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        基于模糊PID控制方式的焊槍伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2021-03-03 03:40:08王瓏張嘉賈慶功
        中國設(shè)備工程 2021年4期
        關(guān)鍵詞:焊槍伺服電機(jī)上位

        王瓏,張嘉,賈慶功

        (西安聚能裝備技術(shù)有限公司,陜西 西安 710018)

        隨著我國焊接行業(yè)的不斷發(fā)展,在模糊PID控制方式的應(yīng)用背景下,焊槍伺服控制系統(tǒng)逐漸替代了傳統(tǒng)的焊槍控制系統(tǒng),并在稀有金屬焊接領(lǐng)域中取得了良好的應(yīng)用效果,不僅提高了焊接生產(chǎn)效率和效果,還保證了焊縫的質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了焊槍位置的精確化、智能化控制。因此,為了進(jìn)一步發(fā)揮模糊PID控制方式的應(yīng)用優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)焊槍伺服控制系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)是相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須思考和解決的問題。

        1 焊槍伺服控制系統(tǒng)組成

        焊槍伺服控制系統(tǒng)在具體的設(shè)計(jì)中,主要通過使用上位機(jī)、PLC和圖像傳感器,實(shí)現(xiàn)對集散控制系統(tǒng)的構(gòu)成和應(yīng)用,焊槍伺服控制系統(tǒng)的組成如圖1所示。

        從圖1中可以看出,焊槍采用起弧電壓的方式,通過使用弧壓傳感器,對產(chǎn)生的弧壓信號(hào)進(jìn)行采集,并將采集好的弧壓信號(hào)傳送給模糊控制器中,由模糊控制器自動(dòng)處理弧壓信號(hào),并形成最終的計(jì)算結(jié)果,然后,將該計(jì)算結(jié)果作為伺服控制器的重要指標(biāo)參數(shù),以實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動(dòng)焊槍向操作行為的自動(dòng)化控制。此外,在工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)上,通過使用相關(guān)通訊協(xié)議,可以對控制器通訊工程進(jìn)行跟蹤和控制,以達(dá)到采集伺服運(yùn)行參數(shù)、模糊PID參數(shù)等相關(guān)參數(shù)信息的目的。

        圖1 焊槍伺服控制系統(tǒng)組成

        2 焊槍伺服控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

        為了確保焊槍伺服控制系統(tǒng)運(yùn)行性能,設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視對該系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),該系統(tǒng)硬件主要由以下幾個(gè)部分組成,分別是上位計(jì)算機(jī)、下位過程控制機(jī)、交流伺服電機(jī)和圖像傳感器。

        2.1 上位計(jì)算機(jī)

        在對上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中,設(shè)計(jì)人員通過應(yīng)用該上位機(jī)內(nèi)部的通訊接口,并配置相應(yīng)的通訊版卡,充分利用和發(fā)揮組態(tài)軟件的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)對相關(guān)硬件的開發(fā)和設(shè)計(jì),確保組態(tài)軟件能夠井然有序地采集和整理信息數(shù)據(jù)。這樣一來,不僅可以保證人機(jī)交互界面的簡潔性和直觀性,簡化程序操作流程,提高焊接的質(zhì)量和效率,而且還能顯示焊槍故障信息,為及時(shí)有效地監(jiān)控焊槍相關(guān)故障信息打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        2.2 下位過程控制機(jī)

        下位過程控制機(jī)選用西門子S7-300系列的PLC,利用其強(qiáng)大的控制功能,確保相關(guān)數(shù)字信息的快速輸出和輸入,以達(dá)到提高系統(tǒng)集成度的目的。從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的快速組網(wǎng),發(fā)揮CPU模塊的優(yōu)勢,提高伺服電機(jī)處理和檢測相關(guān)脈沖信息的效率和效果。同時(shí),還要重視對接口協(xié)議的使用,確保工業(yè)組態(tài)軟件能夠在通訊領(lǐng)域中體現(xiàn)出非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

        2.3 交流伺服控制及伺服電機(jī)

        為了更好地提高交流伺服控制水平,設(shè)計(jì)人員需重視對伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)。在借助交流伺服控制器的基礎(chǔ)上,確保交流伺服系統(tǒng)運(yùn)行性能,使得交流伺服系統(tǒng)能夠最大化地凸顯出精確度高、可靠性強(qiáng)、運(yùn)行速度快等特征。此外,交流伺服系統(tǒng)要盡可能避免外界不良因素的干擾,能夠在短時(shí)間內(nèi),快速完成相應(yīng)的調(diào)整操作,保證該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。

