本發(fā)明涉及一種母線折彎機(jī)控制系統(tǒng)，適用于機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著高低壓電器、變壓器制造行業(yè)的迅速發(fā)展，對銅、鋁母線需求越來越大，加工種類越來越多，對母線折彎加工的精度與效率都提出了較高的要求。由于母線彎曲成形時，其橫截面上不但存在塑性變形區(qū)，還存在彈性變形區(qū)，因此，卸載之后母線不可避免地存在回彈現(xiàn)象，即母線彎曲半徑增大彎曲角減小。

目前，國內(nèi)傳統(tǒng)的母線折彎加工設(shè)備多為手動或半自動控制，通過手動測量折彎角度及反復(fù)調(diào)整機(jī)床設(shè)置來控制母線的折彎精度，在大批量的母線折彎加工中無法確保每一根母線的折彎角度都滿足精度要求，在小批量加工中反復(fù)調(diào)整機(jī)床設(shè)置也降低了加工效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種母線折彎機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了單片機(jī)數(shù)據(jù)采集能力強(qiáng)以及PLC作為邏輯控制器可靠性高的特點，分別采用兩片51系列單片機(jī)作為角度數(shù)據(jù)的采集器及一臺三菱FX1S系列PLC作為機(jī)床的邏輯控制器。并通過RS232串口將數(shù)據(jù)傳給上位PC機(jī)及采用VB6.0軟件進(jìn)行編程，能方便地實現(xiàn)各種回彈補(bǔ)償控制方案，該系統(tǒng)運行良好。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是。

所述控制系統(tǒng)主要由三大功能模塊組成：分析處理數(shù)據(jù)的計算判斷模塊、實時采集母線折彎角度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集模塊及控制機(jī)床動作執(zhí)行的執(zhí)行模塊。分析處理數(shù)據(jù)的計算判斷模塊作為系統(tǒng)的核心由一臺PC機(jī)構(gòu)成，選用VB6.0作為編程軟件，其作用主要是分析處理單片機(jī)采集的角度數(shù)據(jù)并根據(jù)控制方案向PLC發(fā)出控制信號控制機(jī)床動作的執(zhí)行；同時PC機(jī)作為人機(jī)交互界面，還負(fù)責(zé)進(jìn)行各種折彎參數(shù)的輸入。實時采集母線折彎角度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集模塊由旋轉(zhuǎn)編碼器及單片機(jī)構(gòu)成。

所述控制系統(tǒng)選用E40S6-3600-3-N-24型增量式編碼器作為角度編碼器用以產(chǎn)生角度脈沖信號。選用了ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52型單片機(jī)，其作用是：(1)采集旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的角度脈沖信號；(2)作為PC機(jī)的下位機(jī)接收PC機(jī)的指令并將采集的角度數(shù)據(jù)傳送至PC機(jī)。

所述控制系統(tǒng)的執(zhí)行模塊由一臺PLC構(gòu)成，選用三菱公司生產(chǎn)的FX1S-30MT-001型PLC，接收PC機(jī)的指令并控制機(jī)床動作的執(zhí)行。

所述控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊主要由左右兩個旋轉(zhuǎn)編碼器及兩片單片機(jī)構(gòu)成。為了采集到高精度的角度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)選用了韓國Autonics公司生產(chǎn)的E40S6-3600-3-N-24型編碼器。該編碼器為增量型旋轉(zhuǎn)編碼器，角度分辨率為0.1°，輸出特性為集電極開路輸出，輸出信號為A,B,Z三相脈沖信號。

所述控制系統(tǒng)選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52型單片機(jī)作為角度計數(shù)脈沖的信號采集芯片。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有3個16位定時器/計數(shù)器和全雙工串行口。系統(tǒng)中使用了芯片的定時器2對旋轉(zhuǎn)編碼器的角度脈沖進(jìn)行計數(shù)。定時器2是一個16位定時/計數(shù)器，其既可以做定時器，又可以做事件計數(shù)器。將其作為計數(shù)器并工作在上下計數(shù)模式時可直接對編碼器輸出的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)。定時器2的計數(shù)原理為：芯片的T2EX引腳控制著計數(shù)的方向。T2EX上的一個邏輯1使得定時器2向上計數(shù)；T2EX上的一個邏輯0使得定時器2向下計數(shù)。在接口電路中，將編碼器的A相與B相信號分別與定時器2的計數(shù)端及T2EX端相連。

