一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制系统及方法与流程
1.本发明涉及一种压力机领域内的同步冲压生产线控制系统及方法。
背景技术：
2.目前，自动化冲压生产线已经逐渐从人工冲压模式向自动化搬运冲压方向转变，一般的自动化搬运通常由机械手完成，即上料机械手将料片搬运至压力机，当机械手退出至压机冲压安全位置，压机启动冲压一次，待压机回程至安全位置，下料机械手取料并放入下一道工序，如此往复已达到同步冲压的目的。如上所述，该种自动化生产线虽可做到转料系统与压机冲压同步，但受到机械手转动半径过大和转动惯量过大会造成报警的影响，通常情况下速度会控制在一定的区间范围内。对于小型化复合材料的冲压成型，通常要求能够高产、高效、节能的特性，原自动化冲压模式节拍较慢，产能不能保证。面对日益严峻的市场形势，需要一种能够实现多机同时进行转运冲压的自动化高效冲压控制方法，以解决在材料搬运及同步冲压造成的时间等待，提高产能效率。
技术实现要素：
3.本发明的目的是提供一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制方法，统一协调了伺服自动化同步冲压生产线中各冲压设备的运行速度，保证了冲压设备的相位差恒定，从而实现了冲压设备稳定、安全的连续运行，大幅度提高了生产效率，降低了成本。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制系统，包括伺服控制器、伺服驱动器、伺服位置编码器、同步控制器、冲压设备控制器、冲压位置编码器；其中伺服控制器、伺服驱动器、伺服位置编码器与转运设备对应，冲压设备控制器、位置编码器与冲压设备数量一一对应；冲压位置编码器安装在冲压设备主传动装置上，伺服控制器及冲压设备控制器通过同步控制器数据连接，伺服控制器通过同步控制器及辅助装置与冲压设备控制连接，冲压设备设置有多台。
5.与现有技术相比，本发明的有益效果在于，伺服控制器（运动cpu）通过控制伺服驱动器实现控制转运设备运行，伺服位置编码器采集转运设备位置，冲压设备控制器（plc）用于控制冲压设备运行，冲压角度位置编码器安装在冲压设备主传动装置上，通过冲压角度位置编码器采集冲压设备实时角度。伺服控制器及冲压设备控制器通过同步控制器实现数据交互。
6.作为本发明的进一步改进，伺服控制器配置一个虚拟主轴，虚拟主轴与冲压设备运行角度周期、转运设备位移量相互对应。
7.这样伺服控制器采集转运设备位置信息，冲压设备控制器采集冲压设备角度信息，将采集的数据发送通过同步控制器发送至伺服控制器，进行转运设备位移量与冲压设备角度值同步计算，通过虚拟主轴调整转运设备与冲压设备的同步运行。
8.作为本发明的进一步改进，冲压设备设置至少两台，其中行程量最大的为基准冲压设备，行程量最小的为主冲压设备。
9.这样方便以基准冲压设备和主冲压设备来计算每台冲压设备与转运设备之间相位差，实时调整每台冲压设备同步一致。
10.为实现上述目的，本发明还提供了一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制方法，包括以下步骤，步骤1，设定自动化冲压生产线的冲压设备初始试运行速度值；步骤2，伺服控制器向同步控制器发出启动命令，同步控制器控制冲压设备控制器发出启动命令，同时监控冲压设备的位置编码器角度；步骤3，伺服控制器向伺服驱动器发出启动命令，同时采集伺服编码器位置数据；步骤4，等到冲压设备编码器及转运设备编码器回复至稳定状态，同时将二者采集的角度信息及位移量信息传送至伺服控制器，计算出同步状态下的角度相位差；步骤5，伺服控制器根据初始试运行速度设定及角度相位差，计算出转运设备同步匹配冲压设备的速度；步骤6，设定虚拟主轴角度行程数据，实时与多台冲压设备编码器角度进行数据比较，并计算与每台冲压设备的角度差；步骤7，同步控制器根据冲压设备运行角度与转运设备位移数据的相位差，实时调整转运设备速度，直至满足相位差的区间范围；步骤8，同步控制器根据每台冲压设备角度编码器读取值，实时纠正每台冲压设备速度值，实现每台冲压设备同步启动。