喬禮惠，劉寧書

（江蘇國(guó)力鍛壓機(jī)床有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225009）

我公司近年來(lái)開發(fā)的伺服泵控油壓機(jī)因其具有節(jié)能、降噪、控制精度高等顯著優(yōu)點(diǎn)，在市場(chǎng)上獲得一致的好評(píng)，銷量也出現(xiàn)逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。但隨著汽車及零配件行業(yè)需求的增長(zhǎng)，客戶對(duì)生產(chǎn)母機(jī)機(jī)床的生產(chǎn)效率要求也越來(lái)越高，促使了機(jī)床的運(yùn)行速度越來(lái)越快，同時(shí)伴隨著用工成本的不斷增加，也促進(jìn)了自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而產(chǎn)生了單個(gè)自動(dòng)加工單元，可實(shí)現(xiàn)零件單個(gè)工序的自動(dòng)化生產(chǎn)。但同時(shí)也可以將多個(gè)自動(dòng)加工單元進(jìn)行整合實(shí)現(xiàn)多工序零件的加工，不但可以解放出更多的勞動(dòng)力資源，而且企業(yè)的綜合運(yùn)行成本也大大的降低。采用旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)合機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)各工序之間零件的無(wú)縫連接，降低等料時(shí)間，最大化的提升生產(chǎn)效率。通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)行機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳送，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)加工單元的遠(yuǎn)程診斷，可實(shí)現(xiàn)協(xié)助使用者迅速排查出故障，解決問題恢復(fù)生產(chǎn)。

1 自動(dòng)加工單元構(gòu)成

圖1 加工單元現(xiàn)場(chǎng)布置圖

單個(gè)自動(dòng)加工單元由一臺(tái)六軸關(guān)節(jié)式機(jī)器人和一臺(tái)高速伺服泵控油壓機(jī)組成（如圖1所示）。本案例中共有三個(gè)自動(dòng)加工單元采用品字型排布型式，圍繞旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)。留出一邊便于上下料，整個(gè)生產(chǎn)線即可實(shí)現(xiàn)單個(gè)自動(dòng)加工單元的運(yùn)行也能實(shí)現(xiàn)三個(gè)加工單元的聯(lián)線工作。聯(lián)線控制采用現(xiàn)場(chǎng)總線通訊方式，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定可靠同時(shí)處理速度快，并配置專用監(jiān)控系統(tǒng)。

1.1 機(jī)器人

機(jī)器人為標(biāo)準(zhǔn)六軸，通過伺服無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)板料的水平移動(dòng)，端部安裝的端拾器可旋轉(zhuǎn)180°，安裝有兩路氣源，可實(shí)現(xiàn)上下料一次搬運(yùn)到位。同時(shí)端拾器上安裝有雙料檢測(cè)系統(tǒng)，可檢測(cè)被提升起的板料厚度，如果發(fā)現(xiàn)雙料，機(jī)器人將最多三次重復(fù)抓料，如仍不能解決問題，機(jī)器人將停止操作，發(fā)出警告提示操作者，去除雙料的工作由手動(dòng)操作完成。

1.2 高速伺服泵控油壓機(jī)

機(jī)床滑塊驅(qū)動(dòng)采用中間柱塞缸+兩側(cè)活塞缸結(jié)構(gòu)，下壓過程采用公司已授權(quán)的噸位轉(zhuǎn)換技術(shù)提高壓制效率，回程僅往活塞缸供油提高滑塊回程速度。泵控伺服應(yīng)用的目的是當(dāng)系統(tǒng)需要的流量發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟隨流量指令的大小而變化，使得油泵的輸出流量發(fā)生變化，即真正做到“要多少給多少”的控制，因此實(shí)現(xiàn)了無(wú)極調(diào)試，高柔性，高精度和節(jié)能。

1.3 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)

旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的控制可根據(jù)零件工序要求進(jìn)行設(shè)置，可通過操作界面快速便捷的實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)速度、工位的設(shè)定。在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)下部設(shè)有氣動(dòng)錐銷，待旋轉(zhuǎn)到工作時(shí)自動(dòng)進(jìn)行插銷以保證工作臺(tái)的定位精度。

2 PID控制技術(shù)

在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）進(jìn)行的控制器是應(yīng)用最廣泛的一種自動(dòng)控制器，因其具有原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、控制參數(shù)相互獨(dú)立、參數(shù)選定比較簡(jiǎn)單、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。所以當(dāng)設(shè)計(jì)人員不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象或不能通過有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合采用PID控制技術(shù)。在本方案單個(gè)自動(dòng)加工單元中，油壓機(jī)的定程位置精度和定壓精度采用了PID控制技術(shù)。具體做法為邏輯動(dòng)作順序控制采用歐姆龍CP1H系列PLC控制，而將機(jī)床上的位移傳感器信號(hào)、壓力傳感器信號(hào)提供給PID控制模塊（控制系統(tǒng)組成框圖如圖2所示），PLC與PID控制模塊間采用Modbus通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，滿足伺服泵控油壓機(jī)在高速運(yùn)行狀態(tài)下的精度保證。在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)時(shí)依賴于工作經(jīng)驗(yàn)，確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小，而在實(shí)際調(diào)試時(shí)，我們先大致設(shè)定了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，然后再根據(jù)調(diào)節(jié)效果進(jìn)行修改。