所述控制系統(tǒng)的AT89S52型單片機(jī)將采集到的角度脈沖數(shù)據(jù)通過RS232串口，傳送至PC機(jī)中。由于單片機(jī)的串口工作在TTL電平而與RS232的電氣特性不兼容，所以，選用了MAX232EPE芯片作為單片機(jī)與PC機(jī)接口電路的電氣性能轉(zhuǎn)換芯片。

所述上位機(jī)是用戶操作及監(jiān)控的界面，系統(tǒng)中采用VB6.0作為編程軟件開發(fā)控制系統(tǒng)應(yīng)用程序。由于單片機(jī)與PLC分別使用不同的通信協(xié)議，所以在系統(tǒng)中采用了雙串行口進(jìn)行通信。串行口1用于PC機(jī)與PLC間的通信，串行口2用于PC機(jī)與兩片AT89S52單片機(jī)間的通信。為了得到母線折彎角度的實時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)啟動后PC機(jī)以50 ms為周期循環(huán)向兩片單片機(jī)發(fā)送角度數(shù)據(jù)讀取指令。PC機(jī)接收到從單片機(jī)傳送回的實時角度數(shù)據(jù)后便與目標(biāo)角度進(jìn)行比較，檢測到當(dāng)前的折彎角度到達(dá)目標(biāo)角度時PC機(jī)立即向PLC發(fā)出強(qiáng)制指令控制折彎動作的主油缸后退動作。由于母線在折彎過程中存在彈性變形及辛格效應(yīng)，在主油缸后退的過程中母線將產(chǎn)生一定量的回彈。此時，PC機(jī)根據(jù)單片機(jī)傳送回的角度數(shù)據(jù)得到初次折彎時產(chǎn)生的回彈量并根據(jù)當(dāng)前的折彎控制方案計算出回彈補(bǔ)償量，然后向PLC發(fā)出強(qiáng)制指令開始補(bǔ)償進(jìn)給動作。

所述控制系統(tǒng)采用國產(chǎn)的三菱PLC編程軟件FXGP-WIN-C編制PLC的控制程序。由于母線折彎加工工藝由固定的一系列動作流程組成，所以程序中使用了SFC步進(jìn)梯形圖指令，并按照母線折彎加工工藝流程來編制SFC的每一步程序。上位機(jī)對PLC的控制則是根據(jù)SFC中兩個相鄰程序步之間的轉(zhuǎn)移條件通過繼電器進(jìn)行強(qiáng)制來實現(xiàn)的。

本發(fā)明的有益效果是：該系統(tǒng)運行可靠，母線折彎過程中的實時角度測量精度達(dá)到±0.1°，任意一根母線單次折彎成形角度控制精度達(dá)到±0.3°，提高了母線折彎加工的精度與效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集電路圖。

圖3是本發(fā)明的RS232接口電路。

圖4是本發(fā)明的主程序框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1，控制系統(tǒng)主要由三大功能模塊組成：分析處理數(shù)據(jù)的計算判斷模塊、實時采集母線折彎角度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集模塊及控制機(jī)床動作執(zhí)行的執(zhí)行模塊。分析處理數(shù)據(jù)的計算判斷模塊作為系統(tǒng)的核心由一臺PC機(jī)構(gòu)成，選用VB6.0作為編程軟件，其作用主要是分析處理單片機(jī)采集的角度數(shù)據(jù)并根據(jù)控制方案向PLC發(fā)出控制信號控制機(jī)床動作的執(zhí)行；同時PC機(jī)作為人機(jī)交互界面，還負(fù)責(zé)進(jìn)行各種折彎參數(shù)的輸入。實時采集母線折彎角度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集模塊由旋轉(zhuǎn)編碼器及單片機(jī)構(gòu)成。

控制系統(tǒng)選用韓國Autonics公司生產(chǎn)的E40S6-3600-3-N-24型增量式編碼器作為角度編碼器用以產(chǎn)生角度脈沖信號。選用了ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52型單片機(jī)，其作用是：(1)采集旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的角度脈沖信號；(2)作為PC機(jī)的下位機(jī)接收PC機(jī)的指令并將采集的角度數(shù)據(jù)傳送至PC機(jī)。