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果在于，以冲压设备及转运设备试运行一周为条件，计算出初始速度下，转运设备与该速度下最低速冲压设备（以下简称基础冲压设备）相位差，保证转运设备与冲压设备同步不受影响，准确有效，考虑本系统为同步冲压，即一体式离合器控制多台冲压设备运行，考虑到冲压时离合器启动、刹车不同步带来的影响，计算其余冲压设备与基础冲压设备之间角度相位差，调整所有冲压设备保持启动同步，降低离刹风险。达到冲压设备与转运设备之间同步、冲压设备离刹同步，实现闭环控制。
12.作为本发明的进一步改进，步骤4中，当前冲压设备编码器读取值为sa，冲压设备实时角度为θaθa=sa/ka其中ka为常数，ka=s0/360，s0为冲压设备编码器满行程值。
13.作为本发明的进一步改进，步骤4中，转运设备行程转化角度差为θ
b θb=sb/kb其中sb为当前转运设备位移量，kb为常数；则sb=d0*i/k0，kb=2s1/360；其中d0为转运设备编码器读取值，i为传动比，k0为编码器单圈分辨率，s1为转运设备编码器单行程满行程值。
14.作为本发明的进一步改进，步骤4中相位角度差为θcθc=k
c*
180-(θa-θb)kc为转运编码器位移方向；当运转设备朝冲压设备移动时，转运编码器的位移方向为正，此时kc=1；当运转设备背离冲压设备移动时，转运编码器的位移方向为负，此时kc=-1。
15.作为本发明的进一步改进，步骤5中，转运设备运行速度为v
gvivgvi
=vsv+θc*ka其中，sv为系统初始速度设定值。
16.作为本发明的进一步改进，步骤5中，冲压运行设备速度为v
gvn
：v
gvn
=vsv+(θ
c1-θ
cn)
*ka其中，sv为系统初始速度设定值，θ
c1
为基准冲压设备相位差，即所有冲压设备中行程量最大的冲压设备所对应的相位差，θ
cn
为其余冲压设备相位差，ka为常数，n为冲压设备的数量。
17.作为本发明的进一步改进，步骤6中，虚拟主轴角度与冲压设备编码器角度差为θeθe=θ
d-θa其中，θd为伺服虚拟主轴角度，θe的允许范围：-2
°
≤θe≤2
°
。
附图说明
18.图1为本发明系统运行图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明进一步说明：如图1所示的一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制系统，包括伺服控制器、伺服驱动器、伺服位置编码器、同步控制器、冲压设备控制器、冲压位置编码器；其中伺服控制器、伺服驱动器、伺服位置编码器与转运设备对应，冲压设备控制器、位置编码器与冲压设备数量一一对应；冲压位置编码器安装在冲压设备主传动装置上，伺服控制器及冲压设备控制器通过同步控制器数据连接，伺服控制器通过同步控制器及辅助装置与冲压设备控制连接，冲压设备设置有多台；伺服控制器配置一个虚拟主轴，虚拟主轴与冲压设备运行角度周期、转运设备位移量相互对应；冲压设备设置至少两台，其中行程量最大的为基准冲压设备，行程量最小的为主冲压设备。
20.如图1所示的一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制方法，包括以下步骤，步骤1，设定自动化冲压生产线的冲压设备初始试运行速度值；步骤2，伺服控制器向同步控制器发出启动命令，同步控制器控制冲压设备控制器发出启动命令，同时监控冲压设备的位置编码器角度；步骤3，伺服控制器向伺服驱动器发出启动命令，同时采集伺服编码器位置数据；步骤4，等到冲压设备编码器及转运设备编码器回复至稳定状态，同时将二者采集的角度信息及位移量信息传送至伺服控制器，计算出同步状态下的角度相位差；当前冲压设备编码器读取值为sa，冲压设备实时角度为θaθa=sa/ka其中ka为常数，ka=s0/360，s0为冲压设备编码器满行程值。
