一种工位可编辑的多功能伺服转台控制系统的制作方法

1.本实用新型属于转台制造技术领域，尤其涉及一种工位可编辑的多功能伺服转台控制系统。


背景技术：

2.当前国内外的转台应用于金属成型、汽车、航空、包装、建筑、船舶、机床等行业，用户可涵盖汽车主机厂、汽车零部件厂、包装厂等，行业中所采用的转台多为机械式转台和伺服转台，机械式转台多采用变频器控制转台电机，采用外部传感器监测转台位置，常规的伺服转台采用伺服驱动器控制转台伺服电机，采用编码器监控转台位置，实现闭环控制。
3.行业中的机械式转台多采用开环变频控制，需要另外设置外部传感器如接近开关对转台运行工位和工况监测，转台凸轮需配合检测传感器加工接近检测点，且转台运行工况由凸轮决定，如需改变工况就需要改变凸轮结构甚至直接更换转台，以致设备成本高，产品运行状态单一不灵活，无法适应行业多元化的需要；常规的伺服转台采用伺服电机编码器反馈转台位置，位置闭环控制方式较开环控制很大提高了转台运行精度，且精简了设备，但有着工位编辑度小甚至不可编辑，仅能应用于多等分角度工位的场合，不同工位的工况(如速度、加减速、停顿时间)难以给定，且不同工况的配方数据难以记忆，因此，常规伺服转台较机械转台虽精度和灵活性有所提高，但还是不能满足日益提升的行业多元化的要求。
4.现有技术方案中提及的转台控制方式存在着以下弊端：
5.机械式转台一般采用变频器控制，需要另外配置外部传感器以监测转台工位，同时转台凸轮在机械设计前期就需考虑工况，以致转台的使用灵活性和可调整性差，而且机械式转台采用开环控制，从而精度低，可调速功能平滑性差。
6.常规伺服转台虽采用伺服控制系统，以伺服电机编码器实现转台位置闭环控制，但由于控制程序的单一，只能运行于多等分工位运行的场合，无法满足不同工位需要不同运行速度和加减速的情况，也无法满足不规则角度工位的要求，对于不同工况的多种运行模式也无法实现配置参数的记忆和备份，从而相比较于机械式转台虽然有着更为灵活的优势，但是依然达不到当下行业内的灵活性要求。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本实用新型提出了工位可编辑的多功能伺服转台控制系统，对工位进行编辑，对于不同工况的多种运行模式实现配置参数的记忆和备份。
8.为实现上述目的，本实用新型公开的工位可编辑的多功能伺服转台控制系统，包括高性能伺服驱动器a0，可编程逻辑控制器a1，触摸屏hmi和低压供电系统组成，低压供电系统由进线断路器f0、f1、f2，进线端子x1，控制回路电源端子xv+、xv-，电柜冷却风机m11、m12，开关电源t1，接触器km、抱闸接触器kbr和编码器盒；
9.所述进线断路器f0控制外部电源的通断，所述进线断路器f0的出线端接入所述进线端子x1，所述进线端子x1出线接入所述电柜冷却风机m11和m12，所述进线端子x1出线同
时接入控制电源所述进线断路器f1，进而控制所述开关电源t1得电；
10.所述开关电源t1出线端电压直流24v正负极分别接入控制回路电源端子xv+、xv-，供电回路中的直流24v负载分别通过导线从控制回路电源端子xv+、xv-上取电，所述进线断路器f2进线端连接到x1端子三相交流电，f2出线通过接触器km接入伺服驱动器主回路进线端子r、s、t，伺服驱动器主回路出线端子u、v、w接到伺服电机电源端子，伺服驱动器控制端子cn1的开关量输出端do3+、do3-控制所述抱闸接触器kbr线圈电源通断，伺服电机抱闸接线端通过所述抱闸接触器kbr主触点a1，a2接入24v直流电源。
11.进一步地，还包括急停按钮s0，所述急停按钮s0控制接触器km线圈得电，主触点1-2、3-4、5-6控制伺服驱动器主回路得电。
12.进一步地，可编程逻辑控制器a1和触摸屏hmi由控制回路电源端子xv+、xv-供电，可编程逻辑控制器a1的ethernet端口通过网线连接到触摸屏hmi的以太网口，可编程逻辑控制器a1的ethercat端口通过网线连接到伺服驱动器的ethercat通讯端子cn4的in接口。
