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引言

隨著工業4.0的發展，目前國內市場在裝配、鉚壓成型等應用上對產品的精度以及數據采集、分析存儲功能需求不斷提升。傳統的伺服液壓，以及基于PLC的電子伺服壓力機控制方案在很大程度上已經滿足不了這些需求。國外電子伺服壓力機如:德國的Kistler、Promess，日本的Janome、DDK，韓國的C&M等都先后推出了與電缸一體的電子伺服壓力機系統方案，但在消除機器變形，以及數據分析上并未做更深的研究，對于客戶要求定制化的曲線分析功能，以及復雜的外設邏輯處理靈活性也不夠強。

伺服壓力機控制系統是整個壓力機的核心。本系統基于Qt+研控MCN420控制器，在Windows系統上通過總線通訊調用MCN420的運動函數動態庫，實現了數據采集、運動邏輯可編程、以及強大的曲線數據分析，和定制化的質量檢測等功能。

1 系統硬件方案

系統的硬件架構如圖1所示，其中主要包括：工業平板電腦、運動控制器、伺服驅動器、電機、電缸、光柵尺、壓力傳感器、擴展IO模塊。MCN420與伺服驅動器的連接，對驅動器輸入模擬信號，通過光柵尺或者壓力傳感器的反饋實現位置閉環控制，重復精度為0.01mm或者壓力閉環控制，重復精度小于等于±1%。位置重復精度過大由于機器在承載受力情況下的機身背板變形引起，位置控制來源光柵尺可以減小機器變形帶來的誤差。在鉚壓成型工藝中對于毛坯尺寸不一的產品，高精度的壓力閉環模式能解決因尺寸不一樣帶來的壓力過沖問題。

圖1 系統硬件架構圖

2 運動控制

2.1 系統框架設計

該系統是整個壓力機的控制核心，主要功能如圖2所示，包含運動邏輯程序編寫及編譯，曲線顯示、質量檢測、過程數據存儲和分析，以及IO監測、文件管理等功能，實現了用戶在UI界面運動邏輯、IO邏輯可編程。利用底層高速的數據采集，可針對特殊材料的特性進行準確分析和精準的質量判定，增加了除普通點檢測功能外的窗口判定、拐點判定，以及其他特殊點的判定方式。通過Posgresql數據庫存儲的大量數據，初步實現了生產數據的統計以及查詢范圍內的趨勢顯示等功能。

圖2系統功能框架圖

2.2 運動程序設計

控制系統的運動控制模塊主要包含了程序命令的編寫、語法檢測、轉換。為了減少程序編寫的錯誤，在UI界面采用類似的MOVEP，MOVEL，MOVEF等指令。在軟件設計時，利用虛函數的多態性將接口與實現分離，用一個CMotionControl的類包含所有基本的運動控制的函數，然后創建一個繼承于該類的CYanKoMotion類實現具體的運動控制，然后在CYanKoMotion類中實現軸的各種控制模式的運動以及運動狀態的獲取。代碼如下：

classCMotionControl:publicQObject

{

Q_OBJECT

public:

CMotionControl(AllData*allData);//初始化

public:

AllData*data;

virtual TMotionStatus AxisMotion(TTeachFiletTeachFile,intiProg)=0;//軸運動模塊

virtual void MotionMonitor()=0;//所有運動狀態監控

virtual void MotionStop()=0;//運動停止

virtual void StartMotionRun(intiProg,boolbStart)=0;//運動開始

virtual void MotionStatus()=0;//運動狀態

virtual TMotionStatus DeviceIOManage

(TTeachFiletTeachFile,intiProg)=0;//設備IO監控

…….

在程序完成編輯，語法檢測無誤后，將所有程序指令中包含數據進行轉換。運動程序啟動循環到相應的行號時傳入AxisMotion()中，通過運動函數寫入控制器并啟動運動。在MotionMonitor()中監控IO變化狀態或者用于其他邏輯判斷變量的變化。一個基本的壓裝程序可以做如下編寫：

MOVEP X100.00Vel=100;//快進

MOVEP X120.00Vel=20;//探測

MOVEF X50.00Vel=10;//壓裝

MOVEP X10.00Vel=100;//回退

2.3 數據分析及質量檢測

2.3.1數據分析

對存儲的數據進行分析提取材料特性，從而設置合理的檢測參數，結合外部的其他檢測設備組成生產、檢測一體的全自動化流水線是將來伺服壓力機發展的主要趨勢。目前在系統中對終止壓力、終止位置、接觸位置、最大壓力、合格率、生產計數進行了統計。圖3為生產統計圖，用于數據分析圖之數據統計分析。

圖3生產統計圖

從存儲在數據庫中的數據可以對任意10條曲線進行分析對比，圖4為曲線對比圖

圖4 曲線對比圖

2.3.2質量分析

壓力機目前常用的檢測方法有點檢測、區域檢測、窗口檢測，基本能滿足大部分的產品檢測需求。在針對部分汽車零部件產品要求找到應力突變點，或者更為精確的接觸產品表面位置等，通過這些特性來判定產品是否合格?？刂破鞯讓訉⒔佑|表面位置鎖存，鎖存周期誤差在1ms以內。通過1ms采集周期的數據在應用層經過算法計算找到力突變的拐點，圖5為拐點查詢示意圖，圖中加粗的點為計算拐點。

圖5 拐點查詢示意圖

3 結束語

本文研究了在Qt平臺上基于IPC+研控MCN420運動控制器在電子伺服壓力機上的應用。通過上位機系統的操作，實現了壓力機主軸的基本工藝運動動作、曲線分析、數據存儲、質量檢測等功能。通過在汽車零部件、電機等行業的實際工業現場應用，證明位置重復精度和壓力重復精度、產品檢測合格率等指標均能滿足大部分的客戶需求。