一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制系統及方法與流程
1.本發明涉及一種壓力機領域內的同步沖壓生產線控制系統及方法。
背景技術：
2.目前，自動化沖壓生產線已經逐漸從人工沖壓模式向自動化搬運沖壓方向轉變，一般的自動化搬運通常由機械手完成，即上料機械手將料片搬運至壓力機，當機械手退出至壓機沖壓安全位置，壓機啟動沖壓一次，待壓機回程至安全位置，下料機械手取料并放入下一道工序，如此往復已達到同步沖壓的目的。如上所述，該種自動化生產線雖可做到轉料系統與壓機沖壓同步，但受到機械手轉動半徑過大和轉動慣量過大會造成報警的影響，通常情況下速度會控制在一定的區間范圍內。對于小型化復合材料的沖壓成型，通常要求能夠高產、高效、節能的特性，原自動化沖壓模式節拍較慢，產能不能保證。面對日益嚴峻的市場形勢，需要一種能夠實現多機同時進行轉運沖壓的自動化高效沖壓控制方法，以解決在材料搬運及同步沖壓造成的時間等待，提高產能效率。
技術實現要素：
3.本發明的目的是提供一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制方法，統一協調了伺服自動化同步沖壓生產線中各沖壓設備的運行速度，保證了沖壓設備的相位差恒定，從而實現了沖壓設備穩定、安全的連續運行，大幅度提高了生產效率，降低了成本。
4.為實現上述目的，本發明提供了一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制系統，包括伺服控制器、伺服驅動器、伺服位置編碼器、同步控制器、沖壓設備控制器、沖壓位置編碼器；其中伺服控制器、伺服驅動器、伺服位置編碼器與轉運設備對應，沖壓設備控制器、位置編碼器與沖壓設備數量一一對應；沖壓位置編碼器安裝在沖壓設備主傳動裝置上，伺服控制器及沖壓設備控制器通過同步控制器數據連接，伺服控制器通過同步控制器及輔助裝置與沖壓設備控制連接，沖壓設備設置有多臺。
5.與現有技術相比，本發明的有益效果在于，伺服控制器（運動cpu）通過控制伺服驅動器實現控制轉運設備運行，伺服位置編碼器采集轉運設備位置，沖壓設備控制器（plc）用于控制沖壓設備運行，沖壓角度位置編碼器安裝在沖壓設備主傳動裝置上，通過沖壓角度位置編碼器采集沖壓設備實時角度。伺服控制器及沖壓設備控制器通過同步控制器實現數據交互。
6.作為本發明的進一步改進，伺服控制器配置一個虛擬主軸，虛擬主軸與沖壓設備運行角度周期、轉運設備位移量相互對應。
7.這樣伺服控制器采集轉運設備位置信息，沖壓設備控制器采集沖壓設備角度信息，將采集的數據發送通過同步控制器發送至伺服控制器，進行轉運設備位移量與沖壓設備角度值同步計算，通過虛擬主軸調整轉運設備與沖壓設備的同步運行。
8.作為本發明的進一步改進，沖壓設備設置至少兩臺，其中行程量最大的為基準沖壓設備，行程量最小的為主沖壓設備。
9.這樣方便以基準沖壓設備和主沖壓設備來計算每臺沖壓設備與轉運設備之間相位差，實時調整每臺沖壓設備同步一致。
10.為實現上述目的，本發明還提供了一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制方法，包括以下步驟，步驟1，設定自動化沖壓生產線的沖壓設備初始試運行速度值；步驟2，伺服控制器向同步控制器發出啟動命令，同步控制器控制沖壓設備控制器發出啟動命令，同時監控沖壓設備的位置編碼器角度；步驟3，伺服控制器向伺服驅動器發出啟動命令，同時采集伺服編碼器位置數據；步驟4，等到沖壓設備編碼器及轉運設備編碼器回復至穩定狀態，同時將二者采集的角度信息及位移量信息傳送至伺服控制器，計算出同步狀態下的角度相位差；步驟5，伺服控制器根據初始試運行速度設定及角度相位差，計算出轉運設備同步匹配沖壓設備的速度；步驟6，設定虛擬主軸角度行程數據，實時與多臺沖壓設備編碼器角度進行數據比較，并計算與每臺沖壓設備的角度差；步驟7，同步控制器根據沖壓設備運行角度與轉運設備位移數據的相位差，實時調整轉運設備速度，直至滿足相位差的區間范圍；步驟8，同步控制器根據每臺沖壓設備角度編碼器讀取值，實時糾正每臺沖壓設備速度值，實現每臺沖壓設備同步啟動。