        2.4 弧壓傳感器

        對于弧壓傳感器而言,在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中,要盡可能采用焊接檢測的方式,利用電弧電壓實(shí)現(xiàn)將工件與焊槍的有效連接,并做好對弧壓傳感器相關(guān)參數(shù)的科學(xué)設(shè)置,從而進(jìn)一步提高該傳感器的靈敏度,確保焊縫弧壓檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和全面性。同時(shí),還要充分利用焊接傳感器,完成對相關(guān)控制信息的采集和整理,以達(dá)到精準(zhǔn)控制焊槍位置的目的。

        2.5 CDD 圖像傳感器

        在對CDD圖像傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中,設(shè)計(jì)人員應(yīng)做好對焊接圖像的有效收集和整理,將最終整理好的焊接圖像發(fā)送到上位機(jī)中,由工上位機(jī)對這些焊接圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,并將焊接實(shí)際工況信息全面、真實(shí)地顯示在上位上,一旦發(fā)現(xiàn)圖像傳感器運(yùn)行出現(xiàn)異常問題,需要在第一時(shí)間內(nèi),采用調(diào)整和變換焊槍位置的方式,實(shí)現(xiàn)對焊槍速度的科學(xué)控制,直到圖像傳感器能夠正常、可靠地運(yùn)行。

        3 焊槍伺服控制方式

        為了保證焊槍位置的精準(zhǔn)控制,在模糊PID閉環(huán)方式的采用下,可以準(zhǔn)確算出輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的差值,并將最終的差值作為一種偏差值,輸入模糊控制器中,并計(jì)算出各個(gè)偏差值的變化率,將這些偏差值的變化率輸入模糊控制器中,以達(dá)到有效控制焊槍位置的目的。為了保證模糊控制器的運(yùn)行性能,應(yīng)采用輸入和輸出相結(jié)合的方式,充分利用和發(fā)揮模糊PID控制模式應(yīng)用優(yōu)勢,科學(xué)調(diào)整焊槍伺服控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),以提高焊槍位置和速度控制的有效性和針對性,從而進(jìn)一步提高焊縫質(zhì)量。

        在模糊PID控制方式的應(yīng)用背景下,設(shè)計(jì)人員要重視對焊槍伺服控制系統(tǒng)相關(guān)設(shè)定值的控制,避免該系統(tǒng)因設(shè)定值控制不合理而出現(xiàn)運(yùn)行異常問題,從而不斷提高該系統(tǒng)的外界抗干擾能力。在此基礎(chǔ)上,還應(yīng)根據(jù)焊槍伺服控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),科學(xué)選用合適的PID參數(shù),確保焊槍位置和速度控制的有效性和精準(zhǔn)性,發(fā)揮模糊PID控制方式的應(yīng)用價(jià)值。

        4 焊槍伺服控制軟件設(shè)計(jì)

        焊槍伺服控制系統(tǒng)在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的過程中,為了實(shí)現(xiàn)主程序的精準(zhǔn)控制,需重視STEP7V5.3軟件的應(yīng)用,以確保該軟件能夠在PC機(jī)上正常、穩(wěn)定、可靠地編寫程序,并將編寫好的程序下載到指定的PLC中,對于控制系統(tǒng)程序而言,主要包含以下幾個(gè)環(huán)節(jié),分別是系統(tǒng)初始化、焊縫檢測、模糊推理和伺服調(diào)整等環(huán)節(jié)。

        5 結(jié)語

        綜上所述,在模糊PID控制方式的應(yīng)用背景下,焊槍伺服控制系統(tǒng)在開發(fā)和應(yīng)用方面取得了很大的突破和創(chuàng)新,該系統(tǒng)不僅功能強(qiáng)大,通用性強(qiáng),具有良好的用戶體驗(yàn),還在鈦及稀有金屬相關(guān)焊接生產(chǎn)領(lǐng)域中取得了顯著的應(yīng)用效果,因此,深受廣大用戶的青睞和喜愛。為了方便后期系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí),需要設(shè)計(jì)人員再接再厲,用更加完善合理的程序擴(kuò)充更多使用的功能,從而為促進(jìn)焊槍伺服控制系統(tǒng)健康、可持續(xù)發(fā)展,提高其應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景提供有力的保障。

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