一种外配伺服机械手精冲机的控制系统的制作方法

1.本发明涉及精冲机技术领域，尤其涉及一种外配伺服机械手精冲机的控制系统。


背景技术：

2.目前，现有的精冲机大都是以配置气缸式机械手作为标配，但气缸式机械手存在效率较低，节拍不能满足生产要求的问题。另外，现有的配置气缸式机械手的精冲机对安全信号的定义为急停、安全门等信号，无法涵盖涉及到设备和人员安全的关键信号。
3.因此，如何在不调整精冲机接口和程序的情况下，保证外配机械手和精冲机一起工作时的安全运行，是一项亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种外配伺服机械手精冲机的控制系统，能够利用精冲机自带的气缸控制接口，使接收和发送精冲机接口信号安全可靠，同时能够保证机械手的安全信号安全可靠。
5.本发明提供了一种外配伺服机械手精冲机的控制系统，包括：主控plc11、安全plc12、伺服控制器13、精冲机14、伺服电机15、机械手16和人机交互装置17；其中：
6.所述主控plc11分别与所述安全plc12和所述人机交互装置17相连；所述安全plc12分别与所述伺服控制器13、精冲机14和机械手16相连；所述伺服控制器13与所述伺服电机15相连；所述伺服电机15与所述机械手16相连；其中：
7.所述安全plc12，用于完成所述机械手16与所述精冲机14的信号交互和获取所述机械手16本身的信号，以及完成与所述伺服控制器13的io交互；
8.所述主控plc11，用于进行交互信号管理、机械手16运行管理和对所述人机交互装置17的人机交互管理；
9.所述伺服控制器13，用于通过所述伺服电机15对所述机械手16进行控制。
10.优选地，所述精冲机14还包括：精冲机安全门141，其中：
11.所述精冲机安全门141通过安全门接近开关与所述安全plc12相连。
12.优选地，所述安全plc12通过i/o模块分别与所述精冲机14、机械手16和精冲机安全门141相连。
13.优选地，所述主控plc11通过ethercat总线与所述安全plc12相连。
14.优选地，所述安全plc12通过ethercat总线与所述伺服控制器13相连。
15.优选地，所述伺服电机15为带有机械式绝对值编码器的电机。
16.优选地，所述人机交互装置17包括：人机交互触摸屏，所述人机交互触摸屏为pfxgp4402wadw。
17.优选地，所述主控plc11的中央处理器为：nx102
‑
9000。
18.优选地，所述安全plc12包括：基础模块m1p、i/o模块m04p和适配模块mc2p。
19.优选地，所述伺服控制器13的中央处理器为：rm88。
20.综上所述，本发明公开了一种外配伺服机械手精冲机的控制系统，包括：主控plc11、安全plc12、伺服控制器13、精冲机14、伺服电机15、机械手16和人机交互装置17；其中：主控plc11分别与安全plc12和人机交互装置17相连；安全plc12分别与伺服控制器13、精冲机14和机械手16相连；伺服控制器13与伺服电机15相连；伺服电机15与机械手16相连；其中：安全plc12，用于完成机械手16与精冲机14的信号交互和获取机械手16本身的信号，以及完成与伺服控制器13的io交互；主控plc11，用于进行交互信号管理、机械手16运行管理和对人机交互装置17的人机交互管理；伺服控制器13，用于通过伺服电机15对机械手16进行控制。本发明采用主控plc11、安全plc12和伺服控制器13串联的控制方式，能够利用精冲机14自带的气缸控制接口，使接收和发送精冲机接口信号安全可靠，同时能够保证机械手16的安全信号安全可靠。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明公开的一种外配伺服机械手精冲机的控制系统实施例1的结构示意图；
23.图2为本发明公开的一种外配伺服机械手精冲机的控制系统实施例2的结构示意图；
24.图3为本发明公开的机械手信号安全plc原理图；
