CN201097191Y - 全闭环伺服压装控制系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种全闭环伺服压装控制系统，包括压装伺服动力缸、控制器模块、拉力/压力传感器模块、运动控制器模块，控制器模块与拉力/压力传感器模块相连接，控制器模块通过现场总线与运动控制器模块连接，运动控制器模块与压装伺服动力缸连接。采用该种结构的全闭环伺服压装控制系统，可以根据不同的压装工艺对力和位移进行量化控制，并对力和位移的变化情况能够进行实时监控，对相关数据进行存储和呈现；系统通讯速度达到1.5Mbps的通讯速度，大大提高了系统响应速度，克服了系统响应的滞后性，系统重复定位精度达到0.001mm，显著提高了控制精度，控制过程简单方便，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，为工业生产的自动化带来了很大的便利。

Description

全闭环伺服压装控制系统
技术领域
本实用新型涉及零部件压装工艺领域，特别涉及零部件精密压装技术领域，具体是指一种全闭环伺服压装控制系统。
背景技术
现代工业生产领域，各种各样的零部件的制造技术不断发展，其中非常重要的一个技术就是对零部件的精密压装工艺。在整个压装过程中，必须保证力和位移符合工艺要求，这样才能确保压装后的零部件达到相应的精度误差范围要求。
现有技术中，大多采用气缸、气液增压缸、液压缸等驱动设备进行压装，由于在整个压装过程中是靠压缩空气或者油压来传递力的，所以在力的连续性、反应速度方面都是不可控制的，而且稳定性差，难以实现线性控制。
因此，现有的压装工艺系统响应速度慢，控制精度低，监控响应迟钝，不能满足零部件精密压装，无法达到精密机械中零部件的精度误差范围要求，这样就给工业生产带来了很大的不便。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够根据不同的压装工艺
对力和位移进行精确量化控制、系统响应速度快，系统重复定位精度高、可以实时监控工艺
参数变化、控制过程简单方便、工作性能稳定可靠、适用范围较为广泛的全闭环伺服压装控制系统。
为了实现上述的目的，本实用新型的全闭环伺服压装控制系统具有如下构成：
该全闭环伺服压装控制系统，包括压装动力缸，其主要特点是，所述的系统中还包括控制器模块、拉力/压力传感器模块、运动控制器模块，所述的控制器模块与拉力/压力传感器模块相连接，且该控制器模块通过现场总线与所述的运动控制器模块相连接，该运动控制器模块与所述的压装动力缸相连接。
该全闭环伺服压装控制系统的运动控制器模块还连接有一运动控制设置模块。
该全闭环伺服压装控制系统中还包括一个工控机模块和一个组态功能模块，所述的组态功能模块与所述的工控机模块相连接，所述的控制器模块通过通信控制总线与该工控机模块相连接。
该全闭环伺服压装控制系统的组态功能模块包括通信单元、数据处理单元、变量图生成单元和数据库链接单元，所述的数据处理单元分别与通信单元、变量图生成单元和数据库链接单元相连接。
该全闭环伺服压装控制系统的通信控制总线为西门子多点通信协议总线。
该全闭环伺服压装控制系统中还包括有一个人机界面模块，所述的人机界面模块通过现场总线与所述的控制器模块相连接。
该全闭环伺服压装控制系统的控制器模块为可编程逻辑控制器。
该全闭环伺服压装控制系统的压装动力缸为行星丝杠伺服电动缸。
采用了该实用新型的全闭环伺服压装控制系统，由于在整个压装过程中力和位移均为闭环控制，从而可以根据不同的压装工艺，对力和位移进行量化控制，同时该系统在对零部件进行精密压装过程中，对力和位移的变化情况能够进行实时监控，并以力——位移关系曲线呈现实际反馈值，并判断整个压装过程中的参数是否符合工艺要求，并对相关数据进行存储和呈现；而且采用现场总线使整个系统响应速度达到1.5Mbps(每秒传送1.5兆字节)的通讯速度，从而大大提高系统响应速度，克服了系统响应的滞后性，而伺服驱动控制使系统重复定位精度达到0.001mm，显著提高了控制精度，控制过程简单方便，整个系统的工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，为工业生产的自动化带来了很大的便利。
附图说明
图1为本实用新型的全闭环伺服压装控制系统的整体工作原理示意图。