13.进一步地，还包括编码器盒，所述编码器盒通过编码器电缆接入伺服驱动器编码器信号端子cn2。
14.进一步地，可编程逻辑控制器a1通过ethercat现场总线对伺服驱动器进行控制，伺服驱动器通过pmw脉冲宽度调制波型控制伺服电机转速和扭矩，伺服电机通过编码器反馈当前位置给伺服驱动器以供系统闭环运动控制。
15.本实用新型的有益效果如下：
16.本实用新型在原来行业传统的常规伺服转台控制系统的基础上增加了工位编辑的功能，原技术只适用于工位均匀，运动状态单一的工况，对于现如今灵活性要求高精度要求大的行业要求来说，传统的伺服转台控制系统已经逐渐满足不了需求，转台控制的工位编辑功能很好的弥补了这一点，实现了灵活控制的要求，而且通过多段位位置保存功能，对常用的工况配置进行记忆，对于数量较多的工位要求，只需增加io点数，通过编程定义数字量输入点功能即可以几何级数增加工位储备的数量级，从而使转台对不同工况的应对能力大大增加，减少了用户更换配置的硬件需要，极大降低了生产成本，实现效益的提升。
附图说明
17.图1本实用新型的电气原理图局部之一；
18.图2本实用新型的电气原理图局部之二；
19.图3本实用新型的电气原理图局部之三；
20.图4本实用新型的控制系统结构框图。
具体实施方式
21.下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变换或替换，均属于本实用新型的保护范围。
22.参考图1-图3，本实用新型公开的工位可编辑的多功能伺服转台的控制系统包括高性能伺服驱动器a0，可编程逻辑控制器a1(plc)，触摸屏(hmi)和低压供电系统组成，低压供电系统由断路器f0、f1、f2，进线端子x1，控制回路电源端子xv+、xv-，柜内冷却风机m11、m12,开关电源t1，接触器km、kbr，编码器盒组成。
23.进线断路器f0控制外部电源的通断，f0出线端接入进线端子x1，x1出线接入电柜冷却风机m11和m12，x1出线同时接入控制电源断路器f1，进而控制开关电源t1得电，开关电源t1出线端电压直流24v正负极分别接入控制回路电源端子xv+、xv-，供电回路中的直流24v负载分别通过导线从控制回路电源端子xv+、xv-上取电，伺服驱动器进线断路器f2进线端连接到x1端子三相交流电，f2出线通过接触器km接入伺服驱动器主回路进线端子r、s、t，伺服驱动器主回路出线端子u、v、w接到伺服电机电源端子，伺服驱动器控制端子cn1的开关量输出端do3+、do3-控制抱闸接触器kbr线圈电源通断，伺服电机抱闸接线端通过抱闸接触器kbr主触点a1，a2接入24v直流电源，急停按钮s0控制接触器km线圈得电，主触点1-2、3-4、5-6控制伺服驱动器主回路得电，plc和hmi由控制回路电源端子xv+、xv-供电，plc的ethernet端口通过网线连接到hmi的以太网口，plc的ethercat端口通过网线连接到伺服驱动器的ethercat通讯端子cn4的in接口，伺服电机编码器盒通过编码器电缆接入伺服驱动器编码器信号端子cn2。
24.hmi-humanmachineinterface，具有触摸输入功能的人机界面产品称为“触摸屏”。hmi用来连接可编程序控制器(plc)变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元(如触摸屏、键盘、鼠标等)写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备。“触摸屏”仅是人机界面产品中可能用到的硬件部分，是一种替代鼠标及键盘部分功能，安装在显示屏前端的输入设备。
25.以下对上述可编辑的多功能伺服转台控制系统的具体实例结合附图详述其工作原理：
26.如图4为此工位可编辑的多功能伺服转台控制系统的结构框图，其中低压供电系统向触摸屏hmi、plc和伺服驱动器供电，plc和hmi之间通过ethernet以太网建立通讯控制，plc通过ethercat现场总线对伺服驱动器进行控制，伺服驱动器通过pmw脉冲宽度调制波型控制伺服电机转速和扭矩，伺服电机通过编码器反馈当前位置给伺服驱动器以供系统闭环运动控制。
