本發(fā)明涉及用于機(jī)械壓力設(shè)備的行業(yè)特殊工藝控制方法及對應(yīng)的一體機(jī)控制器，具體涉及可調(diào)整開始停止角度及SPM值的方法及功能集成的一體機(jī)控制裝置。該控制裝置還可應(yīng)用于工業(yè)自動化通用市場。

背景技術(shù)：

機(jī)械壓力機(jī)屬于工業(yè)加工用機(jī)床，一般應(yīng)用于加工件的一次成型等領(lǐng)域，其主要組成部分包括機(jī)械結(jié)構(gòu)及電氣結(jié)構(gòu)兩大類，機(jī)械結(jié)構(gòu)包括飛輪、離合器、齒輪箱、曲柄、滑塊等，電氣部件主要包括控制裝置、顯示裝置、及傳感器、執(zhí)行器、異步電機(jī)、變頻器、伺服系統(tǒng)等，電氣部分主要負(fù)責(zé)控制機(jī)械結(jié)構(gòu)，完成機(jī)械壓力設(shè)備的具體功能。

在機(jī)械壓力自動化設(shè)備運行過程中，由于存在大慣量的曲柄、飛輪等旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，運行過程中存在較大慣性，在起停時無法做到及時響應(yīng)，具有一定滯后效應(yīng)。因此為了保證設(shè)備在停止工作的狀態(tài)下準(zhǔn)確的停留在上下死點位置，即滑塊位于最上方及最下方，控制器需要提前給出停止信號提前制動，若以滑塊處在上死點的位置計算為0度，下死點的位置為180度，則控制器停止信號發(fā)出時滑塊所處的角度即為開始停止角度。停止角度是最終設(shè)備停止所處的位置，開始停止角度是否準(zhǔn)確是通過最終的停止角度反映。在現(xiàn)有調(diào)整方案中，終端用戶在初始設(shè)置、更換模具、更改工藝、調(diào)整SPM(每分鐘沖程數(shù))沖程速度等操作時，需要相應(yīng)的更改PLC控制器程序及其中部分參數(shù)，反復(fù)的調(diào)試觀察停止位置，耗時漫長，最終確立初始的開始停止角度。而在機(jī)械壓力設(shè)備的實際正常運轉(zhuǎn)中，設(shè)備的起停大多也只能由設(shè)備操作人員根據(jù)經(jīng)驗，按下停止按鈕，所以對應(yīng)的開始停止角度也完全是人為控制。但由于設(shè)備負(fù)載不同，實時運行的SPM，即每分鐘沖程數(shù)，也不相同，人工控制的方式存在非常大的不確定性，會極大的影響機(jī)床的壽命。

SPM，即每分鐘沖程數(shù)，在機(jī)械壓力設(shè)備中，變頻器控制主軸電機(jī)，中間經(jīng)過儲能飛輪、離合器、齒輪箱等部件最終使滑塊上下運動，滑塊上下運動一個周期稱為一個沖程?，F(xiàn)有SPM控制方案較為繁瑣，因為調(diào)速裝置是變頻器，變頻器受PLC控制器頻率輸出指令控制，直接驅(qū)動飛輪，通過減速箱、離合器傳動至滑塊，因此變頻調(diào)速到SPM實際值之間存在轉(zhuǎn)換關(guān)系，并且異步電機(jī)變頻調(diào)速以及各種機(jī)械結(jié)構(gòu)之間誤差加大，用戶開發(fā)的PLC程序不能做到精細(xì)控制而只能靜態(tài)調(diào)整。因此每次更換模具或者改變工藝時，為了保證機(jī)床工作在合理的SPM區(qū)間，需要根據(jù)觀察和經(jīng)驗值人為的不斷調(diào)整PLC應(yīng)用程序和程序中相關(guān)參數(shù)，直至機(jī)床工作在合適的區(qū)間。但即使如此，運行一段時間后最終的速度控制曲線仍會存在較大誤差。這需耗費大量時間和精力，且需要經(jīng)驗豐富的技術(shù)工才能較好的完成。

另外，在工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，自動化設(shè)備的基本方案以PLC為核心控制元件,HMI為顯示交互設(shè)備,變頻器或伺服驅(qū)動為驅(qū)動系統(tǒng),異步電機(jī)或伺服電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu),配合輸入輸出信號、模擬量信號、及各類傳感器，控制機(jī)械構(gòu)件的動作，組成具有相關(guān)功能的完整設(shè)備。但是，隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，在高端裝備領(lǐng)域和細(xì)分市場領(lǐng)域，這些通用的結(jié)構(gòu)構(gòu)成和工藝控制已不能滿足設(shè)備智能化，與不斷提升用戶體驗的需求形成制約。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種機(jī)械壓力設(shè)備的開始停止角度和SPM的自動化、智能化調(diào)整方法，即開始停止角度自學(xué)習(xí)功能、運行過程中開始停止角度動態(tài)調(diào)整功能和SPM閉環(huán)自動控制；并在傳統(tǒng)的PLC的基礎(chǔ)上，設(shè)計一款帶有機(jī)械壓力工藝處理流程模塊的專用一體機(jī)控制裝置，實現(xiàn)SPM和開始停止角度的智能化控制、調(diào)整功能。此外，本發(fā)明還針對現(xiàn)有PLC的通用性不高，功能性不強(qiáng)的特點，在改進(jìn)的一體機(jī)控制裝置中內(nèi)嵌運動控制內(nèi)核和機(jī)器視覺內(nèi)核等功能模塊，滿足多元化的控制需求；并集成云服務(wù)模塊，整合WebServer以及OPCServer，為用戶提供多樣化的人機(jī)交互解決方案，提供最直接最方便的遠(yuǎn)程調(diào)試、編程、診斷、維護(hù)方案。