11.與現有技術相比，本發明的有益效果在于，以沖壓設備及轉運設備試運行一周為條件，計算出初始速度下，轉運設備與該速度下最低速沖壓設備（以下簡稱基礎沖壓設備）相位差，保證轉運設備與沖壓設備同步不受影響，準確有效，考慮本系統為同步沖壓，即一體式離合器控制多臺沖壓設備運行，考慮到沖壓時離合器啟動、剎車不同步帶來的影響，計算其余沖壓設備與基礎沖壓設備之間角度相位差，調整所有沖壓設備保持啟動同步，降低離剎風險。達到沖壓設備與轉運設備之間同步、沖壓設備離剎同步，實現閉環控制。
12.作為本發明的進一步改進，步驟4中，當前沖壓設備編碼器讀取值為sa，沖壓設備實時角度為θaθa=sa/ka其中ka為常數，ka=s0/360，s0為沖壓設備編碼器滿行程值。
13.作為本發明的進一步改進，步驟4中，轉運設備行程轉化角度差為θ
b θb=sb/kb其中sb為當前轉運設備位移量，kb為常數；則sb=d0*i/k0，kb=2s1/360；其中d0為轉運設備編碼器讀取值，i為傳動比，k0為編碼器單圈分辨率，s1為轉運設備編碼器單行程滿行程值。
14.作為本發明的進一步改進，步驟4中相位角度差為θcθc=k
c*
180-(θa-θb)kc為轉運編碼器位移方向；當運轉設備朝沖壓設備移動時，轉運編碼器的位移方向為正，此時kc=1；當運轉設備背離沖壓設備移動時，轉運編碼器的位移方向為負，此時kc=-1。
15.作為本發明的進一步改進，步驟5中，轉運設備運行速度為v
gvivgvi
=vsv+θc*ka其中，sv為系統初始速度設定值。
16.作為本發明的進一步改進，步驟5中，沖壓運行設備速度為v
gvn
：v
gvn
=vsv+(θ
c1-θ
cn)
*ka其中，sv為系統初始速度設定值，θ
c1
為基準沖壓設備相位差，即所有沖壓設備中行程量最大的沖壓設備所對應的相位差，θ
cn
為其余沖壓設備相位差，ka為常數，n為沖壓設備的數量。
17.作為本發明的進一步改進，步驟6中，虛擬主軸角度與沖壓設備編碼器角度差為θeθe=θ
d-θa其中，θd為伺服虛擬主軸角度，θe的允許范圍：-2
°
≤θe≤2
°
。
附圖說明
18.圖1為本發明系統運行圖。
具體實施方式
19.下面結合附圖對本發明進一步說明：如圖1所示的一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制系統，包括伺服控制器、伺服驅動器、伺服位置編碼器、同步控制器、沖壓設備控制器、沖壓位置編碼器；其中伺服控制器、伺服驅動器、伺服位置編碼器與轉運設備對應，沖壓設備控制器、位置編碼器與沖壓設備數量一一對應；沖壓位置編碼器安裝在沖壓設備主傳動裝置上，伺服控制器及沖壓設備控制器通過同步控制器數據連接，伺服控制器通過同步控制器及輔助裝置與沖壓設備控制連接，沖壓設備設置有多臺；伺服控制器配置一個虛擬主軸，虛擬主軸與沖壓設備運行角度周期、轉運設備位移量相互對應；沖壓設備設置至少兩臺，其中行程量最大的為基準沖壓設備，行程量最小的為主沖壓設備。
20.如圖1所示的一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制方法，包括以下步驟，步驟1，設定自動化沖壓生產線的沖壓設備初始試運行速度值；步驟2，伺服控制器向同步控制器發出啟動命令，同步控制器控制沖壓設備控制器發出啟動命令，同時監控沖壓設備的位置編碼器角度；步驟3，伺服控制器向伺服驅動器發出啟動命令，同時采集伺服編碼器位置數據；步驟4，等到沖壓設備編碼器及轉運設備編碼器回復至穩定狀態，同時將二者采集的角度信息及位移量信息傳送至伺服控制器，計算出同步狀態下的角度相位差；當前沖壓設備編碼器讀取值為sa，沖壓設備實時角度為θaθa=sa/ka其中ka為常數，ka=s0/360，s0為沖壓設備編碼器滿行程值。