27.下面结合运行实例和系统的工作流程对此种工位可编辑的多功能伺服转台控制系统作功能性说明，：进入系统后，选择转台运行模式，选择编辑工位模式，plc触发编辑工位模式(sbr编辑工位模式)运行，sbr编辑工位模式中还分为两种运行状态，即编辑模式单工位运行状态和编辑模式多工位循环状态，编辑模式多工位循环状态和编辑模式单工位运行状态定义取单字整数类型(int型)数据，定义至plc的寄存器(保持用寄存器d206.0和d209.0)，hmi可调用和写入寄存器的值来监控和选择转台运行编辑工位模式的状态，寄存器d206.0和d209.0分别带一对常闭触点状态指令以互锁，表明二者逻辑上不能同时运行，hmi选择编辑模式多工位循环状态后，设置工位信息参数，即工位角度目标位置arposition(arposition是运动控制轴系统变量目标位置，属于real型数据，即实数类型数据)，后面简称arpos.，工位运行速度arvelocity(arvelocity是运动控制轴系统变量目标速度，属于real型数据),后面简称arvel.，工位运行加速度(aracceleration是运动控制轴系统变量目标加速度，属于real型数据),后面简称aracc.，工位运行减速度(ardeceleration是运动控制轴系统变量目标减速度，属于real型数据),后面简称ardec.，和工位运行方向ai方向(ai方向是运动控制轴系统变量方向，属于int型数据，即单字整数类型数据)，方向设置数据为：0是顺时针，1是逆时针如转台设置为3工位(工况a)运行，要求如下：
28.第一工位位置设置为60
°
，速度为100
°
/s，加速度90
°
/s2，减速度90
°
/s2，方向为顺时针；
29.第二工位位置设置为300
°
，速度为150
°
/s，加速度200
°
/s2，减速度100
°
/s2，方向为顺时针；
30.第三工位位置设置为240
°
，速度为50
°
/s，加速度70
°
/s2，减速度120
°
/s2，方向为逆时针；
31.工位运行顺序为第一工位
→
第二工位
→
第三工位，此三工位运行完后再运行至第一工位60
°
，进入下一轮循环。
32.触摸屏中按照此参数设置后，系统寄存器变量设置如下表：
33.变量名称值变量名称值变量名称值变量名称值变量名称值arpos160arvel1100aracc190ardec190ai方向10arpos2300arvel2150aracc2200ardec2100ai方向20arpos3240arvel350aracc370ardec3120ai方向31
34.以上变量写入对应的plc寄存器(d值)如下表：
[0035][0036]
转台工位信息参数编辑设置完成后，设置工位运行功能设置，设置开始工位一，结束工位三，循环中工位介入值由plc的io输入继电器给定，输入端x0、x1、x2、x3、x4定义为多段位二进制bit值(此例中选用五位二进制值)，对应关系为x0-bit0、x1-bit1、x2-bit2、x3-bit4、x4-bit5,则工位一的二进制值为00001，输入状态为bit0置on,其余bit置off；工位二的二进制值为00010，输入状态为bit1置on，其余bit置off,；工位三的二进制值为00011，输入状态为bit0和bit1置on，其余bit置off,通过him上编辑模式多工位循环启动指令(定义至寄存器d207.0)，转台就开始依照写入的工况参数开始循环运转，这种按照用户需求自定义不规则工位运行的功能(自由选择各工位的位置，运行速度，加减速)是此种转台控制系统的另一大优势。
[0037]
如果以上工况作为用户常用的某一种工位工况，在某种情况下，用户需要在此站台上加工另一种产品，则在此种工位可编辑的多功能伺服转台控制系统中，可以保留原来的工位配方(工况a)，只要确保记忆的工位总量小于总的bit数，即本例中25＝32个工位即可，如需增加记忆的工位总量，只需增加plc输入继电器即plc数字量输入点的定义，即增加多段位二进制值得位数即可，将上述例子中的工况记录为工况a，以下举例工况b来说明此系统的多工况记忆功能：