本發(fā)明提出的用于機(jī)械壓力設(shè)備的工藝流程控制方法，包括開始停止角度自學(xué)習(xí)，用于控制停止角度的精度；具體步驟如下：

S11、設(shè)置SPM的運行范圍，并在設(shè)置范圍內(nèi)選取若干SPM采樣值；

S12、使設(shè)備運行在某一SPM采樣值，并根據(jù)有關(guān)SPM值與開始停止角度值之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型計算該SPM采樣值情況下的開始停止角度理論值；

S13、在該開始停止角度理論值下對設(shè)備進(jìn)行停止控制，得到停止角度實際值；

S14、判斷停止角度實際值與目標(biāo)值之間的偏差是否超過設(shè)定的閾值：若超過則對開始停止角度理論值進(jìn)行修正，保存SPM采樣值及修正后的開始停止角度值,并對數(shù)學(xué)模型引入糾偏系數(shù)進(jìn)行修正，并作為下一SPM采樣值時開始停止角度的計算依據(jù)；若未超過則繼續(xù)運行下一SPM采樣值，同時保存該SPM采樣值和與其對應(yīng)的開始停止角度理論值作為保存的開始停止角度值；

S15、重復(fù)步驟S12至S14，直到運行完所有的SPM采樣值，并完成最終修正系數(shù)的計算；

S16、根據(jù)保存的各SPM采樣值與可使停止角度實際值與目標(biāo)值之間的偏差處在設(shè)定閾值范圍內(nèi)的開始停止角度值之間的關(guān)系擬合開始停止角度曲線，得到相應(yīng)的SPM值與開始停止角度值之間關(guān)系的數(shù)學(xué)函數(shù)式，并保存作為設(shè)備正常運行時開始停止角度的選取依據(jù)。

進(jìn)一步的，考慮到實際運行過程中，因為模具不同導(dǎo)致負(fù)載狀況不同以及運行過程中的損耗導(dǎo)致的傳動效率、制動效率差異，會對前面計算得到的開始停止角度的精確性有影響，故可根據(jù)實際控制效果，即停止角度的偏差，進(jìn)一步修正糾偏系數(shù)；故本發(fā)明還包括運行中開始停止角度動態(tài)校準(zhǔn)，用于進(jìn)一步控制設(shè)備停止時的停止角度的精度；具體包括如下步驟：

S21、在設(shè)備運行過程中，調(diào)閱設(shè)備初始設(shè)置后保存的開始停止角度擬合曲線，根據(jù)曲線獲得當(dāng)前SPM值對應(yīng)的開始停止角度理論值；

S22、根據(jù)該開始停止角度理論值進(jìn)行停止控制，得到停止角度實際值；

S23、計算并判斷停止角度實際值與目標(biāo)值之間的偏差是否超過設(shè)定的閾值，針對偏差超出閾值的情況再次引入糾偏系數(shù)對開始停止角度理論值進(jìn)行修正，并就擬合曲線進(jìn)行動態(tài)擬合更新，保存并覆蓋原開始停止角度擬合曲線，作為設(shè)備后續(xù)運行時開始停止角度的選取依據(jù)。

進(jìn)一步的，若步驟經(jīng)過S23的多次修正，偏差仍無法控制在設(shè)定的閾值內(nèi)，則停止正常運行，重復(fù)開始停止角度自學(xué)習(xí)。

在本發(fā)明中，該數(shù)學(xué)模型的開始停止角度的理論值與SPM值這一變量，以及機(jī)械壓力設(shè)備的機(jī)械構(gòu)件質(zhì)量、齒輪箱離合器傳動效率、制動系統(tǒng)效率等多個定量相關(guān)。而引入的糾偏系數(shù)則是由SPM采樣值、對應(yīng)的開始停止角度值理論值和停止角度實際值及停止角度實際偏差值等相關(guān)數(shù)據(jù)計算得到，一般而言，每一臺設(shè)備的糾偏系數(shù)均不相同；糾偏系數(shù)也代表設(shè)備對影響停止角度準(zhǔn)確度的各因素及其影響比重的預(yù)測。

進(jìn)一步的，本發(fā)明還包括SPM閉環(huán)自動控制，即通過對獲取的SPM實時值，并與SPM目標(biāo)值之間比對，動態(tài)調(diào)整控制指令，形成負(fù)反饋機(jī)制，使得SPM實時值無限接近于SPM目標(biāo)值。

本發(fā)明還提出了一種機(jī)械壓力設(shè)備的一體機(jī)控制裝置，主要包括PLC控制器、IO系統(tǒng)、通訊接口模塊、人機(jī)交互系統(tǒng)、機(jī)械壓力工藝流程模塊。

