专利名称：基于ipc多轴液压伺服同步控制的大直缝钢管合缝机数控系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及机械自动化控制技术领域，尤其是一种基于IPC多 轴液压伺服同步控制的大直缝钢管合缝机数控系统。背景技术：
目前，国内外市场上的大直缝钢管合缝机的控制大多采用的是 手动的方式控制，各辊笼轴的位置控制采用手动人工控制的方式，这种控制方式即花费 较大的人力和时间成本、管料的合缝效率和精度不高、合缝后的管料不合工艺要求而要 求返工的现象时有发生、最主要的是合缝过程对主机设备冲击非常大，影响主机的使用 寿命。鉴于目前上面种种的情况，开发出一套合缝效率和精度高、合缝质量好，操作简 单方便的数控系统为市场所期盼。目前国内外市场上还没有现成成熟的16个轴液压伺服 同步数控系统，所以基于IPC (工业计算机)结构的开放式多轴(最多16轴)液压伺服同 步控制数控系统的发明成功将填补国内外的空白。
发明内容
本发明的目的是要解决现有人工手动控制方式效率低、精度 差，操作技术要求高，手动工作时对主机设备冲击大，影响主机使用寿命等问题，提供 一种基于IPC多轴液压伺服同步控制的大直缝钢管合缝机数控系统。本发明的具体方案是基于IPC多轴液压伺服同步控制的大直缝钢管合缝机数 控系统，包括有IPC、运动控制器、多轴(最多16轴)液压伺服同步控制系统。其特 征是IPC机是运动控制器的硬件载体，同时又是多轴液压伺服同步控制系统运行的硬 件平台；运动控制器负责实时采集各液压运动装置的运动状态、接受多轴液压同步控制 软件的运动控制指令、并将多轴液压同步控制软件的数字指令转换成电压模拟量的方式 通过端子链接板输出给各液压执行单元；同时运动控制器通过端子链接板连接位置反馈 单元实时采集各液压运动装置的位置数据；所述多轴液压伺服同步控制系统包含以下单 元人机界面模块，是将各液压运动装置的运动状态以实时图形的方式直观地表现 出来使操作者能很直观地了解该机床各液压运动装置当前的运动状态，接受用户数据编 程和控制指令，同时提供报警消息功能；机床运行核心逻辑模块类似于一个嵌入式的软PLC模块，它采用固定的时间周 期扫描机床设备逻辑，并以消息通知的方式与人机界面模块、多轴液压伺服同步控制内 核模块进行交互；多轴液压伺服同步控制内核模块，是根据各液压运动装置的运动状态做出相应 运算控制并实时向运动控制器给出数字指令，根据用户提供的各液压运动装置同步需求 做出与之相对应同步控制处理；运动控制器C语言控制接口函数模块起到链接多轴液压伺服同步控制内核模块 和运动控制器驱动模块的作用，主要是为了避免模块直接调用运动控制器驱动模块的功 能函数而使整个系统的可维护性变得较差的一种软件工艺，将运动控制器驱动模块的功 能函数重新包装并独立打包成通用、规范的借口模块，既符合软件的设计规范，同时可 提高整个系统的可维护性；
运动控制器驱动模块嵌入在windows操作系统中的软件模块，它的作用是使 windows操作系统能够识别运动控制器这种硬件的存在，同时使该硬件能发挥相应的作用 提供软件支撑；嵌入式高精度实时系统模块是嵌入在windows操作系统中的软件模块，它为人 机界面模块、机床运行核心逻辑模块、多轴(最多16轴)液压伺服同步控制内核模块提 供时间定时服务，使上述的几个模块具有在固定的时间周期中执行相关事务的能力。本发明数控系统中还加入了一个全手动的控制模式，用户通过旋扭开关选择相 应的某个轴，就可以实现该轴的单独调整。本发明具有以下特点 1.可控轴数多，单轴的定位精度高，多个轴同步性能优异。本数控系统理论上 可最多控制16个全闭环的伺服轴，数控系统为每个单轴配备了一套运动控制参数，用户 可以根据每个单轴的运动装置的类型来单独调整该轴的运动控制参数，从而可以使该轴 达到最佳的运动状态和最好的控制精度。