21.步骤4中，转运设备行程转化角度差为θ
b θb=sb/kb其中sb为当前转运设备位移量，kb为常数；则sb=d0*i/k0，kb=2s1/360；
其中d0为转运设备编码器读取值，i为传动比，k0为编码器单圈分辨率，s1为转运设备编码器单行程满行程值。
22.步骤4中相位角度差为θcθc=k
c*
180-(θa-θb)kc为转运编码器位移方向；当运转设备朝冲压设备移动时，转运编码器的位移方向为正，此时kc=1；当运转设备背离冲压设备移动时，转运编码器的位移方向为负，此时kc=-1。
23.步骤5，伺服控制器根据初始试运行速度设定及角度相位差，计算出转运设备同步匹配冲压设备的速度；步骤5中，转运设备运行速度为v
gvivgvi
=vsv+θc*ka其中，sv为系统初始速度设定值。
24.冲压运行设备速度为v
gvn
：v
gvn
=vsv+(θ
c1-θ
cn)
*ka其中，sv为系统初始速度设定值，θ
c1
为基准冲压设备相位差，即所有冲压设备中行程量最大的冲压设备所对应的相位差，θ
cn
为其余冲压设备相位差，ka为常数，n为冲压设备的数量。
25.步骤6，设定虚拟主轴角度行程数据，实时与多台冲压设备编码器角度进行数据比较，并计算与每台冲压设备的角度差；步骤6中，虚拟主轴角度与冲压设备编码器角度差为θeθe=θ
d-θa其中，θd为伺服虚拟主轴角度，θe的允许范围：-2
°
≤θe≤2
°
。
26.步骤7，同步控制器根据冲压设备运行角度与转运设备位移数据的相位差，实时调整转运设备速度，直至满足相位差的区间范围；步骤8，同步控制器根据每台冲压设备角度编码器读取值，实时纠正每台冲压设备速度值，实现每台冲压设备同步启动。
27.本发明中，控制系统包括伺服控制器、伺服驱动器、伺服位置编码器、同步控制器、冲压设备控制器、冲压角度位置编码器。
28.伺服控制器、伺服驱动器、伺服位置编码器与转运设备对应，冲压设备控制器、角度位置编码器与冲压设备数量一一对应。同步控制器用于伺服控制器与冲压设备控制器之间的数据交互。
29.其中伺服控制器（运动cpu）通过控制伺服驱动器实现控制转运设备运行，伺服位置编码器采集转运设备位置，冲压设备控制器（plc）用于控制冲压设备运行，冲压角度位置编码器安装在冲压设备主传动装置上，通过冲压角度位置编码器采集冲压设备实时角度。伺服控制器及冲压设备控制器通过同步控制器实现数据交互。
30.在伺服控制器中配置一个虚拟主轴与冲压设备运行角度周期、转运设备位移量相互对应，伺服控制器采集转运设备位置信息，冲压设备控制器采集冲压设备角度信息，将采集的数据发送通过同步控制器发送至伺服控制器，进行转运设备位移量与冲压设备角度值
同步计算，通过虚拟主轴调整转运设备与冲压设备的同步运行。同时通过计算每台冲压设备与转运设备之间相位差，实时调整每台冲压设备同步一致。
31.工作时，首先设定自动化冲压生产线的初始速度设定值，如30冲次/分钟，即自动化冲压生产线中所有冲压设备的速度设定值均为30冲次/分钟。
32.之后伺服控制器向同步控制器发出启动命令，同步控制器将命令发送给冲压设备的冲压设备控制器，同时监控冲压设备位置编码器及伺服位置编码器的数据。
33.等到冲压设备编码器及转运设备编码器回复至稳定状态（即第一次试运行完成），同时将二者采集的角度信息及位移量信息传送至伺服控制器，计算出同步状态下的角度相位差；具体地，相位差θc为：θc=k
c*
180-(θa-θb)其中θa为冲压设备角度当前值，θb为转运设备位移转化角度当前值，kc为转运编码器位移方向。
34.伺服控制器根据初始试运行速度设定及角度相位差，计算出转运设备同步匹配冲压设备的速度；速度给定值v
gvi
为；v
gvi
=vsv+θc*ka其中，
gvi
为转运设备运行速度，sv为系统初始速度设定值，θc为相位差，ka为常数。