其中，PLC控制器采用軟核方案；通訊接口模塊包括工業(yè)實時總線接口和本地通訊接口；工業(yè)實時總線接口連接遠(yuǎn)程擴(kuò)展設(shè)備、終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)或驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)分布式控制；本地通訊接口連接本地擴(kuò)展設(shè)備及本地執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)行集中式控制；IO系統(tǒng)包括內(nèi)嵌本地IO模塊、本地擴(kuò)展IO模塊和遠(yuǎn)程擴(kuò)展IO模塊；內(nèi)嵌本地IO模塊，為一體機(jī)控制裝置自帶的輸入輸出點；本地擴(kuò)展IO模塊通過本地通訊接口接入一體機(jī)控制裝置，用于集中式控制；遠(yuǎn)程擴(kuò)展IO模塊通過工業(yè)實時總線接口接入一體機(jī)控制裝置,用于分布式控制；人機(jī)交互系統(tǒng)內(nèi)嵌觸摸顯示屏，作為一體機(jī)控制裝置的顯示和操作界面；機(jī)械壓力工藝流程模塊，包括開始停止角度自學(xué)習(xí)、運行中開始停止角度動態(tài)校準(zhǔn)單元，用于控制機(jī)械壓力設(shè)備工作時機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)中滑塊的停止角度精確度。

進(jìn)一步的，機(jī)械壓力工藝流程模塊還包括SPM閉環(huán)自動控制單元，用于控制SPM值的精確度。

進(jìn)一步的，一體機(jī)控制裝置還包括運動控制內(nèi)核，內(nèi)嵌用于存儲運動控制算法的運動控制庫、運動控制內(nèi)核API接口、用于解析并發(fā)送運動控制指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)或驅(qū)動系統(tǒng)和接收反饋狀態(tài)進(jìn)行閉環(huán)控制的驅(qū)動模塊。

進(jìn)一步的，一體機(jī)控制裝置還包括連接工業(yè)相機(jī)的機(jī)器視覺控制內(nèi)核，內(nèi)嵌用于存儲機(jī)器視覺算法的通用視覺算法庫和與工業(yè)相機(jī)通訊的工業(yè)相機(jī)驅(qū)動模塊。

進(jìn)一步的，一體機(jī)控制裝置還包括云服務(wù)模塊，用于實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程操作，內(nèi)嵌用于原生的遠(yuǎn)程支持和聯(lián)網(wǎng)的WebServer單元和用于不同平臺設(shè)備間數(shù)據(jù)的互聯(lián)的OPCServer單元。

進(jìn)一步的，人機(jī)交互系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)，內(nèi)嵌瀏覽器。

有益效果：

1)針對機(jī)械壓力設(shè)備，本發(fā)明提出工藝流程控制方法，可實現(xiàn)開始停止角度自學(xué)習(xí)及運行中開始停止角度動態(tài)校準(zhǔn)，大大提升機(jī)械壓力機(jī)床的工作效率；通過開始停止角度自學(xué)習(xí)和運行中開始停止角度動態(tài)校準(zhǔn)，可以準(zhǔn)確的進(jìn)行機(jī)械壓力機(jī)床開始停止角度的選取，增加機(jī)床控制精度，也節(jié)省了更改機(jī)床運行參數(shù)，重新校正開始停止角度所需要花費的大量時間，在設(shè)備出廠前或調(diào)試階段完成學(xué)習(xí)功能，在運行過程中實現(xiàn)動態(tài)智能調(diào)整，完全無需人工干預(yù)，大大提高生產(chǎn)效率。

2)另外，本發(fā)明提出的工藝流程控制方法還包括SPM閉環(huán)自動控制，大大提升機(jī)械壓力機(jī)床的工作效率；通過SPM閉環(huán)自動控制，極大的降低了設(shè)備運行過程中改變設(shè)備運行參數(shù)導(dǎo)致SPM調(diào)試?yán)щy的現(xiàn)狀，實現(xiàn)設(shè)備的自動、實時、動態(tài)調(diào)整。

3)本發(fā)明的一體機(jī)控制裝置集成機(jī)器視覺內(nèi)核、運動控制內(nèi)核功能模塊，實現(xiàn)機(jī)器視覺領(lǐng)域、運動控制領(lǐng)域與邏輯控制領(lǐng)域的緊密結(jié)合，某些應(yīng)用場合下不再需要單獨配置機(jī)器視覺控制器及運動控制器，滿足多元化的控制需求以及工業(yè)升級對設(shè)備互聯(lián)的需求。

4)本發(fā)明的一體機(jī)控制裝置還提供了一種全新方式的基于B/S架構(gòu)，Web界面顯示的人機(jī)交互界面，內(nèi)嵌觸摸顯示器，內(nèi)嵌瀏覽器，以多樣化的人機(jī)界面解決方案,降低設(shè)備采購成本，提升用戶體驗。

