【摘要】電子伺服壓力機因其高精度、高響應(yīng)的優(yōu)勢逐漸取代傳統(tǒng)的液壓、伺服液壓等設(shè)備而被廣泛應(yīng)用于電機軸承、汽車零部件、3C等行業(yè)產(chǎn)品裝配以及產(chǎn)品鉚壓成型。相對傳統(tǒng)的PLC方案，研控MCN420運動控制器針對裝配行業(yè)的應(yīng)用增加了位置全閉環(huán)控制和壓力全閉環(huán)控制，有效的提高了伺服壓力機整體的位置精度和壓力精度，減少因機器變形和產(chǎn)品毛坯尺寸造成的產(chǎn)品不良率。高速的數(shù)據(jù)采集功能給產(chǎn)品分析提供了更為精確的篩選數(shù)據(jù)，從而能更有效的分析產(chǎn)品特性，提高產(chǎn)品工藝要求。此系統(tǒng)提供了界面邏輯編程，用戶可根據(jù)實際工藝需求，配合本地IO接口或者擴展IO模塊與外部設(shè)備進行信號交互。

【關(guān)鍵詞】研控、MCN420運動控制器、伺服壓力機控制系統(tǒng)、裝配

0 引言

隨著工業(yè)4.0的發(fā)展，目前國內(nèi)市場在裝配、鉚壓成型等應(yīng)用上對產(chǎn)品的精度以及數(shù)據(jù)采集、分析存儲功能需求的不斷提升。傳統(tǒng)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(jīng)滿足不了。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(tǒng)方案，但在消除機器變形，以及數(shù)據(jù)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(fù)雜的外設(shè)邏輯處理靈活性也不夠強。

伺服壓力機控制系統(tǒng)是整個壓力機的核心。系統(tǒng)基于Qt+研控MCN420控制器，在Windows系統(tǒng)上通過總線通訊調(diào)用MCN420的運動函數(shù)動態(tài)庫，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、運動邏輯可編程、以及強大的曲線數(shù)據(jù)分析，和定制化的質(zhì)量檢測等功能。

1、系統(tǒng)硬件方案

系統(tǒng)的硬件如圖1：主要包括：工業(yè)平板電腦、運動控制器、伺服驅(qū)動器、電機、電缸、光柵尺、壓力傳感器、擴展IO模塊。MCN420與伺服驅(qū)動器的連接，對驅(qū)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(xiàn)位置閉環(huán)控制，重復(fù)精度為0.01mm或者壓力閉環(huán)控制，重復(fù)精度小于等于±1%。位置重復(fù)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(chǎn)品，高精度的壓力閉環(huán)模式能解決因尺寸不一樣帶來的壓力過沖問題。

2、運動控制

2.1、系統(tǒng)框架設(shè)計

系統(tǒng)是整個壓力機的控制核心，主要功能如圖2，包含運動邏輯程序編寫及編譯，曲線顯示、質(zhì)量檢測、過程數(shù)據(jù)存儲和分析以及IO監(jiān)測、文件管理等功能。實現(xiàn)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(shù)據(jù)采集，可針對特殊材料的特性進行準確分析和精準的質(zhì)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(shù)據(jù)庫存儲的大量數(shù)據(jù)，初步實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計以及查詢范圍內(nèi)的趨勢顯示等功能。

2.2、運動程序設(shè)計

控制系統(tǒng)的運動控制模塊主要包含了程序命令的編寫、語法檢測、轉(zhuǎn)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(shè)計時，利用虛函數(shù)的多態(tài)性將接口與實現(xiàn)分離，用一個CMotionControl的類包含所有基本的運動控制的函數(shù)，然后創(chuàng)建一個繼承于該類的 CYanKoMotion類實現(xiàn)具體的運動控制，然后在CYanKoMotion類中實現(xiàn)軸的各種控制模式的運動以及運動狀態(tài)的獲取。代碼如下：

class CMotionControl : public QObject

{

Q_OBJECT

public:

CMotionControl(AllData *allData);//初始化

public:

AllData *data;

virtual  TMotionStatus  AxisMotion(TTeachFile tTeachFile,int iProg) = 0;//軸運動模塊

virtual  void MotionMonitor() =0;//所有運動狀態(tài)監(jiān)控

virtual  void MotionStop() = 0;//運動停止

virtual  void StartMotionRun(int iProg ,bool bStart) = 0;//運動開始

virtual  void MotionStatus() = 0;//運動狀態(tài)

virtual  TMotionStatus DeviceIOManage(TTeachFile tTeachFile,int iProg) = 0;//設(shè)備IO監(jiān)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(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。運動程序啟動循環(huán)到相應(yīng)的行號時傳入AxisMotion()中，通過運動函數(shù)寫入控制器并啟動運動。在MotionMonitor()中監(jiān)控IO變化狀態(tài)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  X100.00  Vel= 100;//快進

        MOVEP  X120.00  Vel=20;//探測

        MOVEF  X50.00   Vel= 10;//壓裝

        MOVEP  X10.00   Vel= 100;//回退

2.3  數(shù)據(jù)分析及質(zhì)量檢測

    2.3.1 數(shù)據(jù)分析

對存儲的數(shù)據(jù)進行分析提取材料特性，從而設(shè)置合理的檢測參數(shù)，結(jié)合外部的其他檢測設(shè)備組成生產(chǎn)、檢測一體的全自動化流水線是將來伺服壓力機發(fā)展的主要趨勢。目前在系統(tǒng)中對終止壓力、終止位置、接觸位置、最大壓力、合格率、生產(chǎn)計數(shù)進行了統(tǒng)計。如下生產(chǎn)統(tǒng)計圖，數(shù)據(jù)分析圖之數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

從存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以對任意10條曲線進行分析對比，如下曲線對比圖。

2.3.2、質(zhì)量分析

壓力機目前常用的檢測方法有點檢測、區(qū)域檢測、窗口檢測。基本能滿足大部分的產(chǎn)品檢測需求。在針對部分汽車零部件產(chǎn)品要求找到應(yīng)力突變點，或者更為精確的接觸產(chǎn)品表面位置等，通過這些特性來判定產(chǎn)品是否合格。控制器底層將接觸表面位置鎖存，鎖存周期誤差在1ms以內(nèi)。通過1ms采集周期的數(shù)據(jù)在應(yīng)用層經(jīng)過算法計算找到力突變的拐點，如拐點查詢示意圖，圖中加粗的點為計算拐點。

3 結(jié)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(yīng)用。通過上位機系統(tǒng)的操作實現(xiàn)了壓力機主軸的基本工藝運動動作、曲線分析、數(shù)據(jù)存儲、質(zhì)量檢測等功能。通過在汽車零部件、電機等行業(yè)的實際工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用，證明位置重復(fù)精度和壓力重復(fù)精度、產(chǎn)品檢測合格率等指標能滿足大部分的客戶需求。