25.图4为本发明公开的伺服信号安全plc原理图；
26.图5为本发明公开的人机交互触摸屏主界面示意图；
27.图6为本发明公开的外配伺服机械手精冲机的控制系统的故障处理流程图；
28.图7为本发明公开的外配伺服机械手精冲机的控制系统的低高速模式流程图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.如图1所示，为本发明公开的一种外配伺服机械手精冲机的控制系统实施例1的结构示意图，所述系统可以包括：主控plc11、安全plc12、伺服控制器13、精冲机14、伺服电机15、机械手16和人机交互装置17；其中：
31.主控plc11分别与安全plc12和人机交互装置17相连；
32.安全plc12分别与伺服控制器13、精冲机14和机械手16相连；精冲机安全门141通过安全门接近开关与安全plc12相连；伺服控制器13与伺服电机15相连；伺服电机15与机械手16相连。
33.在上述实施例中，采用主控plc11 安全plc12 伺服控制器13的串联控制方式，通
过安全plc12能够完成机械手16与精冲机14的信号交互，以及获取机械手16本身的信号，通过安全plc12能够完成与伺服控制器13之间的io交互，通过安全plc12将安全外延扩充到了设备运行的稳定性和安全性方面，即将控制的输入输出关键信号纳入了安全信号的范畴，提高了外置伺服机械手的可靠性和稳定性。
34.如图2所示，为本发明公开的一种外配伺服机械手精冲机的控制系统实施例2的结构示意图，所述系统包括：主控plc11、安全plc12、伺服控制器13、精冲机14、伺服电机15、机械手16和人机交互装置17；其中，精冲机14还包括：精冲机安全门141，其中：
35.主控plc11通过ethercat总线与安全plc12相连，主控plc11与人机交互装置17相连；
36.安全plc12通过ethercat总线与伺服控制器13相连；
37.安全plc12通过i/o模块分别与精冲机14、机械手16和精冲机安全门141相连；
38.伺服控制器13与伺服电机15相连；
39.伺服电机15与机械手16相连。
40.具体的，在上述实施例中伺服电机15为带有机械式绝对值编码器的电机。
41.具体的，在上述实施例中人机交互装置17包括：人机交互触摸屏，人机交互触摸屏为pfxgp4402wadw。
42.具体的，在上述实施例中主控plc11的中央处理器可以为：nx102
‑
9000。
43.具体的，在上述实施例中安全plc12包括：基础模块m1p、i/o模块m04p和适配模块mc2p。
44.具体的，在上述实施例中伺服控制器13的中央处理器为：rm88。
45.需要说明的是，本发明公开的精冲机14为可控制气缸式卸料机械手的精冲机。
46.上述实施例公开的一种外配伺服机械手精冲机的控制系统的控制原理为：
47.(1)在精冲机安全门141打开时，机械手16的运行采用低于普通气缸的运行速度(低速或超低速)运行。在关闭精冲机安全门141的情况下，机械手16可处于低速或高速运行状态。
48.(2)利用精冲机14启动机械手16时的正常启动信号保持为高电平信号直到机械手16工作位，通过该信号和机械手工作位信号可判断信号的安全性。
49.(3)发送给精冲机14的机械手的初始位信号或工作位信号＝电机位置信号&伺服控制器正常信号&机械手脱钩信号&初始位接近开关信号或工作位接近开关信号。
50.(4)将伺服控制器13的操作模式划分为手动(超低速)，低速和高速三挡，在手动模式，无论是否关闭精冲机安全门141，机械手16均为超低速运行，在低速模式，机械手速度等于普通气缸的运行速度，在高速模式，机械手速度为伺服电机15的额定转速。操作人员可通过机械手16运行速度判断伺服操作模式是手动、低速还是高速模式。
51.(5)手动方式用于复位处理伺服故障、点动/寸动伺服运行、初始位和工作位设置。增加外部故障复位按钮，在手动方式，无需进入“手动操作注意安全”界面，通过精冲机14可控制机械手16前进和后退。增加外部伺服电机电源启动和停止按钮，便于精冲机14取消使用机械手16，采用气吹等方式工作运行。