16个控制轴同步采用的是主从式同步设计方 案，也就是说将一个轴设定为主轴，其他的15个轴为从轴，在16个控制轴的同步控制方 面引入一个重要的参数位置同步跟随误差。位置同步跟随误差就是在某一时刻数控系 统将当前从轴的实际位置和系统设定主轴的实际位置值相比较后计算出来的值。数控系 统会根据位置同步跟随误差建立起一套完整的控制算法，计算的结果反馈到当前从轴的 电压输出值，达到控制当前从轴运行速度，从而达到从轴和主轴位置同步的控制效果。 由于在数控系统内部嵌入了一个高精度的实时模块，该实时模块的定时分辨率为0.005 秒，也就是说数控系统会每隔0.005秒扫描所有15个从轴同主轴的位置同步跟随误差， 并根据误差的情况相应地调整从轴的运行速度。所以说优化的同步控制算法和高精度的 实时模块保证了数控系统在16个轴在位置同步方面表现出优异的性能。2.适用性广，应用灵活。在大多数应用液压控制的运动机构中，需要不多与16 个轴位置同步的机床设备都可以适合使用本数控系统来控制，特别是在重型和大型的液 压装备的控制领域将会有更大的应用空间。由于本系统同步控制参数配置文件是基于文 本的格式化文件，所以轴与轴之间位置同步非常简单方便，应用非常灵活。用户可以根 据不同的运动控制对象而采取互不相同的运动控制参数和同步控制参数，到达不同的运 动控制对象同步运动的目的。3.性价比极高，具有良好的经济性。4.稳定可靠，可维护性好。在16个控制轴的同步过程中，系统提供一个接口供 用户设定最大的位置同步跟随误差和位置同步跟随误差报警误差，当数控系统检测到位 置同步跟随误差超过用户设定最大的位置同步跟随误差时，数控系统会发出机床运动出 错信号并停止所有轴的运动。而当位置同步跟随误差小于用户设定最大的位置同步跟随 误差同时又大于位置同步跟随误差报警误差时，数控系统只会发出一个报警信号，用户 根据这个信号自行视情况处理。由于系统的硬件和软件的设计都是基于模块化的，系统 的软件升级和维护非常的方便快捷，硬件则都是基于工业标准的组件，硬件的升级和替 换则同样的方便快捷，从而在整体上提高了系统的可维护性。5.本发明特别适合用于大直缝钢管合缝机上，其操作方便、控制精度高、工作 稳定、效率高，可提高主机的使用寿命。
图1是本发明数控系统结构示意图；图2是本发明的数控系统软件架构示意图。
具体实施例方式参见图1，本发明包括有以下单元多轴(最多16轴)液压伺服同步控制(软 件)系统、IPC (工业计算机)、运动控制器、端子链接板、液压执行单元和位置反馈单 元。多轴液压伺服同步控制软件是运行在用户态的Windows程序。IPC (工业计算机) 是运动控制器的硬件载体，也是多轴液压伺服同步控制(软件)系统运行的硬件平台。运 动控制器是基于PCI接口多轴运动控制器，负责实时处理各液压运动装置的运动状态和 接受从多轴液压伺服同步控制软件发出的运动控制指令、并将指令从端子链接板输出到 液压执行单元。端子链接板用于建立IPC和液压执行单元和位置反馈单元以及外部其他 控制资源接口之间的连接。液压执行单元则是接受多轴液压伺服同步控制软件控制指令 并完成指令任务，而位置反馈单元则是将液压油缸的行程实时反馈到多轴液压伺服同步 控制(软件)系统。多轴液压伺服同步控制(软件)系统还包含以下模块(参见图2)人机界面模 块、机床运行核心逻辑模块、多轴液压伺服同步控制内核模块、运动控制器C语言控制 接口函数模块、运动控制器驱动模块、嵌入式高精度实时系统模块。人机界面模块将各 液压运动装置的运动状态以实时图形的方式直观地表现出来使操作者能很直观地了解该 机床各液压运动装置当前的运动状态，接受用户数据编程和控制指令，同时提供报警消 息功能。