5)本發(fā)明的一體機(jī)控制裝置還集成了云服務(wù)模塊，包含了WebServer及OPCServer服務(wù)，通過WebServer實現(xiàn)智能終端，遠(yuǎn)程連接現(xiàn)場設(shè)備，如手機(jī)、平板等，并進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試、編程、下載、診斷、維護(hù)等工作，極大的便捷自動化設(shè)備的技術(shù)服務(wù)；通過OPCServer可以滿足與不同平臺間自動化設(shè)備的互聯(lián)需求，如機(jī)器人控制器、CNC加工中心、凸輪控制器等，實現(xiàn)整機(jī)的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。

6)此外，一體機(jī)控制裝置還能根據(jù)用戶需求靈活地配置本地擴(kuò)展IO模塊和遠(yuǎn)程擴(kuò)展IO模塊，實現(xiàn)本地集中式控制和遠(yuǎn)程設(shè)備的分布式控制。

附圖說明

圖1開始停止角度學(xué)習(xí)方法流程

圖2運行中開始停止角度動態(tài)調(diào)整方法流程

圖3機(jī)械壓力設(shè)備閉環(huán)自動控制單元

圖4 SPM閉環(huán)自動控制方法流程

圖5一體機(jī)控制系統(tǒng)功能框架示意圖

圖6運動控制流程

圖7視覺控制流程

圖8面向云平臺的WebServer工作流程

圖9一體機(jī)控制裝置硬件框架圖

圖10一體機(jī)控制裝置軟件架構(gòu)圖

具體實施方式

本發(fā)明涉及的內(nèi)容主要針對于機(jī)械壓力行業(yè)的電氣控制部分的控制器裝置，針對傳統(tǒng)的控制器裝置形成技術(shù)上的更新及行業(yè)工藝上的改進(jìn)，以提升機(jī)械壓力設(shè)備的效率，并降低成本。本發(fā)明提出一種完全自動的、智能化的機(jī)械壓力設(shè)備工藝流程控制方法，即開始停止角度自學(xué)習(xí)，在在機(jī)器出廠調(diào)試過程中，開啟相關(guān)模式進(jìn)行開始停止角度自學(xué)習(xí)得到初始的開始停止角度擬合曲線和相應(yīng)的計算公式；并進(jìn)一步提供運行中開始停止角度動態(tài)更新方法，根據(jù)受運行磨損、機(jī)器累計誤差、環(huán)境變化等因素影響的實際停止角度位置反饋，動態(tài)調(diào)整開始停止角度的計算，保證機(jī)器運轉(zhuǎn)的精度；此外，還提供了一種能實現(xiàn)SPM閉環(huán)自動控制的方法。

另外，本發(fā)明還提供了一種一體機(jī)控制裝置，在滿足現(xiàn)有自動化設(shè)備的功能基礎(chǔ)上，能實現(xiàn)上述機(jī)械壓力設(shè)備工藝流程控制方法,并增加運動控制內(nèi)核、機(jī)器視覺內(nèi)核，滿足用戶多元化的控制需求，如機(jī)器人控制等；內(nèi)嵌的云服務(wù)模塊，集成了WebServer及OPCServer，用戶可以通過聯(lián)網(wǎng)設(shè)備如手機(jī)、平板等實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、調(diào)試、診斷、維護(hù)，通過OPCServer可以采集機(jī)械壓力機(jī)床其它平臺自動化設(shè)備的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)機(jī)械壓力機(jī)床所有設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)功能。

結(jié)合圖1，開始停止角度自學(xué)習(xí)的具體工作流程如下：

首先用戶通過相關(guān)設(shè)置啟動一體機(jī)控制裝置的開始停止角度自學(xué)習(xí)功能，一體機(jī)控制裝置機(jī)械壓力特殊工藝流程軟件模塊提供相關(guān)軟件接口，由用戶設(shè)置機(jī)床SPM的運行范圍；一體機(jī)控制裝置中的機(jī)械特殊工藝流程模塊根據(jù)SPM范圍自動計算出相應(yīng)采樣點，即選取一系列SPM值作為開始停止角度計算參考；隨后，一體機(jī)控制裝置驅(qū)動變頻器輸出使設(shè)備處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，并分別工作在選取的SPM采樣點狀態(tài)下；機(jī)械壓力工藝流程模塊首先會利用事先給定的數(shù)學(xué)模型計算出理論上的開始停止角度，在該角度下發(fā)出停止信號，并得到停止角度實際值；判斷停止角度實際值與目標(biāo)值之間的偏差是否超過設(shè)定的閾值：若超過則對開始停止角度理論值進(jìn)行修正，保存SPM采樣值及修正后的開始停止角度值,并對數(shù)學(xué)模型引入糾偏系數(shù)進(jìn)行修正，并作為下一SPM采樣值時開始停止角度的計算依據(jù)；若未超過則繼續(xù)運行下一SPM采樣值，同時保存該SPM采樣值和與其對應(yīng)的開始停止角度理論值作為保存的開始停止角度值；重復(fù)以上操作，直到運行完所有的SPM采樣值；根據(jù)保存的各SPM采樣值以及各對應(yīng)的可以使停止角度實際值與目標(biāo)值之間的偏差處在設(shè)定閾值范圍內(nèi)的開始停止角度之間的關(guān)系擬合開始停止角度曲線，并得到相應(yīng)的SPM值與開始停止角度值之間關(guān)系的數(shù)學(xué)函數(shù)式，并保存作為設(shè)備正常運行時開始停止角度的選取依據(jù)。