52.(6)控制系统将拆装电机后原点设置和机械手16初始位设置分开，分别放在两个“拆装电机后设置”和“手动操作注意安全”两个界面中操作，并通过颜色和加密码登录提示
安全操作，保证精冲机14和机械手16的操作安全。
53.(7)控制系统提供详细的伺服故障信息，特别是机械手16的安全故障和安全信号故障，便于排查故障原因。
54.(8)控制系统具备伺服电机超速急停功能。
55.(9)人机交互触摸屏启动伺服机械手操作按钮放在“手动操作注意安全”界面中，防止人机交互触摸屏的误操作。人机交互触摸屏主界面无操作启动按钮。
56.(10)采用主控plc11 安全plc12 伺服控制器13串联控制方式，当伺服控制器13前的安全plc12或主控plc11出现故障时，伺服控制器13会立刻出现网络通信故障而停止运行。为避免非伺服控制器13故障导致的显示故障信息混乱，将伺服故障信息和安全信号故障信息在人机交互触摸屏上分开列出。
57.上述实施例公开的外配伺服机械手精冲机的控制系统的控制方法为：主控plc11根据精冲机的命令，确定机械手16的前进、后退，并及时给精冲机14反馈运行信息，如在运行初始位、在运行工作位信号等。
58.主控plc11负责交互信号管理、机械手16运行管理、人机交互管理。安全plc12负责信号的交互管理，并做安全程序处理以避免网络故障引起的信号缺失导致的安全隐患。机械手控制原理图如图3、图4所示。
59.主控plc11通过伺服信号安全plc12发送给伺服控制器13信号为：启动伺服电源、停止伺服电源、启动复位伺服错误、急停等。
60.主控plc11通过机械手信号安全plc12发送给精冲机14的信号为：机械手初始位、机械手工作位等。
61.主控plc11通过安全plc12接收精冲机14的信号为：机械手启动信号。
62.手动模式时进入“手动操作注意安全”界面可进行初始位和工作位的位置调整、机械手到指定位置的操作、故障复位。(1)因采用机械式编码器电机，无需重复电机回电机原点，电机原点在“拆装电机后设置”界面中设置，机械手初始位置在“手动操作注意安全”界面中只需按照初始位接近开关的位置，通过点动/寸动的方式移动机械手16到初始位置，并确定机械手16的初始位置，同样根据工作位接近开关的位置确定机械手16的工作位置。加入初始位和工作位接近开关是为了防止电机转动和机械手16运行不同步问题。加入机械手脱扣安全开关是防止机械手16自身的不同步问题。(2)在该界面中加入伺服复位按钮，以及机械手回初始位和到工作位的按钮。
63.手动模式时进入“拆装电机后设置”界面可进行电机原点的位置设定，也可进行伺服复位操作。将电机回原点和机械原点界面分开为避免操作失误。
64.手动、低速和高速模式在控制伺服电机15运行过程中对应不同的转速。通过伺服速度分档便于在生产中观察加工的情况，以及可提示操作者目前的伺服操作模式。
65.人机交互分为控制和监视两种，人机交互主界面的示意图如图5所示。
66.人机交互控制包括：
67.(1)操作按钮：启动伺服按钮、复位伺服故障按钮、停止伺服按钮、急停伺服按钮。
68.(2)触摸屏上的按钮：手动等模式按钮、机械手手动调试按钮(如在“手动操作注意安全”界面中的点动、寸动等)。
69.人机交互监视包括：
70.(1)机械手位置监视：通过ethercat网络从伺服控制器中获取每一个伺服电机的位置。
71.(2)显示伺服控制器的状态信号。
72.(3)显示机械手的到位信号和精冲机的发送信号。
73.(4)显示机械手所使用的伺服速度状态(低速或高速)，并高亮显示高速状态用于警示作用。