机床运行核心逻辑模块类似于一个嵌入式的软PLC模块，它采用固定的时间周 期扫描机床设备逻辑，并以消息通知的方式与HMI、多轴液压伺服同步控制内核模块进 行交互。多轴液压伺服同步控制内核模块根据各液压运动装置的运动状态做出相应运算 控制并实时向运动控制器给出数字指令，根据用户提供的各液压运动装置同步需求做出 与之相对应同步控制处理。运动控制器驱动模块起到链接多轴液压伺服同步控制内核模 块和运动控制器驱动模块的作用，主要是为了避免多轴液压伺服同步控制内核模块直接 调用运动控制器驱动模块的功能函数而使整个系统的可维护性变得较差而采用的一种软 件工艺，将运动控制器驱动模块的功能函数重新包装并独立打包成通用、规范的借口模 块，既符合软件的设计规范，同时可提高整个系统的可维护性。运动控制器驱动模块嵌 入在Windows操作系统中的软件模块，它的作用是使Windows操作系统能够识别运动控 制器这种硬件的存在，同时使该硬件能发挥相应的作用提供软件支撑。嵌入式高精度实 时系统模块也是嵌入在Windows操作系统中的软件模块，它为人机界面模块、机床运行 核心逻辑模块、多轴液压伺服同步控制内核模块提供时间定时服务，使上述的几个模块 具有在固定的时间周期中执行相关事务的能力。本发明 专利的关键组件有多轴液压伺服同步控制(软件)系统、IPC (工业计 算机)和运动控制器。多轴液压伺服同步控制软件提供有64点的数字量输入接口和64点 的数字量输出接口、16个可控轴的全闭环模拟量输出接口、每路计数频率高达512KHZ 的8路增量式编码器接口，分辨率高达12位的8路模拟量输入接口、机床液压组件状态图形监控功能、大直缝钢管管料进出运动控制与图形监视功能、13个液压伺服油缸运动 的同步控制与图形监视功能、大直缝钢管合缝专家系统、机床运动数据在线和离线编程 功能、运动控制器运动控制参数编辑和机床物理参数编辑功能、机床本身的状态监视功 能和机床报警与出错消息提示功能。IPC (工业计算机)作为多轴液压同步控制软件系统 运行平台和运动控制器的硬件搭载平台，它采用Intel P4 CPU (中央处理器)，运行的操作 系统为Windows 2000,同时提供10个PCI插槽无源底板供运动控制器安装固定。运动 控制器可实现高速的点位运动，其核心由DSP(数字信号处理器)和FPGA(现场可编程 门陈列)组成，可以实现高性能的控制 计算。运动控制器提供C语言控制函数，多轴液 压同步控制软件将这些控制函数与本数控系统所需的数据处理、界面显示、用户接口等 程序模块集成在一起。本发明在大直缝钢管合缝机上获得成功应用。大直缝钢管合缝机的13个轴(本发明数控系统有16轴控制，则在实施例中空出 3个轴)按一定工艺要求安装在一个环形机械基座上，生产工艺要求13个轴同时向环形 机械基座的圆心方向作同步运动。无论是在机床在合缝时向下运动的工进过程，还是机 床合缝完成松开后向上运动的返程过程，工艺要求13个轴都必须保持同步，13个轴的位 置所形成的圆弧的圆心都必须和环形机械基座的圆心保持重合，因为该点就是大直缝钢 管的管心。机床开机运行后首先要求用户执行手动的找零功能，只有系统找零成功后， 机床才能执行其他的控制功能。在生产过程中，系统提供了在线和离线两种数据编程方 式，数据编程功能要求用户输入当前管料与数控系统生产有关的一些工艺数据和管料的 材质信息。比如管料的内径、壁厚、材质、长度等等。数控系统会根据这些确认后的数 据自动计算产生系统运行的控制数据，用户可以在自动模式下通过手柄来控制13个轴的 下行和上行。对于有些管料在成型工艺阶段管型不是很理想，如果机床在自动模式下按 编程数据进行合缝的话，工艺效果可能会不是很理想，因此可能需要用户单独对某一个 轴进行调整。所以系统提供了一个全手动的控制模式，用户通过旋钮开关选择相应的某 个轴，就可以实现一个轴的单独调整。从而达到合拢的管缝在合缝阶段符合工艺要求的 管缝。应用情况表明本发明数控系统运行控制状态良好，机床在重复定位精度和同 步控制精度这两个最重要的参数指标方面全部达到用户的要求。重复定位精度可达到 0.05mm，同步控制精度可达到0.15mm。
