一種超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)智能控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種計量技術(shù)，特別涉及一種超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)智能控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超大型刀口式扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)裝置是一種高精度超大量程段扭矩計量設(shè)備，其結(jié)構(gòu)主要由標(biāo)準(zhǔn)力臂機(jī)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)力臂刀口支撐機(jī)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)力臂微頂升機(jī)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)力臂鎖緊機(jī)構(gòu)、左、右側(cè)的上下部砝碼組、力臂平衡拉桿機(jī)構(gòu)、力臂平衡移動機(jī)構(gòu)、安裝工作臺機(jī)構(gòu)、床身基座等組成。裝置的結(jié)構(gòu)非常龐大，但作為一臺高精度計量檢測設(shè)備，它的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計又非常的精密，其電控系統(tǒng)更是復(fù)雜。各機(jī)械運(yùn)動部件對定位控制和同步控制都有極高的精度要求。
[0003]1、超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)裝置的標(biāo)準(zhǔn)力臂采用高精度的刀口式支撐機(jī)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)力臂重量約5?6噸，為保護(hù)刀具刀刃，延長其使用壽命，如何在抬升力臂橫梁，減小刀具刀刃受力的同時，控制刀具偏移量在0.1mm以內(nèi)，同時又要保證力臂橫梁升降前后始終保持初始裝配位置，是相當(dāng)困難的技術(shù)問題，因此，需要一種微頂升控制技術(shù)用于解決上述問題。
[0004]2、超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)裝置是一種高精度扭矩計量設(shè)備，由于在安裝大型被校扭矩傳感器時裝置必須設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)力臂鎖緊機(jī)構(gòu)保護(hù)裝置。但將標(biāo)準(zhǔn)力臂位移量約束在一個很小的范圍內(nèi)，同時能保證不對刀具添加額外約束力，是相當(dāng)困難的技術(shù)問題，因此，需要一種微鎖緊技術(shù)用于解決上述問題。
[0005]3、超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)裝置所得精準(zhǔn)扭矩值來源于標(biāo)準(zhǔn)力臂長度與標(biāo)準(zhǔn)砝碼重量乘積。超大型刀口式扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的設(shè)計量程分段多且量程極大，所需要的砝碼數(shù)量與砝碼體積、高度等均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了常規(guī)扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的砝碼組設(shè)計，如何安全可靠的實現(xiàn)超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的砝碼組自動加載加載，是一項技術(shù)難題。因此，需要一種全自動砝碼加卸載控制技術(shù)用于解決上述問題。
[0006]4、超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)裝置力臂平衡機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)力臂之間可串聯(lián)不同規(guī)格的被測扭矩傳感器，由于不同的被檢扭矩傳感器的長度尺寸不盡相同，因此，整個平衡機(jī)構(gòu)必須具有沿主機(jī)座直線移動功能。但整個平衡機(jī)構(gòu)移動系統(tǒng)包括中力臂平衡支座與左、右力臂平衡機(jī)構(gòu)三個移動機(jī)構(gòu)，需要一種超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)平衡機(jī)構(gòu)同步移動控制系統(tǒng)可實現(xiàn)平衡機(jī)構(gòu)的三軸同步移動功能，因此，需要一種三軸同步移動控制系統(tǒng)用于解決上述問題。
[0007]5、超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)裝置是一種高精度扭矩計量設(shè)備，使用時，標(biāo)準(zhǔn)砝碼掛在標(biāo)準(zhǔn)力臂上，同時將標(biāo)準(zhǔn)力臂調(diào)整到水平位置，砝碼受重力影響自然下垂，如此砝碼的質(zhì)量與力臂的長度乘積形成一個標(biāo)準(zhǔn)扭矩值，施加于被測傳感器上，可對被測扭矩傳感器進(jìn)行計量。因而標(biāo)準(zhǔn)力臂的調(diào)平對于超大型刀口式扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)相當(dāng)重要，影響到其計量精度。為此，需要一種獨(dú)特的平衡力臂拉桿聯(lián)動升降控制系統(tǒng)有效的解決超大扭矩標(biāo)準(zhǔn)力臂平衡調(diào)節(jié)問題。