35.同步控制器根据读取的每台冲压设备角度编码器数据，计算出与虚拟主轴之间的相位差，根据计算的相位差，实时调整每台冲压设备同步启动冲压；转运冲压设备速度v
gvn
为：v
gvn
=vsv+(θ
c1-θ
cn)
*ka其中，
gvn
为冲压设备运行速度，sv为系统初始速度设定值，θ
c1
为基准冲压设备相位差。
36.同步控制器接受每台冲压设备角度编码器发送的数据，并将其传送至伺服控制器，伺服控制器执行虚拟主轴角度编码器与冲压设备角度编码器之间角度差的计算；冲压设备编码器与虚拟主轴编码器的角度差θe为：θe=θ
d-θa其中，θd为伺服虚拟主轴角度，θ
a 为冲压设备编码器角度。θe的允许范围：-2
°
≤θe≤2
°
。
37.设置初始运行速度，初始速度设置须满足行程量最大的冲压设备运行速度，并以该设冲压设备为基准冲压设备。监控转运设备与基准冲压设备相位差，并以此数值调整转运设备与基准冲压设备同步运行，满足冲压设备与转运设备运动量互补，即冲压设备下行，同步转运设备退出。
38.根据读取的每台冲压设备与基础冲压设备的角度差，调整每台冲压设备与基础冲压设备同时启动冲压动作，保证一体式离合器同时控制多台冲压设备，且启动同步，保证相位差的恒定，降低风险。
39.实时监控每台冲压设备，读取并计算虚拟主轴编码器与冲压设备编码器角度差，并反馈给同步控制器，实时调整设备之间的协调动作，实现角度补偿。
40.本发明，以冲压设备及转运设备试运行一周为条件，计算出初始速度下，转运设备与该速度下最低速冲压设备（以下简称基准冲压设备）相位差，保证转运设备与冲压设备同
步不受影响，准确有效，考虑本系统为同步冲压，即一体式离合器控制多台冲压设备运行，考虑到冲压时离合器启动、刹车不同步带来的影响，计算其余冲压设备与基础冲压设备之间角度相位差，调整所有冲压设备保持启动同步，降低离刹风险。达到冲压设备与转运设备之间同步、冲压设备离刹同步，实现闭环控制。
41.综上，本发明统一协调了伺服自动化同步冲压生产线中各冲压设备的运行速度，保证了冲压设备的相位差恒定，从而实现了冲压设备稳定、安全的连续运行，大幅度提高了生产效率，降低了成本。
42.本发明不局限于上述实施例，在本公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
技术特征：
1.一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制系统，其特征在于：包括伺服控制器、伺服驱动器、伺服位置编码器、同步控制器、冲压设备控制器、冲压位置编码器；其中伺服控制器、伺服驱动器、伺服位置编码器与转运设备对应，冲压设备控制器、位置编码器与冲压设备数量一一对应；冲压位置编码器安装在冲压设备主传动装置上，伺服控制器及冲压设备控制器通过同步控制器数据连接，伺服控制器通过同步控制器及辅助装置与冲压设备控制连接，冲压设备设置有多台。2.根据权利要求1所述的一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制系统，其特征在于：伺服控制器配置一个虚拟主轴，虚拟主轴与冲压设备运行角度周期、转运设备位移量相互对应。3.根据权利要求2所述的一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制系统，其特征在于：冲压设备设置至少两台，其中行程量最大的为基准冲压设备，行程量最小的为主冲压设备。4.