圖2 控制系統(tǒng)組成框圖

3 遠(yuǎn)程診斷

好的控制系統(tǒng)應(yīng)該具備網(wǎng)絡(luò)支持功能，以便充分發(fā)揮它控制能力的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)如果只有幾個(gè)輸入接口來(lái)控制幾個(gè)預(yù)設(shè)的位置，卻不能簡(jiǎn)單快捷的從外部獲得設(shè)定點(diǎn)的最新參數(shù)，那也算不上靈活。先進(jìn)的控制系統(tǒng)具有現(xiàn)場(chǎng)總線能很方便地實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人、HMI、PLC等的信息互換。我們?cè)诼?lián)線控制系統(tǒng)中繪制出期望的運(yùn)動(dòng)曲線，而通過實(shí)時(shí)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)曲線的采集并比較以及相關(guān)的控制信號(hào)的監(jiān)控，進(jìn)而對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)以及必要的診斷修復(fù)（如圖3所示），按故障出現(xiàn)對(duì)機(jī)床動(dòng)作的影響進(jìn)行報(bào)警信息的分級(jí)，以便及時(shí)了解機(jī)床的故障狀態(tài)評(píng)估修復(fù)時(shí)間調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，避免出現(xiàn)待工情況。觸摸屏作為人機(jī)界面，會(huì)對(duì)機(jī)床運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)、信號(hào)、狀態(tài)進(jìn)行采集、顯示，所以選取觸摸屏帶以太網(wǎng)口的做法是有一定優(yōu)勢(shì)的，而之所以采用以太網(wǎng)是因?yàn)橐蕴W(wǎng)技術(shù)應(yīng)用廣泛，為所有的編程語(yǔ)言所支持；易于與Internet連接，實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接；通信速度快、穩(wěn)定性高；可持續(xù)發(fā)展的空間大。

圖3 遠(yuǎn)程診斷監(jiān)控畫面

4 安全防護(hù)系統(tǒng)

整個(gè)生產(chǎn)線的安全措施通過硬件和軟件相結(jié)合的方式保障人員和設(shè)備的安全。硬件措施指在生產(chǎn)線的外圍設(shè)置有防護(hù)圍欄、安全門和安全鎖等裝置，并具有必要的聯(lián)鎖保護(hù)。在防護(hù)欄的適當(dāng)位置設(shè)有安全門，有的門上均安裝有安全開關(guān)及按鈕盒，按鈕盒上設(shè)置有復(fù)位、開門允許、急停等按鈕用于相關(guān)的操作控制。安全門非正常打開時(shí)，系統(tǒng)停止運(yùn)行并報(bào)警，在安全門關(guān)閉確認(rèn)到位后，按該門上的“循環(huán)開始”帶燈按鈕，生產(chǎn)線才能啟動(dòng)。當(dāng)生產(chǎn)線運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，即使機(jī)器人及油壓機(jī)不在起始點(diǎn)時(shí)也允許打開安全門，門鎖打開后安全檢測(cè)器工作，允許維護(hù)人員進(jìn)入，機(jī)器人和旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)此時(shí)在自動(dòng)方式下無(wú)法運(yùn)行，但油壓機(jī)可在調(diào)整模式下運(yùn)行。軟件措施主要為采用安全PLC進(jìn)行控制，所有緊急停止信號(hào)、安全聯(lián)鎖信號(hào)全部連入安全PLC系統(tǒng)，通過程序編程進(jìn)行互鎖控制。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)客戶廠房布局采用的這種由三套自動(dòng)加工單元組成的多工序加工方案獲得客戶的好評(píng)，具有獨(dú)創(chuàng)性和新穎性，加上自動(dòng)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的使用，更能滿足客戶小批量多品種產(chǎn)品的加工。同時(shí)采用獨(dú)特的PID控制技術(shù)，使得在機(jī)床運(yùn)行速度大幅提升的同時(shí)零件的加工精度也得到了很好的保證。特別是采用遠(yuǎn)程診斷功能，可對(duì)實(shí)時(shí)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)曲線進(jìn)行采集并與期望的運(yùn)動(dòng)曲線進(jìn)行比對(duì)以及必要的控制信號(hào)的監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程快速的故障排查及修復(fù)，提升工作效率，做到全天候運(yùn)行的要求。安全防護(hù)系統(tǒng)軟硬件措施的應(yīng)用，有力的保證了整個(gè)生產(chǎn)線的安全運(yùn)行，保障人員和設(shè)備的安全。

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