21.步驟4中，轉運設備行程轉化角度差為θ
b θb=sb/kb其中sb為當前轉運設備位移量，kb為常數；則sb=d0*i/k0，kb=2s1/360；
其中d0為轉運設備編碼器讀取值，i為傳動比，k0為編碼器單圈分辨率，s1為轉運設備編碼器單行程滿行程值。
22.步驟4中相位角度差為θcθc=k
c*
180-(θa-θb)kc為轉運編碼器位移方向；當運轉設備朝沖壓設備移動時，轉運編碼器的位移方向為正，此時kc=1；當運轉設備背離沖壓設備移動時，轉運編碼器的位移方向為負，此時kc=-1。
23.步驟5，伺服控制器根據初始試運行速度設定及角度相位差，計算出轉運設備同步匹配沖壓設備的速度；步驟5中，轉運設備運行速度為v
gvivgvi
=vsv+θc*ka其中，sv為系統初始速度設定值。
24.沖壓運行設備速度為v
gvn
：v
gvn
=vsv+(θ
c1-θ
cn)
*ka其中，sv為系統初始速度設定值，θ
c1
為基準沖壓設備相位差，即所有沖壓設備中行程量最大的沖壓設備所對應的相位差，θ
cn
為其余沖壓設備相位差，ka為常數，n為沖壓設備的數量。
25.步驟6，設定虛擬主軸角度行程數據，實時與多臺沖壓設備編碼器角度進行數據比較，并計算與每臺沖壓設備的角度差；步驟6中，虛擬主軸角度與沖壓設備編碼器角度差為θeθe=θ
d-θa其中，θd為伺服虛擬主軸角度，θe的允許范圍：-2
°
≤θe≤2
°
。
26.步驟7，同步控制器根據沖壓設備運行角度與轉運設備位移數據的相位差，實時調整轉運設備速度，直至滿足相位差的區間范圍；步驟8，同步控制器根據每臺沖壓設備角度編碼器讀取值，實時糾正每臺沖壓設備速度值，實現每臺沖壓設備同步啟動。
27.本發明中，控制系統包括伺服控制器、伺服驅動器、伺服位置編碼器、同步控制器、沖壓設備控制器、沖壓角度位置編碼器。
28.伺服控制器、伺服驅動器、伺服位置編碼器與轉運設備對應，沖壓設備控制器、角度位置編碼器與沖壓設備數量一一對應。同步控制器用于伺服控制器與沖壓設備控制器之間的數據交互。
29.其中伺服控制器（運動cpu）通過控制伺服驅動器實現控制轉運設備運行，伺服位置編碼器采集轉運設備位置，沖壓設備控制器（plc）用于控制沖壓設備運行，沖壓角度位置編碼器安裝在沖壓設備主傳動裝置上，通過沖壓角度位置編碼器采集沖壓設備實時角度。伺服控制器及沖壓設備控制器通過同步控制器實現數據交互。
30.在伺服控制器中配置一個虛擬主軸與沖壓設備運行角度周期、轉運設備位移量相互對應，伺服控制器采集轉運設備位置信息，沖壓設備控制器采集沖壓設備角度信息，將采集的數據發送通過同步控制器發送至伺服控制器，進行轉運設備位移量與沖壓設備角度值
同步計算，通過虛擬主軸調整轉運設備與沖壓設備的同步運行。同時通過計算每臺沖壓設備與轉運設備之間相位差，實時調整每臺沖壓設備同步一致。
31.工作時，首先設定自動化沖壓生產線的初始速度設定值，如30沖次/分鐘，即自動化沖壓生產線中所有沖壓設備的速度設定值均為30沖次/分鐘。
32.之后伺服控制器向同步控制器發出啟動命令，同步控制器將命令發送給沖壓設備的沖壓設備控制器，同時監控沖壓設備位置編碼器及伺服位置編碼器的數據。
33.等到沖壓設備編碼器及轉運設備編碼器回復至穩定狀態（即第一次試運行完成），同時將二者采集的角度信息及位移量信息傳送至伺服控制器，計算出同步狀態下的角度相位差；具體地，相位差θc為：θc=k
c*
180-(θa-θb)其中θa為沖壓設備角度當前值，θb為轉運設備位移轉化角度當前值，kc為轉運編碼器位移方向。
34.伺服控制器根據初始試運行速度設定及角度相位差，計算出轉運設備同步匹配沖壓設備的速度；速度給定值v
gvi
為；v
gvi
=vsv+θc*ka其中，
gvi
為轉運設備運行速度，sv為系統初始速度設定值，θc為相位差，ka為常數。
35.同步控制器根據讀取的每臺沖壓設備角度編碼器數據，計算出與虛擬主軸之間的相位差，根據計算的相位差，實時調整每臺沖壓設備同步啟動沖壓；轉運沖壓設備速度v