图2为本实用新型的全闭环伺服压装控制系统中的组态功能模块所生成的力——位移曲线示意图。
图3为本实用新型的全闭环伺服压装控制系统的人机界面示意图。
图4为本实用新型的全闭环伺服压装控制系统中的可编程逻辑控制器配置界面示意图。
图5为本实用新型的全闭环伺服压装控制系统中的运动控制设置模块配置界面示意图。
图6为本实用新型的全闭环伺服压装控制系统的典型应用正面示意图。
图7为本实用新型的全闭环伺服压装控制系统的典型应用侧面示意图。
图8为本实用新型的全闭环伺服压装控制系统的典型应用立体示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图1所示，该全闭环伺服压装控制系统，包括压装动力缸1、控制器模块2、拉力/压力传感器模块(Push/Pull Sensor)3和运动控制器模块(Motion Control Driver)4，该控制器模块2为可编程逻辑控制器(PLC)，该压装动力缸1为行星丝杠伺服电动缸1，且该控制器模块2与拉力/压力传感器模块3相连接，且该控制器模块2通过现场总线(Profibus-DP)5与所述的运动控制器模块4相连接，该运动控制器模块4与所述的压装动力缸1相连接，所述的拉力/压力传感器模块3的作用是能够实时监测压力、拉力值，并与整个系统有机结合，从而共同完成力的闭环控制。
其中，该运动控制器模块4还连接有一运动控制设置模块41；该全闭环伺服压装控制系统中还包括一个工控机模块(IPC)6和一个组态功能模块61，所述的组态功能模块61与所述的工控机模块6相连接，该组态功能模块61包括通信单元、数据处理单元、变量图生成单元和数据库链接单元，所述的数据处理单元分别与通信单元、变量图生成单元和数据库链接单元相连接。
同时，所述的控制器模块2通过通信控制总线7与该工控机模块6相连接，该通信控制总线7可以为西门子多点通信协议(MPI)总线，也可以采用其它合适的通信控制总线。
该全闭环伺服压装控制系统中还包括有一个人机界面模块(HMI)8，所述的人机界面模块8通过现场总线5与所述的控制器模块2相连接。
所述的行星丝杠伺服电动缸是属于现有技术中已有的装置，其结构特征可以参阅现有技术的相关文献，其功能和用途具体为：作为压装动作的执行机构，在位置环模式控制下移动设定的距离，在力矩环模式控制下输出设定的力矩。
本实用新型即是利用该行星丝杠伺服电动缸所具有的传动结构紧凑、重复定位精度高、效率高的优点。
在实际应用当中，工控机模块6负责从控制器模块2中读取相关参数，组态功能模块61将参数绘制成力——位移曲线图，并存储相应的数据。同时，控制器模块2控制运动控制器模块4按工艺逻辑动作，实际压力通过拉力/压力传感器模块3反馈到控制器模块2，实际位移通过编码器反馈到控制器模块2，控制器模块2比较工艺值和实际反馈值，采用PID算法修正输出，使得实际值接近设定值，同时实时将信息、参数呈现在人机界面模块8上，从而能够较好的满足压装过程中的工艺要求。
同时，由于该系统采用了现场总线5，通讯速率可以达到1.5Mbps，而运动控制器模块4控制位移精度为0.001mm，拉力/压力传感器模块3的分辨率为0.01牛(N)，从而能够实现对零部件的精密压装。
再请参阅图2所示，其中的组态功能模块61能够实现数据采集、分析、计算、呈现、存储。
该组态功能模块61通过工控机模块6的RS232口与控制器模块2通讯口相连，从控制器模块2的存储区读取力和位移值，利用其本身的变量图生成单元的绘图功能作出力——位移曲线，同时将各个工件力和位移值存储到数据库中，并可以按时间检索。
图2中的X-轴为位移坐标，Y-轴为对应力的值，该曲线反应出在压装过程中不同位置力的大小，从而可以知道任意位置的力，就可以判断是否符合压装工艺。其中的“A”曲线表示第一次压入曲线，“B”曲线表示反拉测试曲线，“C”曲线表示第二次压入曲线，“D”表示花键键槽压入位移2mm内，“E”表示临界位置压力位移偏差±1.25mm。
其中，在第一次压入曲线中，最大压入力为12KN，最小压入力为1KN，在反拉测试曲线中，反拉模式1＝Fpush+300daN(达因)，反拉模式2＝1500daN(达因)。
同时可以很直观的监控整个过程，也可进行存储以便日后追溯；同时该组态功能模块61能够根据压装工艺选择位置环/力矩环运作模式，从而可以设定相关位置参数/力参数，该组态功能模块61可实时反馈位移值和运转速度，通过设定相关参数来调节电机运转效果。