权利要求
1.基于IPC多轴液压伺服同步控制的大直缝钢管合缝机数控系统，包括有IPC、运动 控制器、多轴液压伺服同步控制系统，其特征是IPC机是运动控制器的硬件载体，同 时又是多轴液压伺服同步控制系统运行的硬件平台；运动控制器负责实时采集各液压运 动装置的运动状态、接受多轴液压同步控制软件的运动控制指令、并将多轴液压同步控 制软件的数字指令转换成电压模拟量的方式通过端子链接板输出给各液压执行单元；同 时运动控制器通过端子链接板连接位置反馈单元实时采集各液压运动装置的位置数据； 所述多轴液压伺服同步控制系统包含以下单元人机界面模块，是将各液压运动装置的运动状态以实时图形的方式直观地表现出来 使操作者能很直观地了解该机床各液压运动装置当前的运动状态，接受用户数据编程和 控制指令，同时提供报警消息功能；机床运行核心逻辑模块类似于一个嵌入式的软PLC模块，它采用固定的时间周期扫 描机床设备运行逻辑，并以消息通知的方式与HMI人机界面模块、多轴液压伺服同步控 制内核模块进行交互；多轴液压伺服同步控制内核模块根据各液压运动装置的运动状态做出相应运算控制 并实时向运动控制器给出数字指令，根据用户提供的各液压运动装置同步需求做出与之 相对应同步控制处理；运动控制器C语言控制接口函数模块起到链接多轴液压伺服同步控制内核模块和运 动控制器驱动模块的作用，主要是为了避免模块直接调用运动模块的功能函数而使整个 系统的可维护性变得较差的一种软件工艺，将运动模块的功能函数重新规划并独立打包 成通用、规范的接口模块，既符合软件的设计规范，同时可提高整个系统的可维护性；运动控制器驱动模块嵌入在windows操作系统中的软件模块，它的作用是使windows 操作系统能够识别运动控制器这种硬件的存在，同时使该硬件能发挥相应的作用提供软 件支撑；嵌入式高精度实时系统模块是嵌入在windows操作系统中的软件模块，它为人机界 面模块、机床运行核心逻辑模块、多轴液压伺服同步控制内核模块提供时间定时服务， 使上述的几个模块具有在固定的时间周期中执行相关事务的能力。
2.根据权利要求1所述的基于IPC多轴液压伺服同步控制的大直缝钢管合缝机数控系 统，其特征是数控系统中加入了一个全手动的控制模式，用户通过旋扭开关选择相应 的某个轴，就可以实现该轴的单独调整。
全文摘要
本发明是基于IPC多轴液压伺服同步控制的大直缝钢管合缝机数控系统，包括有IPC、运动控制器、多轴液压伺服同步控制系统，其特征是IPC机是运动控制器的硬件载体，同时又是多轴液压伺服同步控制系统运行的硬件平台；运动控制器负责实时采集各液压运动装置的运动状态、接受多轴液压同步控制软件的运动控制指令、并将多轴液压同步控制软件的数字指令转换成电压模拟量的方式通过端子链接板输出给各液压执行单元；同时运动控制器通过端子链接板连接位置反馈单元实时采集各液压运动装置的位置数据；本发明解决了现有人工手动控制方式效率低、精度差，操作技术要求高，手动工作时对主机设备冲击大，影响主机使用寿命等问题，特别适合于大直缝钢管合缝机中控制使用。
文档编号G05B19/418GK102012692SQ200910063900
公开日2011年4月13日 申请日期2009年9月8日 优先权日2009年9月8日
发明者万家嗣, 周红祥, 易振明, 曾刚, 毛文丰 申请人:湖北三环锻压设备有限公司