[0008]6、超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)裝置是一種高精度超大量程段扭矩計量設(shè)備，裝置的結(jié)構(gòu)非常龐大，但作為一臺高精度計量檢測裝置，智能管理系統(tǒng)需要使裝置達(dá)到具有手動調(diào)整、單點(diǎn)測試模式、標(biāo)準(zhǔn)量程模式；在標(biāo)準(zhǔn)量程模式下全自動加/卸載、全自動精密平衡恢復(fù)調(diào)節(jié)等各項操作功能，同時結(jié)合軟件技術(shù)，實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的自動通訊采集和處理功能，完成自動制表，打印和存儲等輔助功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明是針對現(xiàn)在超大型刀口式扭矩標(biāo)準(zhǔn)裝置存在控制管理的問題，提出了一種超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)智能控制系統(tǒng)及方法，將上述諸多功能整合一體，是一套能同時滿足裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、系統(tǒng)保護(hù)以及安全操作等功能的智能控制系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)智能控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)人機(jī)界面、觸摸屏、Q系列控制器系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)力臂系統(tǒng)、左右側(cè)上下部砝碼組系統(tǒng)、力臂平衡移動系統(tǒng)、力臂平衡拉桿系統(tǒng)、安裝工作臺系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)力臂系統(tǒng)內(nèi)包括左微頂升機(jī)構(gòu)、右微頂升機(jī)構(gòu)、左鎖緊機(jī)構(gòu)、右鎖緊機(jī)構(gòu)、主刀位置監(jiān)測機(jī)構(gòu)；左右側(cè)上下部砝碼組系統(tǒng)內(nèi)包括左上砝碼組升降機(jī)構(gòu)、左下砝碼組升降機(jī)構(gòu)、右上砝碼組升降機(jī)構(gòu)、右下砝碼組升降機(jī)構(gòu)；力臂平衡移動系統(tǒng)內(nèi)包括左力臂平衡移動機(jī)構(gòu)、中支承平衡移動機(jī)構(gòu)、右力臂平衡移動機(jī)構(gòu)；力臂平衡拉桿系統(tǒng)內(nèi)包括左力臂平衡拉桿機(jī)構(gòu)、右力臂平衡拉桿機(jī)構(gòu)；安裝工作臺系統(tǒng)內(nèi)包括安裝工作臺和左右、前后、上下、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝于超大型刀口式扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)裝置中，所有控制系統(tǒng)及伺服控制器安裝于機(jī)旁控制柜中及機(jī)旁控制盒中，力傳感器信號、位移傳感器信號、角度編砝器信號、限位開關(guān)信號通過各個系統(tǒng)的I/o接線盒及硬線將現(xiàn)場信號送入Q系列控制器系統(tǒng)，Q系列控制器系統(tǒng)中的Q系列可編程控制器與Q系列運(yùn)動控制器通過Q系列PLC高速系統(tǒng)總線通訊，Q系列運(yùn)動控制器通過SSCNET III光纖網(wǎng)絡(luò)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服控制器通迅，Q系列可編程控制器與人機(jī)界面間、觸摸屏通過串行RS-485通迅。
[0011]所述超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)智能控制系統(tǒng)的控制方法，系統(tǒng)控制模式分手動調(diào)整模式、單點(diǎn)測試模式、標(biāo)準(zhǔn)量程模式，手動調(diào)整方式優(yōu)先級最高，標(biāo)準(zhǔn)量程模式優(yōu)先級最低；
I )、手動調(diào)整模式下單獨(dú)調(diào)整系統(tǒng)中各個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，分為手動方式和手脈方式，
手動方式:按鈕給出指令，除了主梁頂升和夾緊采用自保方式以外，全部是點(diǎn)動方式，手動移動速度根據(jù)設(shè)定分為低速、中速和高速；
手脈方式:使用脈沖發(fā)生器手柄，進(jìn)行力臂平衡移動系統(tǒng)的左、中支承、右機(jī)構(gòu)的水平移動和安裝工作臺的前后、左右、上下移動，速度選擇高速、中速或低速；
2)單點(diǎn)測試模式:任選內(nèi)、外砝碼的加載數(shù)量，進(jìn)行一次性的加載、卸載、主梁調(diào)平操作，Q系列可編程控制器接收上位機(jī)人機(jī)界面的啟動、急停、數(shù)據(jù)記錄、主梁平衡操作指令，上位機(jī)通過串行通迅與可編程控制器通訊模塊通信，運(yùn)動控制器通過SSCNET III光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸控制指令到伺服控制器；
3)標(biāo)準(zhǔn)量程模式:選擇的測試量程，每個量程均分10點(diǎn)，每個測試點(diǎn)可自由選擇，按“預(yù)加載”、“預(yù)卸載”、“測試加載”、“測試卸載”的順序依次完成整個測試過程并自動記錄已選擇測試點(diǎn)的數(shù)據(jù)，可編程控制器根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)量程模式選擇量程和測試點(diǎn)，進(jìn)行自動分配砝碼組合；運(yùn)動控制器通過SSCNET III光纖通信控制伺服控制器執(zhí)行組合指令，并實時反饋各機(jī)構(gòu)的狀態(tài)信息、故障報警及緊急停機(jī)。