gvn
為：v
gvn
=vsv+(θ
c1-θ
cn)
*ka其中，
gvn
為沖壓設備運行速度，sv為系統初始速度設定值，θ
c1
為基準沖壓設備相位差。
36.同步控制器接受每臺沖壓設備角度編碼器發送的數據，并將其傳送至伺服控制器，伺服控制器執行虛擬主軸角度編碼器與沖壓設備角度編碼器之間角度差的計算；沖壓設備編碼器與虛擬主軸編碼器的角度差θe為：θe=θ
d-θa其中，θd為伺服虛擬主軸角度，θ
a 為沖壓設備編碼器角度。θe的允許范圍：-2
°
≤θe≤2
°
。
37.設置初始運行速度，初始速度設置須滿足行程量最大的沖壓設備運行速度，并以該設沖壓設備為基準沖壓設備。監控轉運設備與基準沖壓設備相位差，并以此數值調整轉運設備與基準沖壓設備同步運行，滿足沖壓設備與轉運設備運動量互補，即沖壓設備下行，同步轉運設備退出。
38.根據讀取的每臺沖壓設備與基礎沖壓設備的角度差，調整每臺沖壓設備與基礎沖壓設備同時啟動沖壓動作，保證一體式離合器同時控制多臺沖壓設備，且啟動同步，保證相位差的恒定，降低風險。
39.實時監控每臺沖壓設備，讀取并計算虛擬主軸編碼器與沖壓設備編碼器角度差，并反饋給同步控制器，實時調整設備之間的協調動作，實現角度補償。
40.本發明，以沖壓設備及轉運設備試運行一周為條件，計算出初始速度下，轉運設備與該速度下最低速沖壓設備（以下簡稱基準沖壓設備）相位差，保證轉運設備與沖壓設備同
步不受影響，準確有效，考慮本系統為同步沖壓，即一體式離合器控制多臺沖壓設備運行，考慮到沖壓時離合器啟動、剎車不同步帶來的影響，計算其余沖壓設備與基礎沖壓設備之間角度相位差，調整所有沖壓設備保持啟動同步，降低離剎風險。達到沖壓設備與轉運設備之間同步、沖壓設備離剎同步，實現閉環控制。
41.綜上，本發明統一協調了伺服自動化同步沖壓生產線中各沖壓設備的運行速度，保證了沖壓設備的相位差恒定，從而實現了沖壓設備穩定、安全的連續運行，大幅度提高了生產效率，降低了成本。
42.本發明不局限于上述實施例，在本公開的技術方案的基礎上，本領域的技術人員根據所公開的技術內容，不需要創造性的勞動就可以對其中的一些技術特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發明的保護范圍內。
技術特征：
1.一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制系統，其特征在于：包括伺服控制器、伺服驅動器、伺服位置編碼器、同步控制器、沖壓設備控制器、沖壓位置編碼器；其中伺服控制器、伺服驅動器、伺服位置編碼器與轉運設備對應，沖壓設備控制器、位置編碼器與沖壓設備數量一一對應；沖壓位置編碼器安裝在沖壓設備主傳動裝置上，伺服控制器及沖壓設備控制器通過同步控制器數據連接，伺服控制器通過同步控制器及輔助裝置與沖壓設備控制連接，沖壓設備設置有多臺。2.根據權利要求1所述的一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制系統，其特征在于：伺服控制器配置一個虛擬主軸，虛擬主軸與沖壓設備運行角度周期、轉運設備位移量相互對應。3.根據權利要求2所述的一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制系統，其特征在于：沖壓設備設置至少兩臺，其中行程量最大的為基準沖壓設備，行程量最小的為主沖壓設備。4.