一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制方法，其特征在于：利用权利要求1-3任意一项所述的一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制系统，包括以下步骤，步骤1，设定自动化冲压生产线的冲压设备初始试运行速度值；步骤2，伺服控制器向同步控制器发出启动命令，同步控制器控制冲压设备控制器发出启动命令，同时监控冲压设备的位置编码器角度；步骤3，伺服控制器向伺服驱动器发出启动命令，同时采集伺服编码器位置数据；步骤4，等到冲压设备编码器及转运设备编码器回复至稳定状态，同时将二者采集的角度信息及位移量信息传送至伺服控制器，计算出同步状态下的角度相位差；步骤5，伺服控制器根据初始试运行速度设定及角度相位差，计算出转运设备同步匹配冲压设备的速度；步骤6，设定虚拟主轴角度行程数据，实时与多台冲压设备编码器角度进行数据比较，并计算与每台冲压设备的角度差；步骤7，同步控制器根据冲压设备运行角度与转运设备位移数据的相位差，实时调整转运设备速度，直至满足相位差的区间范围；步骤8，同步控制器根据每台冲压设备角度编码器读取值，实时纠正每台冲压设备速度值，实现每台冲压设备同步启动。5.根据权利要求4所述的一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制方法，其特征在于：步骤4中，当前冲压设备编码器读取值为sa，冲压设备实时角度为θ
a
θ
a
=s
a
/k
a
其中k
a
为常数，k
a
=s0/360，s0为冲压设备编码器满行程值。6.根据权利要求5所述的一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制方法，其特征在于：步骤4中，转运设备行程转化角度差为θ
b θ
b
=s
b
/k
b
其中s
b
为当前转运设备位移量，k
b
为常数；则s
b
=d0*i/k0，k
b
=2s1/360；其中d0为转运设备编码器读取值，i为传动比，k0为编码器单圈分辨率，s1为转运设备编码器单行程满行程值。7.根据权利要求6所述的一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制方法，其特征在于：
步骤4中相位角度差为θ
c
θc=k
c*
180-(θa-θb)kc为转运编码器位移方向；当运转设备朝冲压设备移动时，转运编码器的位移方向为正，此时kc=1；当运转设备背离冲压设备移动时，转运编码器的位移方向为负，此时kc=-1。8.根据权利要求7所述的一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制方法，其特征在于：步骤5中，转运设备运行速度为v
gvivgvi
=vsv+θ
c
*k
a
其中，sv为系统初始速度设定值。9.根据权利要求8所述的一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制方法，其特征在于：步骤5中，冲压运行设备速度为v
gvn
：v
gvn
=vsv+(θ
c1-θ
cn)
*k
a
其中，sv为系统初始速度设定值，θ
c1
为基准冲压设备相位差，即所有冲压设备中行程量最大的冲压设备所对应的相位差，θ
cn
为其余冲压设备相位差，ka为常数，n为冲压设备的数量。10.根据权利要求9所述的一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制方法，其特征在于：步骤6中，虚拟主轴角度与冲压设备编码器角度差为θ
e
θ
e
=θ
d-θ
a
其中，θ
d
为伺服虚拟主轴角度，θ
e
的允许范围：-2
°
≤θe≤2
°
。
技术总结
本发明公开了压力机领域内的一种伺服自动化多机同步冲压生产线控制系统及方法，包括伺服控制器、伺服驱动器、伺服位置编码器、同步控制器、冲压设备控制器、冲压位置编码器；其中伺服控制器、伺服驱动器、伺服位置编码器与转运设备对应，冲压设备控制器、位置编码器与冲压设备数量一一对应；冲压位置编码器安装在冲压设备主传动装置上，伺服控制器及冲压设备控制器通过同步控制器数据连接，伺服控制器通过同步控制器及辅助装置与冲压设备控制连接，冲压设备设置有多台；通过冲压角度位置编码器采集冲压设备实时角度。伺服控制器及冲压设备控制器通过同步控制器实现数据交互。制器通过同步控制器实现数据交互。制器通过同步控制器实现数据交互。