[0012]所述手動調(diào)整模式下，Q系列可編程控制器實時采集測試機(jī)構(gòu)的傳感器和限位開關(guān)信號，Q系列可編程控制器結(jié)合操作者動作信號進(jìn)行邏輯判斷，并將判斷可操作結(jié)果羅列顯示在觸摸屏上，每條可操作結(jié)果作為一個使能按鈕，在操作者確認(rèn)使能按鈕后釋放手動操作按鈕。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)智能控制系統(tǒng)及方法，用于實現(xiàn)和滿足裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、系統(tǒng)保護(hù)以及安全操作等功能一體化智能管理的需求。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]如圖1為超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)控制系統(tǒng)由上位機(jī)人機(jī)界面、觸摸屏、Q系列控制器系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)力臂系統(tǒng)、左右側(cè)上下部砝碼組系統(tǒng)、力臂平衡移動系統(tǒng)、力臂平衡拉桿系統(tǒng)、安裝工作臺系統(tǒng)等組成。Q系列控制器系統(tǒng)包括Q系列可編程控制器、Q系列運(yùn)動控制器、I/O模塊、AD模塊和通迅模塊等；標(biāo)準(zhǔn)力臂系統(tǒng)內(nèi)包括左微頂升機(jī)構(gòu)、右微頂升機(jī)構(gòu)、左鎖緊機(jī)構(gòu)、右鎖緊機(jī)構(gòu)、主刀位置監(jiān)測機(jī)構(gòu)；左右側(cè)上下部砝碼組系統(tǒng)內(nèi)包括左上砝碼組升降機(jī)構(gòu)、左下砝碼組升降機(jī)構(gòu)、右上砝碼組升降機(jī)構(gòu)、右下砝碼組升降機(jī)構(gòu)；力臂平衡移動系統(tǒng)內(nèi)包括左力臂平衡移動機(jī)構(gòu)、中支承平衡移動機(jī)構(gòu)、右力臂平衡移動機(jī)構(gòu)；力臂平衡拉桿系統(tǒng)內(nèi)包括左力臂平衡拉桿機(jī)構(gòu)、右力臂平衡拉桿機(jī)構(gòu)；安裝工作臺系統(tǒng)內(nèi)包括安裝工作臺和左右、前后、上下、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
[0016]超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)智能控制系統(tǒng)所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝于超大型刀口式扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)裝置中，所有控制系統(tǒng)及伺服控制器安裝于機(jī)旁控制柜中及機(jī)旁控制盒中。
[0017]超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)控制系統(tǒng)中，力傳感器信號、位移傳感器信號、角度編砝器信號、限位開關(guān)信號通過各個系統(tǒng)的I/o接線盒及硬線將現(xiàn)場信號送入Q系列控制器系統(tǒng)的；Q系列控制器系統(tǒng)包括Q系列可編程控制器模塊、Q系列運(yùn)動控制器模塊、I/O模塊、AD模塊、通迅模塊、定位模塊等，各模塊之間通過Q系列PLC高速系統(tǒng)總線通訊?？删幊炭刂破魍ㄟ^串行通迅接收上位機(jī)人機(jī)界面及觸摸屏發(fā)出的控制指令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理后，輸出控制信息至Q系列運(yùn)動控制器及I/O模塊；Q系列運(yùn)動控制器通過SSCNET III光纖網(wǎng)絡(luò)向各系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服控制器發(fā)出控制指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)編碼器及現(xiàn)場各類限位傳感器反饋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場信號給伺服控制器及I/O模塊；各系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服控制器通過SSCNET III光纖網(wǎng)絡(luò)將伺服控制器的信息送入Q系列運(yùn)動控制器，運(yùn)動控制器對各軸的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并同時通過Q系列PLC高速系統(tǒng)總線通訊將信息送入Q系列可編程控制器，可編程控制器進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，并輸出控制信息至Q系列運(yùn)動控制器及I/O模塊，同時通過串行通迅將信息發(fā)送至上位機(jī)人機(jī)界面及觸摸屏進(jìn)行顯示。
[0018]管理方法:
1、控制方式切換:通過超大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面上的控制模式切換手動調(diào)整、單點(diǎn)測試模式、標(biāo)準(zhǔn)量程模式。手動調(diào)整方式優(yōu)先級最高，標(biāo)準(zhǔn)量程模式優(yōu)先級最低；1)、手動調(diào)整模式下僅可實現(xiàn)“各軸原點(diǎn)返回”、“砝碼手動調(diào)整”和“主梁夾緊操作”三種操作，適用于單獨(dú)調(diào)整各個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，以便在意外狀態(tài)下系統(tǒng)恢復(fù)檢測前的起始狀態(tài)，不作為正常測試使用，所有控制指令由上位機(jī)人機(jī)界面、機(jī)旁控制觸摸屏發(fā)出；手動調(diào)整模式下分為手動方式和手脈方式。
[0019]手動方式:全部由按鈕進(jìn)行，除主梁頂升和夾緊采用自保方式，其它全部采用點(diǎn)動方式，手動移動速度分為低速、中速和高速，可以在上位機(jī)上設(shè)定。
[0020]手脈方式:使用脈沖發(fā)生器手柄，進(jìn)行力臂平衡移動系統(tǒng)的左、中支承、右機(jī)構(gòu)的水平移動和安裝工作臺的前后、左右、上下移動。其中，速度選擇高速、中速或低速時，發(fā)生器