一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制方法，其特征在于：利用權利要求1-3任意一項所述的一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制系統，包括以下步驟，步驟1，設定自動化沖壓生產線的沖壓設備初始試運行速度值；步驟2，伺服控制器向同步控制器發出啟動命令，同步控制器控制沖壓設備控制器發出啟動命令，同時監控沖壓設備的位置編碼器角度；步驟3，伺服控制器向伺服驅動器發出啟動命令，同時采集伺服編碼器位置數據；步驟4，等到沖壓設備編碼器及轉運設備編碼器回復至穩定狀態，同時將二者采集的角度信息及位移量信息傳送至伺服控制器，計算出同步狀態下的角度相位差；步驟5，伺服控制器根據初始試運行速度設定及角度相位差，計算出轉運設備同步匹配沖壓設備的速度；步驟6，設定虛擬主軸角度行程數據，實時與多臺沖壓設備編碼器角度進行數據比較，并計算與每臺沖壓設備的角度差；步驟7，同步控制器根據沖壓設備運行角度與轉運設備位移數據的相位差，實時調整轉運設備速度，直至滿足相位差的區間范圍；步驟8，同步控制器根據每臺沖壓設備角度編碼器讀取值，實時糾正每臺沖壓設備速度值，實現每臺沖壓設備同步啟動。5.根據權利要求4所述的一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制方法，其特征在于：步驟4中，當前沖壓設備編碼器讀取值為sa，沖壓設備實時角度為θ
a
θ
a
=s
a
/k
a
其中k
a
為常數，k
a
=s0/360，s0為沖壓設備編碼器滿行程值。6.根據權利要求5所述的一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制方法，其特征在于：步驟4中，轉運設備行程轉化角度差為θ
b θ
b
=s
b
/k
b
其中s
b
為當前轉運設備位移量，k
b
為常數；則s
b
=d0*i/k0，k
b
=2s1/360；其中d0為轉運設備編碼器讀取值，i為傳動比，k0為編碼器單圈分辨率，s1為轉運設備編碼器單行程滿行程值。7.根據權利要求6所述的一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制方法，其特征在于：
步驟4中相位角度差為θ
c
θc=k
c*
180-(θa-θb)kc為轉運編碼器位移方向；當運轉設備朝沖壓設備移動時，轉運編碼器的位移方向為正，此時kc=1；當運轉設備背離沖壓設備移動時，轉運編碼器的位移方向為負，此時kc=-1。8.根據權利要求7所述的一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制方法，其特征在于：步驟5中，轉運設備運行速度為v
gvivgvi
=vsv+θ
c
*k
a
其中，sv為系統初始速度設定值。9.根據權利要求8所述的一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制方法，其特征在于：步驟5中，沖壓運行設備速度為v
gvn
：v
gvn
=vsv+(θ
c1-θ
cn)
*k
a
其中，sv為系統初始速度設定值，θ
c1
為基準沖壓設備相位差，即所有沖壓設備中行程量最大的沖壓設備所對應的相位差，θ
cn
為其余沖壓設備相位差，ka為常數，n為沖壓設備的數量。10.根據權利要求9所述的一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制方法，其特征在于：步驟6中，虛擬主軸角度與沖壓設備編碼器角度差為θ
e
θ
e
=θ
d-θ
a
其中，θ
d
為伺服虛擬主軸角度，θ
e
的允許范圍：-2
°
≤θe≤2
°
。
技術總結
本發明公開了壓力機領域內的一種伺服自動化多機同步沖壓生產線控制系統及方法，包括伺服控制器、伺服驅動器、伺服位置編碼器、同步控制器、沖壓設備控制器、沖壓位置編碼器；其中伺服控制器、伺服驅動器、伺服位置編碼器與轉運設備對應，沖壓設備控制器、位置編碼器與沖壓設備數量一一對應；沖壓位置編碼器安裝在沖壓設備主傳動裝置上，伺服控制器及沖壓設備控制器通過同步控制器數據連接，伺服控制器通過同步控制器及輔助裝置與沖壓設備控制連接，沖壓設備設置有多臺；通過沖壓角度位置編碼器采集沖壓設備實時角度。伺服控制器及沖壓設備控制器通過同步控制器實現數據交互。制器通過同步控制器實現數據交互。制器通過同步控制器實現數據交互。