74.本实施例公开的外配伺服机械手精冲机的控制系统的故障处理流程如图6所示，在故障处理时，首先判断伺服是否未供电，若伺服未供电则置伺服故障标志为on、置伺服故障报警灯为on，并显示故障信息；若伺服供电则判断发送伺服命令是否异常，若发送伺服命令异常，则判断是否操作复位按钮，若未操作复位按钮则置伺服故障标志为on、置伺服故障报警灯为on，并显示故障信息；若操作复位按钮则置伺服故障标志为off；若发送伺服命令未异常，则判断机械手16是否极限位或脱钩，若机械手16极限位或脱钩，则判断是否操作复位按钮，若未操作复位按钮则置伺服故障标志为on、置伺服故障报警灯为on，并显示故障信息；若操作复位按钮则置伺服故障标志为off；若机械手16未极限位或脱钩，则判断是否伺服故障，若伺服故障，则判断是否操作复位按钮，若未操作复位按钮则置伺服故障标志为on、置伺服故障报警灯为on，并显示故障信息；若操作复位按钮则置伺服故障标志为off；若未伺服故障则判断是否plc故障及mlp故障，若plc故障及mlp故障，则判断是否操作复位按钮，若未操作复位按钮则置伺服故障标志为on、置伺服故障报警灯为on，并显示故障信息；若操作复位按钮则置伺服故障标志为off；若未发生plc故障及mlp故障，则判断是否启动伺服急停按钮，若启动伺服急停按钮，则判断是否操作复位按钮，若未操作复位按钮则置伺服故障标志为on、置伺服故障报警灯为on，并显示故障信息；若操作复位按钮则置伺服故障标志为off；若未启动伺服急停按钮则结束控制。
75.本实施例公开的外配伺服机械手精冲机的控制系统的低高速控制流程如图7所示，在低高速控制时，首先判断是否完成伺服准备，若已完成伺服准备，则判断机械手16是否在初始位，若机械手16在初始位，则判断是否接收到精冲机启动信号，若接收到精冲机启动信号，则启动机械手前进工作位，然后判断机械手16是否在工作位，若机械手16在工作位，则判断是否接收到精冲机启动信号，若未接收到精冲机启动信号，则判断联动准备是否完成，若联动准备完成，则启动机械手后退初始位。
76.本发明采用伺服操作模式对应不同的伺服控制速度的控制模式，再由操作人员通过观察机械手16的进出情况识别伺服操作模式和精冲机参数的匹配情况，避免由于伺服机械手16无法全面获知精冲机工作模式和状态，不能自动调整机械手16速度，而导致冲撞。本发明将安全信号的外延扩充到涵盖伺服电机15的控制输入和输出信号。本发明采用触摸屏界面颜色提示、登录方式、操作界面分开等方式加强安全防护。本发明通过硬件结构串联的方式，保证安全信号plc出现故障时，伺服停机。本发明伺服运行具备精冲机命令信号由高电平变为低电平时，立刻返回功能。本发明将伺服报警和安全信号报警在触摸屏的显示分开。
77.综上所述，本发明通过运用安全plc12控制输入输出信号保证了信号的安全获取和发出。采用触摸屏操作模式和安全门监控，控制伺服电机15处于安全的运行速度。通过触摸屏手动操作模式和登录方式进入“手动操作注意安全”界面，可通过触摸屏控制操作机械
手，提示保证安全的条件下进行。采用触摸屏手动操作模式下，可通过精冲机启动按钮控制机械手的前进和后退，无论是否关闭安全门，伺服电机15处于超低速运行。通过机械手16实际运行速度，操作员可判断出触摸屏处于何种操作模式。伺服运行具备精冲机命令信号由高电平变为低电平时，立刻返回功能等方法提高精冲机和机械手运行的安全和可靠性。
78.本发明从信号获取，安全速度，通过实际机械手速度提示操作员目前的伺服操作模式，精冲机操作机械手的方式、以及机械手响应启动信号的方式等5各方面，解决了在不改变精冲机接口和程序的情况下，保证了机械手16和精冲机14一起工作时的安全运行。
79.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
80.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
81.结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd
‑
rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
82.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。