在本發(fā)明中，該數(shù)學(xué)模型的開始停止角度的理論值與SPM值這一變量，以及機(jī)械壓力設(shè)備的機(jī)械構(gòu)件質(zhì)量、齒輪箱離合器傳動效率、制動系統(tǒng)效率等多個定量相關(guān)，同一類型的機(jī)械壓力設(shè)備在設(shè)計時均會有相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

理想狀態(tài)下，同一機(jī)型的設(shè)備應(yīng)當(dāng)是完全一樣的，但是實際過程中，受限于加工精度，如飛輪直徑的細(xì)微差異或者質(zhì)量差異，安裝精度，如安裝契合度會導(dǎo)致齒隙或大或小，會導(dǎo)致傳動效率的變化等影響，對計算出來的開始停止角度理論值，需要結(jié)合每臺機(jī)型的實際運行情況加以修正，這個也是按照開始停止角度理論值控制停止信號，最終停止角度偏差的來源。

因為每臺設(shè)備加工精度、安裝一致性等因素均會導(dǎo)致質(zhì)量、傳動效率、制動效率的不同，在實際應(yīng)用時需要根據(jù)實際運行反饋對模型進(jìn)行相應(yīng)的修正；同時也因為不同的影響因素會對運行結(jié)果有不同的影響，比如質(zhì)量的增減，一般而言導(dǎo)致誤差的線性遞增，而傳動效率的不同，會呈現(xiàn)出非線性的數(shù)學(xué)關(guān)系；因此，在實際情況中，最終停止角度的誤差是多方面因素的共同作用，完全呈現(xiàn)非線性狀態(tài)；引入的糾偏系數(shù)是由SPM采樣值、對應(yīng)的開始停止角度值理論值和停止角度實際值及停止角度實際偏差等相關(guān)的數(shù)據(jù)計算得到，它也代表設(shè)備對影響停止角度準(zhǔn)確度的各因素及影響占比的預(yù)測。

修正方式可參考以下方式：假設(shè)在第一個采樣值，計算得到開始停止角度理論值和停止角度實際值出現(xiàn)了嚴(yán)重偏差，系統(tǒng)會將偏差值保存，作為一個反饋數(shù)據(jù)，同時計算出一個修正系數(shù)，這時的修正比較簡單，一般為單項式，引入到數(shù)學(xué)模型上，但此時，系統(tǒng)只知道個體差異過大，并不知道差異來源。當(dāng)運行第二個采樣點的時候，依然存在偏差，系統(tǒng)繼續(xù)保存偏差值，并且嘗試尋找不同SPM關(guān)系下誤差之間的關(guān)系，并根據(jù)這兩個偏差值，計算得到相應(yīng)的多項式，重新引入到數(shù)學(xué)模型上。以此類推，直到采樣點運行完畢。在實際中，一般在3‐5個點就可以大致的搜尋出規(guī)律，得到比較穩(wěn)定的糾偏系數(shù)函數(shù)。當(dāng)然，在此過程中，采樣點越多，擬合曲線也會越精確。

考慮到實際應(yīng)用中，比如設(shè)備長時間封存，停止運行，首次校準(zhǔn)后沒有銷售，設(shè)備運輸過程顛簸等因素影響，會對初次自學(xué)習(xí)擬合的開始停止角度曲線和運算函數(shù)產(chǎn)生一些影響，故需要在正式使用前，進(jìn)行相關(guān)驗證，即再次啟動設(shè)備運行，重復(fù)一次自學(xué)習(xí)過程，因為前面的基礎(chǔ)，此次重復(fù)檢測的過程會快很多。將檢測糾偏后的擬合曲線和函數(shù)式替換之間保存的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行保存。這樣，可以在用戶設(shè)置的SPM范圍內(nèi)，實現(xiàn)無級控制，即根據(jù)開始停止角度的擬合曲線，得到設(shè)定范圍內(nèi)任意SPM狀態(tài)下的開始停止角度。

在設(shè)備正常運行過程中，一體機(jī)控制裝置根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器計算獲得當(dāng)前SPM值，隨后調(diào)閱保存的曲線，計算開始停止角度，當(dāng)設(shè)備接收到外部停止信號后，根據(jù)該開始停止角度進(jìn)行停止控制。但考慮到設(shè)備正常運行過程中受到設(shè)備帶載、模具更換、模具損耗、機(jī)床耗損、工藝變換等因素，需要在正常運行時對開始停止角度進(jìn)行動態(tài)校準(zhǔn)。其中，最主要的原因是應(yīng)對負(fù)載的變化，相同SPM情況下，負(fù)載變化也會極大的影響整機(jī)設(shè)備的慣性，同時因為負(fù)載對傳動效率、制動效率的影響也是不同的，所以自學(xué)習(xí)計算出來的曲線和函數(shù)式當(dāng)中的糾偏系數(shù)，需要調(diào)整，調(diào)整方式仍可采用糾偏系數(shù)的引入方法，通過2至3次的實際運行的反饋修正糾偏系數(shù)。雖是動態(tài)修正，因為修正的是開始停止角度自學(xué)習(xí)后已經(jīng)得到的多項式的函數(shù)式，此時的修正速度和精確度較之前更快更高。其次，運行中損耗，比如潤滑油干涸，齒輪組摩擦系數(shù)變大，制動用皮帶打滑等，也是動態(tài)調(diào)整的因素之一。