再请参阅图3所示，其中的人机界面，使用者可以手动操作各执行机构，设定各种工件工艺参数，实时监控各个变量，信息显示。图中各个参数的含义如下：
●Fault/Warning——错误/报警信息
●Part Type——选择工件型号
●Push Force——在压装过程中最大压入力
●Fpush——在某一压入行程中的最大力
●Fpull——反拉力最大值
●R.Ring——卡圈进入卡槽前的力
●Act.Pos——实时位置
●Act.Force——实时力
●Stop Position——压入停止位置
再请参阅图4所示，其中对于可编程逻辑控制器(PLC)，能够控制各运动机构按设定的逻辑执行，采集/处理/存储数据。该为可编程逻辑控制器核心控制单元，使用者根据控制工艺编辑相应的逻辑回路，通过输出口驱动执行机构动作。采集外部各种传感器信号，传送相关参数到工控机模块6，并可将信息、数据呈现在人机界面上。
再请参阅图5所示，其中对于运动控制设置模块41，能够设置伺服系统控制工艺参数，运行模式，反馈实际位移和速度，调节/修正增益。该运动控制设置模块41将相关工艺参数、运行模式、增益、PID调节等项目均用对应代码来实现调节，在实际调试过程中根据运行情况在线调节相关压装参数，从而改变伺服压机执行功能。例如其中的P452/P453为调速参数。
采用了上述的技术方案，能够将两种零(部)件压装在一起，并可以要求在压入过程中力和位移互相可控，实时监测力、位移反馈值，并判断过程中相关参数是否满足工艺要求；并可以将力与位移以曲线方式呈现，存储过程变量，从而能够根据不同压装工艺，设定不同参数达到要求。
采用了上述的全闭环伺服压装控制系统，由于在整个压装过程中力和位移均为闭环控制，从而可以根据不同的压装工艺，对力和位移进行量化控制，同时该系统在对零部件进行精密压装过程中，对力和位移的变化情况能够进行实时监控，并以力——位移关系曲线呈现实际反馈值，并判断整个压装过程中的参数是否符合工艺要求，并对相关数据进行存储和呈现；而且采用现场总线使整个系统响应速度达到1.5Mbps(每秒传送1.5兆字节)的通讯速度，从而大大提高系统响应速度，克服了系统响应的滞后性，而伺服驱动控制使系统重复定位精度达到0.001mm，显著提高了控制精度，控制过程简单方便，整个系统的工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，为工业生产的自动化带来了很大的便利。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (8)

1、一种全闭环伺服压装控制系统，包括压装动力缸，其特征在于，所述的系统中还包括控制器模块、拉力/压力传感器模块、运动控制器模块，所述的控制器模块与拉力/压力传感器模块相连接，且该控制器模块通过现场总线与所述的运动控制器模块相连接，该运动控制器模块与所述的压装动力缸相连接。
2、根据权利要求1所述的全闭环伺服压装控制系统，其特征在于，所述的运动控制器模块还连接有一运动控制设置模块。
3、根据权利要求1所述的全闭环伺服压装控制系统，其特征在于，所述的系统中还包括一工控机模块和一组态功能模块，所述的组态功能模块与所述的工控机模块相连接，所述的控制器模块通过通信控制总线与该工控机模块相连接。
4、根据权利要求3所述的全闭环伺服压装控制系统，其特征在于，所述的组态功能模块包括通信单元、数据处理单元、变量图生成单元和数据库链接单元，所述的数据处理单元分别与通信单元、变量图生成单元和数据库链接单元相连接。
5、根据权利要求3所述的全闭环伺服压装控制系统，其特征在于，所述的通信控制总线为西门子多点通信协议总线。
6、根据权利要求1所述的全闭环伺服压装控制系统，其特征在于，所述的系统中还包括有一人机界面模块，所述的人机界面模块通过现场总线与所述的控制器模块相连接。
7、根据权利要求1至6中任一项所述的全闭环伺服压装控制系统，其特征在于，所述的控制器模块为可编程逻辑控制器。
8、根据权利要求1至6中任一项所述的全闭环伺服压装控制系统，其特征在于，所述的压装动力缸为行星丝杠伺服电动缸。
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