[0038]
如转台设置为2工位运行：
[0039]
第四工位位置设置为150
°
，速度为20
°
/s，加速度20
°
/s2，减速度50
°
/s2，方向为逆时针；
[0040]
第五工位位置设置为240
°
，速度为60
°
/s，加速度60
°
/s2，减速度120
°
/s2，方向为顺时针；
[0041]
工位运行顺序为第四工位
→
第五工位，此第五工位运行完后再运行至第四工位150
°
，进入下一轮循环。
[0042]
触摸屏中按照此参数设置后，系统寄存器变量设置如下表：
[0043]
变量名称值变量名称值变量名称值变量名称值变量名称值arpos4150arvel120aracc120ardec150ai方向11arpos5240arvel260aracc260ardec2120ai方向20
[0044]
变量写入对应的plc寄存器(d值)如下表：
[0045][0046]
转台工位信息参数编辑设置完成后，设置工位运行功能设置，设置开始工位四，结束工位五，工位四的二进制值为00100，输入状态为bit2置on,其余bit至off；工位五的二进制值为00101，输入状态为bit0和bit2置on，其余bit至off,通过him上编辑模式多工位循环启动指令(寄存器d207.0)，转台依照写入的工况参数开始循环运转。
[0047]
如需恢复至工况a运行状态，只需切换开始工位和结束工位的值(设置开始工位一，结束工位三)，无需重新编辑工位配方信息，这种记忆功能是此种转台控制系统的另一大优势。
[0048]
在此种编辑工位模式下还设置编辑模式单工位运行状态，此运行状态为触发一次运行一个工位，沿用上述的五个工位例子说明，界面选取单工位运行状态(寄存器状态d209.0至on)，界面选取bit值，输入按钮bit0和bit1置on，其余bit至off，点击触发单工位运行启动指令(定义至寄存器d208.0，至on)，则转台以速度为50
°
/s，加速度70
°
/s2，减速度120
°
/s2，方向为逆时针的运动状态运行至第三工位，即240
°
，再次操作，希望转台其运行至第一工位60
°
，则界面bit状态设置bit0置on,其余bit至off，点击触发单工位运行启动指令(d208.0至on)，则转台以速度为100
°
/s，加速度90
°
/s2，减速度90
°
/s2，方向为顺时针旋转至第一工位60
°
，此模式下便于手动切换工位，切换工位只需设置相应的bit值即可。
[0049]
此多功能伺服转台控制系统还保留了常规控制模式下的jog(点动功能)，多等分工位运行(圆周等分角度设置工位运行，分单次手动触发和循环运行)，可以根据实际工况要求灵活切换。
[0050]
本实用新型中的可编程逻辑控制器和其它模块均为硬件，本实用新型中对工位编辑是通过触摸屏输入信息后，将信息存入寄存器中实现的，均为现有的硬件技术，不涉及对软件的改进。
[0051]
本实用新型的有益效果如下：
[0052]
本实用新型在原来行业传统的常规伺服转台控制系统的基础上增加了工位编辑的功能，原技术只适用于工位均匀，运动状态单一的工况，对于现如今灵活性要求高精度要求大的行业要求来说，传统的伺服转台控制系统已经逐渐满足不了需求，转台控制的工位编辑功能很好的弥补了这一点，实现了灵活控制的要求，而且通过多段位位置保存功能，对常用的工况配置进行记忆，对于数量较多的工位要求，只需增加io点数，通过编程定义数字量输入点功能即可以几何级数增加工位储备的数量级，从而使转台对不同工况的应对能力
大大增加，减少了用户更换配置的硬件需要，极大降低了生产成本，实现效益的提升。
[0053]
本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。本文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本技术中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“x使用a或b”意指自然包括排列的任意一个。即，如果x使用a；x使用b；或x使用a和b二者，则“x使用a或b”在前述任一示例中得到满足。