故，在上述方法的基礎(chǔ)中，可加入運行中開始停止角度動態(tài)校準(zhǔn)功能，結(jié)合圖2，即在設(shè)備運行過程中，調(diào)閱設(shè)備初始設(shè)置或較準(zhǔn)驗證后保存的開始停止角度擬合曲線，并計算當(dāng)前SPM值的開始停止角度理論值，根據(jù)該開始停止角度理論值進(jìn)行停止控制，計算并判斷實際的停止角度與目標(biāo)值之間偏差是否超出閾值，同時對偏差超出閾值的情況對開始停止角度擬合曲線進(jìn)行動態(tài)擬合更新，保存并覆蓋原開始停止角度擬合曲線。

隨著設(shè)備長時間的運行，受外界因素的影響，偏差也會慢慢增大。此時已無法通過修正來調(diào)整偏差值，此時需要重新啟動自學(xué)習(xí)功能，重新計算開始停止角度函數(shù)式和擬合曲線。

本發(fā)明還提供一種加入SPM閉環(huán)自動控制的優(yōu)選實施例。如圖3所示，機(jī)械壓力設(shè)備閉環(huán)控制單元使用一體機(jī)控制裝置、電機(jī)控制部件，如變頻器、伺服驅(qū)動、凸輪控制器等，執(zhí)行部件，如異步電機(jī)、伺服電機(jī)等，旋轉(zhuǎn)變壓器和機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)等硬件以實現(xiàn)功能；其中，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)通常包括飛輪、離合器、曲柄、滑塊等。

結(jié)合圖4，一種SPM閉環(huán)自動控制工藝處理方法實現(xiàn)閉環(huán)自動控制，用戶只需要在控制器中設(shè)置SPM范圍值，即可使控制機(jī)器工作在相應(yīng)的沖程區(qū)間內(nèi)，控制器內(nèi)部根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器位置反饋，并且集成PID等調(diào)節(jié)算法，實現(xiàn)變頻器動態(tài)調(diào)整，保證SPM精度。具體的流程如下：

機(jī)械壓力設(shè)備閉環(huán)控制單元工作時，當(dāng)機(jī)械壓力設(shè)備一體機(jī)控制裝置輸出信號，電機(jī)控制部件接收信號，執(zhí)行部件運轉(zhuǎn)并驅(qū)動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)工作；此時，旋轉(zhuǎn)變壓器將機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)中滑塊位置等數(shù)據(jù)發(fā)送至一體機(jī)控制裝置，一體機(jī)控制裝置計算得到實時SPM值，并根據(jù)此實時SPM與預(yù)設(shè)SPM的差距，調(diào)整給執(zhí)行部件的信號，控制執(zhí)行部件的輸出從而影響最終的SPM值。

本實施例中，在軟件上提供專有的接口，供客戶對目標(biāo)SPM值范圍進(jìn)行設(shè)置；在設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)機(jī)械壓力設(shè)備一體機(jī)控制裝置輸出信號，變頻器接收信號，電機(jī)運轉(zhuǎn)，帶動飛輪并最終使模塊上下滑動；此時，旋轉(zhuǎn)變壓器將機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)中滑塊位置、曲桿運行的角度等數(shù)據(jù)發(fā)送至一體機(jī)控制裝置；一體機(jī)控制裝置根據(jù)反饋的SPM值與SPM目標(biāo)值進(jìn)行比對，動態(tài)調(diào)整脈沖輸出指令，形成負(fù)反饋機(jī)制，最終使得實時SPM值無限接近于目標(biāo)SPM值。

在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種能實現(xiàn)上述功能的機(jī)械壓力設(shè)備的一體機(jī)控制裝置，主要包括PLC控制器、IO系統(tǒng)、通訊接口模塊、人機(jī)交互系統(tǒng)、機(jī)械壓力工藝流程模塊；其中：

機(jī)械壓力工藝流程模塊，是對機(jī)械壓力設(shè)備特殊工藝進(jìn)行的提煉、改進(jìn)以及封裝，能實現(xiàn)前面所述的特殊控制方法。它包括開始停止角度自學(xué)習(xí)運行中開始停止角度動態(tài)校準(zhǔn)單元，用于控制機(jī)械壓力設(shè)備工作時機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)中滑塊的停止角度精確度；還可以包括SPM閉環(huán)自動控制單元，用于控制SPM值的精確度。

