采集滑块的位移量并反馈到PLC中；
数控系统，与PLC相连接，用于控制交流异步电机的转动。
2.根据权利要求1所述的伺服压力机控制系统，其特征在于，所述数控系统包括操作面板、人机界面、I/O模块，所述PLC上连接有I/O接口模块、操作面板和人机界面，所述人机界面采用组态软件编写，能够对生产参数进行输入调用并对压力机的使用状态进行监控。
3.根据权利要求2所述的伺服压力机控制系统，其特征在于，所述I/O模块由数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块、高速计数模块和模数转换模块组成。
4.根据权利要求2所述的伺服压力机控制系统，其特征在于，所述人机界面通过网络与PLC通讯连接。
5.根据权利要求1所述的伺服压力机控制系统，其特征在于，所述伺服控制器的输入端连接有制动电阻。
6.根据权利要求2所述的伺服压力机控制系统，其特征在于，所述光栅尺为绝对值式，能够采集滑块的位移量并反馈到伺服控制器中。
7.根据权利要求2所述的伺服压力机控制系统，其特征在于，所述操作面板上设置有启动、停止、急停按钮和运行、故障指示灯。
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