控制系統(tǒng)的執(zhí)行模塊由一臺PLC構(gòu)成，選用三菱公司生產(chǎn)的FX1S-30MT-001型PLC，接收PC機(jī)的指令并控制機(jī)床動作的執(zhí)行。

如圖2，控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊主要由左右兩個旋轉(zhuǎn)編碼器及兩片單片機(jī)構(gòu)成。為了采集到高精度的角度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)選用了韓國Autonics公司生產(chǎn)的E40S6-3600-3-N-24型編碼器。該編碼器為增量型旋轉(zhuǎn)編碼器，角度分辨率為0.1°，輸出特性為集電極開路輸出，輸出信號為A,B,Z三相脈沖信號。

控制系統(tǒng)選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52型單片機(jī)作為角度計數(shù)脈沖的信號采集芯片。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有3個16位定時器/計數(shù)器和全雙工串行口。系統(tǒng)中使用了芯片的定時器2對旋轉(zhuǎn)編碼器的角度脈沖進(jìn)行計數(shù)。定時器2是一個16位定時/計數(shù)器，其既可以做定時器，又可以做事件計數(shù)器。將其作為計數(shù)器并工作在上下計數(shù)模式時可直接對編碼器輸出的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)。定時器2的計數(shù)原理為：芯片的T2EX引腳控制著計數(shù)的方向。T2EX上的一個邏輯1使得定時器2向上計數(shù)；T2EX上的一個邏輯0使得定時器2向下計數(shù)。在接口電路中，將編碼器的A相與B相信號分別與定時器2的計數(shù)端及T2EX端相連。

如圖3， AT89S52型單片機(jī)將采集到的角度脈沖數(shù)據(jù)通過RS232串口，傳送至PC機(jī)中。由于單片機(jī)的串口工作在TTL電平而與RS232的電氣特性不兼容，所以，選用了MAX232EPE芯片作為單片機(jī)與PC機(jī)接口電路的電氣性能轉(zhuǎn)換芯片。

如圖4，上位機(jī)是用戶操作及監(jiān)控的界面，系統(tǒng)中采用VB6.0作為編程軟件開發(fā)控制系統(tǒng)應(yīng)用程序。由于單片機(jī)與PLC分別使用不同的通信協(xié)議，所以在系統(tǒng)中采用了雙串行口進(jìn)行通信。串行口1用于PC機(jī)與PLC間的通信，串行口2用于PC機(jī)與兩片AT89S52單片機(jī)間的通信。為了得到母線折彎角度的實時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)啟動后PC機(jī)以50 ms為周期循環(huán)向兩片單片機(jī)發(fā)送角度數(shù)據(jù)讀取指令。PC機(jī)接收到從單片機(jī)傳送回的實時角度數(shù)據(jù)后便與目標(biāo)角度進(jìn)行比較，檢測到當(dāng)前的折彎角度到達(dá)目標(biāo)角度時PC機(jī)立即向PLC發(fā)出強(qiáng)制指令控制折彎動作的主油缸后退動作。由于母線在折彎過程中存在彈性變形及辛格效應(yīng)，在主油缸后退的過程中母線將產(chǎn)生一定量的回彈。此時，PC機(jī)根據(jù)單片機(jī)傳送回的角度數(shù)據(jù)得到初次折彎時產(chǎn)生的回彈量并根據(jù)當(dāng)前的折彎控制方案計算出回彈補(bǔ)償量，然后向PLC發(fā)出強(qiáng)制指令開始補(bǔ)償進(jìn)給動作。

控制系統(tǒng)采用國產(chǎn)的三菱PLC編程軟件FXGP-WIN-C編制PLC的控制程序。由于母線折彎加工工藝由固定的一系列動作流程組成，所以程序中使用了SFC步進(jìn)梯形圖指令，并按照母線折彎加工工藝流程來編制SFC的每一步程序。上位機(jī)對PLC的控制則是根據(jù)SFC中兩個相鄰程序步之間的轉(zhuǎn)移條件通過繼電器進(jìn)行強(qiáng)制來實現(xiàn)的。