PLC控制器采用軟核方案，即在PC-Base或者嵌入式系統(tǒng)里，通過實時通信技術(shù)及上層軟件，在一體機(jī)控制裝置CPU性能足夠強(qiáng)大的基礎(chǔ)上，甚至可以集成多個軟PLC，實現(xiàn)PLC功能的深度定制，根據(jù)用戶需求融合機(jī)械壓力設(shè)備所需的相應(yīng)功能模塊的接口，為用戶使用提供便利。并且，在PLC運行過程中，相關(guān)參數(shù)配置、數(shù)據(jù)采集，可以通過云服務(wù)模塊上傳至互聯(lián)網(wǎng)。而傳統(tǒng)的硬件PLC的固件不能移植至通用平臺，只能在相應(yīng)硬件平臺下運行。PLC可實現(xiàn)分布式控制方案，通過相應(yīng)總線協(xié)議，如EtherCAT、ProfiNet、Ethernet IP等，利用高速傳輸介質(zhì)(如以太網(wǎng))，接入系統(tǒng)，使得設(shè)備的輸入輸出配置靈活、易于增減、安裝維護(hù)便捷，功能可定制開發(fā)。

通訊接口模塊包括工業(yè)實時總線接口和本地通訊接口。實時工業(yè)總線接口，通過高精度、低延時、高帶寬的工業(yè)實時現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)接遠(yuǎn)程擴(kuò)展設(shè)備，高性能終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如機(jī)器人，或驅(qū)動系統(tǒng)，如高速同步伺服系統(tǒng)，以實現(xiàn)分布式控制；其中，工業(yè)實時現(xiàn)場總線包括工業(yè)以太網(wǎng)、LVDS、CAN總線等，工業(yè)實時總線協(xié)議包括EtherCAT、CANOpen、ProfiNet、Ethernet IP等。本地通訊接口，連接本地擴(kuò)展設(shè)備以及相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)如變頻器、普通伺服系統(tǒng)等，用于集中式控制，本地通訊接口包括RS485、RS232、標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、USB等，本地通訊協(xié)議一般為ModBus、ProfiBus等。

IO系統(tǒng)內(nèi)嵌本地IO模塊，為一體機(jī)控制裝置自帶的輸入輸出點；當(dāng)然，根據(jù)用戶需求IO系統(tǒng)還可加入本地擴(kuò)展IO模塊和遠(yuǎn)程擴(kuò)展IO模塊；其中，本地擴(kuò)展IO模塊通過本地通訊接口接入一體機(jī)控制裝置，用于集中式控制，可連接本地或者距離較近的開關(guān)量信號、傳感器、執(zhí)行器等，它可設(shè)置在與一體機(jī)控制裝置處于相同電氣柜之間；遠(yuǎn)程擴(kuò)展IO模塊通過工業(yè)實時總線接口接入一體機(jī)控制裝置，是用于分布式控制所擴(kuò)展的IO模塊，可連接遠(yuǎn)程的傳感器、執(zhí)行器等，可以通過通訊線互聯(lián)，方便一體機(jī)控制裝置對遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，無需和一體機(jī)控制裝置處于相同電柜之中。

人機(jī)交互系統(tǒng)為內(nèi)嵌的觸摸顯示屏以及工業(yè)云服務(wù)中的WebServer服務(wù)，作為一體機(jī)控制裝置的顯示和操作界面；本發(fā)明所提供的人機(jī)交互系統(tǒng)優(yōu)選B/S架構(gòu)，內(nèi)嵌瀏覽器，通過內(nèi)嵌觸摸屏瀏覽并操作，并能通過聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器進(jìn)行連接訪問；而且界面顯示內(nèi)容可通過標(biāo)準(zhǔn)Web編程進(jìn)行定制或二次開發(fā)。

在前述基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供另一實施例，即，一體機(jī)控制裝置還包括運動控制內(nèi)核，內(nèi)嵌運動控制庫、運動控制內(nèi)核API接口和驅(qū)動模塊；其中，運動控制庫用于存儲運動控制算法，如曲線插補、精準(zhǔn)位置控制等；驅(qū)動模塊用于解析并發(fā)送運動控制指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)或伺服驅(qū)動器并接收反饋狀態(tài)。運動控制內(nèi)核用于多軸同步、控制，并直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)或電機(jī)控制部件，從而實現(xiàn)設(shè)備的高精度、高響應(yīng)等指標(biāo)。具體可實現(xiàn)：1)伺服電機(jī)多軸同步，即復(fù)雜系統(tǒng)多電機(jī)協(xié)同運作，確保產(chǎn)線、生產(chǎn)加工過程的一致性；2)運動插補，即控制電機(jī)進(jìn)行如圓弧，螺旋等復(fù)雜曲線軌跡運動；3)電子凸輪，即可替代機(jī)械凸輪，完成滿足一定規(guī)律的周期性動作；4)電流位置速度三環(huán)控制等功能，利用這些功能可直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)如多種類型機(jī)器人，亦可連接相關(guān)驅(qū)動系統(tǒng)如伺服系統(tǒng)，進(jìn)而控制相關(guān)電機(jī)。

結(jié)合圖5，運動控制內(nèi)核的工作流程是：最終用戶根據(jù)自身設(shè)備工藝，對PLC進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，調(diào)用運動控制內(nèi)核API接口中合適的運動控制算法；在設(shè)備運行過程中，PLC控制器接收到相應(yīng)的指令后調(diào)用運動控制庫中相應(yīng)的運動控制算法，通過驅(qū)動模塊將控制命令傳輸至驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行設(shè)備，如伺服驅(qū)動器，由伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機(jī)，以完成用戶想要實現(xiàn)的工藝來實現(xiàn)電機(jī)操控，也可以直接驅(qū)動某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)如相關(guān)機(jī)器人，控制機(jī)器人完成相應(yīng)動作。