[0054]
而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。
[0055]
本实用新型实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。
[0056]
综上所述，上述实施例为本实用新型的一种实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何背离本实用新型的精神实质与原理下所做的改变、修饰、代替、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种工位可编辑的多功能伺服转台控制系统，其特征在于，包括高性能伺服驱动器a0，可编程逻辑控制器a1，触摸屏hmi和低压供电系统组成，低压供电系统由进线断路器f0、f1、f2，进线端子x1，控制回路电源端子xv+、xv-，电柜冷却风机m11、m12，开关电源t1，接触器km、抱闸接触器kbr和编码器盒；所述进线断路器f0控制外部电源的通断，所述进线断路器f0的出线端接入所述进线端子x1，所述进线端子x1出线接入所述电柜冷却风机m11和m12，所述进线端子x1出线同时接入控制电源所述进线断路器f1，进而控制所述开关电源t1得电；所述开关电源t1出线端电压直流24v正负极分别接入控制回路电源端子xv+、xv-，供电回路中的直流24v负载分别通过导线从控制回路电源端子xv+、xv-上取电，所述进线断路器f2进线端连接到x1端子三相交流电，f2出线通过接触器km接入伺服驱动器主回路进线端子r、s、t，伺服驱动器主回路出线端子u、v、w接到伺服电机电源端子，伺服驱动器控制端子cn1的开关量输出端do3+、do3-控制所述抱闸接触器kbr线圈电源通断，伺服电机抱闸接线端通过所述抱闸接触器kbr主触点a1，a2接入24v直流电源。2.根据权利要求1所述的工位可编辑的多功能伺服转台控制系统，其特征在于，还包括急停按钮s0，所述急停按钮s0控制接触器km线圈得电，主触点1-2、3-4、5-6控制伺服驱动器主回路得电。3.根据权利要求1所述的工位可编辑的多功能伺服转台控制系统，其特征在于，可编程逻辑控制器a1和触摸屏hmi由控制回路电源端子xv+、xv-供电，可编程逻辑控制器a1的ethernet端口通过网线连接到触摸屏hmi的以太网口，可编程逻辑控制器a1的ethercat端口通过网线连接到伺服驱动器的ethercat通讯端子cn4的in接口。4.根据权利要求1所述的工位可编辑的多功能伺服转台控制系统，其特征在于，还包括编码器盒，所述编码器盒通过编码器电缆接入伺服驱动器编码器信号端子cn2。5.根据权利要求1所述的工位可编辑的多功能伺服转台控制系统，其特征在于，可编程逻辑控制器a1通过ethercat现场总线对伺服驱动器进行控制，伺服驱动器通过pmw脉冲宽度调制波型控制伺服电机转速和扭矩，伺服电机通过编码器反馈当前位置给伺服驱动器以供系统闭环运动控制。

技术总结
本实用新型公开了一种工位可编辑的多功能伺服转台控制系统，包括高性能伺服驱动器，可编程逻辑控制器，触摸屏，制动电阻R和低压供电系统组成，低压供电系统由进线断路器F0、F1、F2，进线端子X1，控制回路电源端子XV+、XV-，电柜冷却风机M11、M12，开关电源T1，接触器KM、抱闸接触器KBR和编码器盒；进线断路器F0控制外部电源的通断，进线断路器F0的出线端接入进线端子X1，进线端子X1出线接入电柜冷却风机，进线端子X1出线同时接入控制电源进线断路器F1，进而控制开关电源T1得电。本实用新型可灵活控制，对常用的工况配置进行记忆，减少了用户更换配置的硬件。换配置的硬件。换配置的硬件。


技术研发人员：温国珍
受保护的技术使用者：高思博传动机械(无锡)有限公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/7/17