進(jìn)一步的，為替代昂貴的專用視覺設(shè)備，并能和運動控制有機(jī)結(jié)合起來，本發(fā)明還提供另一實施例，即，一體機(jī)控制裝置還包括連接工業(yè)相機(jī)的機(jī)器視覺控制內(nèi)核。機(jī)器視覺控制內(nèi)核內(nèi)嵌通用視覺算法庫和工業(yè)相機(jī)驅(qū)動模塊，其中，通用視覺算法庫用于存儲機(jī)器視覺算法，如亞像素掃描、特征值擬合等，工業(yè)相機(jī)驅(qū)動模塊用于控制、設(shè)置工業(yè)相機(jī)并兼容工業(yè)相機(jī)通訊協(xié)議，如GIGEVISION。機(jī)器視覺控制內(nèi)核用于實現(xiàn)對生產(chǎn)工件進(jìn)行定位、識別、缺陷檢測、分揀、分色等功能，將檢測結(jié)果傳遞給PLC控制器，并由PLC控制器根據(jù)用戶應(yīng)用程序調(diào)用運動控制內(nèi)核，最終發(fā)送具體指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)或驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行執(zhí)行操作。

結(jié)合圖6，機(jī)器視覺控制內(nèi)核的工作流程是：工業(yè)相機(jī)采集圖像，通過工業(yè)相機(jī)驅(qū)動模塊將數(shù)據(jù)傳入通用視覺庫，通用視覺庫根據(jù)用戶應(yīng)用程序的設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)的功能運行，并將運行結(jié)果反饋給軟核PLC，最終用戶則通過對PLC的二次開發(fā)，進(jìn)行對應(yīng)的工藝處理。

在前述基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供另一優(yōu)選實施例，即，一體機(jī)控制裝置還包括云服務(wù)模塊，支持WebServer服務(wù)，實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程操作。具體的，可用于實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、調(diào)試、編程及數(shù)據(jù)采集；還可以采集不同廠家設(shè)備的數(shù)據(jù)；并能通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)或者直接接入終端設(shè)備，利用終端設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器進(jìn)行訪問，也可以利用專用的網(wǎng)關(guān)設(shè)備獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)操作。

云服務(wù)模塊包括WebServer單元和OPCServer單元。其中，WebServer單元可實現(xiàn)原生的遠(yuǎn)程支持，實現(xiàn)遠(yuǎn)程下載及調(diào)試，用戶還可以通過可聯(lián)網(wǎng)的智能終端，如手機(jī)、PC機(jī)等，直接訪問WebServer。而現(xiàn)有設(shè)備方案的遠(yuǎn)程調(diào)試均是增加通訊網(wǎng)關(guān)、無線模塊等設(shè)備實現(xiàn)，這存在穩(wěn)定性、協(xié)議兼容性、可靠性等諸多不確定因素。OPCServer單元用于不同平臺設(shè)備間的互聯(lián)或聯(lián)網(wǎng)，提供不同通訊協(xié)議設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，提供整臺設(shè)備的數(shù)字化聯(lián)網(wǎng)方案。而目前通用的做法是增加協(xié)議轉(zhuǎn)換器，成本增加且效率不高，而OPCUA已經(jīng)被業(yè)界廣泛認(rèn)可，在控制器內(nèi)部增加OPCServer功能，可以極大提升設(shè)備競爭力，使得不同平臺設(shè)備在同一工業(yè)以太網(wǎng)中無縫共存。

此外，一體機(jī)控制裝置還可內(nèi)嵌瀏覽器，與WebServer協(xié)同，提供用戶交互系統(tǒng)。WebServer可提供Web方式的設(shè)備編程、狀態(tài)查看，可供遠(yuǎn)程編程、診斷、維護(hù)、調(diào)試等操作；并能通過內(nèi)嵌觸摸屏等多種方式實現(xiàn)多樣化的人機(jī)交互解決方案。而傳統(tǒng)的做法是增加HMI等設(shè)備，而HMI屬于專用設(shè)備，需要專用的二次開發(fā)平臺，且成本較高，基于瀏覽器的Web頁面編程則更為易用及靈活，且可以提供遠(yuǎn)勝于HMI的功能擴(kuò)展?？梢?，在控制器中內(nèi)嵌WebServer，使得設(shè)備具備了聯(lián)網(wǎng)功能，可以促進(jìn)信息化和自動化的深度融合，在工業(yè)4.0改造過程中，也有降低用戶使用成本。

如圖8，WebServer工作過程是：設(shè)備上電后，WebServer啟動，并獲取設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的信息，如Web界面信息，包括控制界面和顯示界面；診斷信息、組態(tài)信息、應(yīng)用信息以及設(shè)備運行過程中的數(shù)據(jù)，當(dāng)外部設(shè)備或者內(nèi)部服務(wù)等客戶端上線并且向WebServer提交了連接申請后，WebServer在建立連接的同時還會對連接通道進(jìn)行加密，以保證數(shù)據(jù)的安全性；之后，將WebServer相關(guān)信息傳輸給客戶端，客戶端通過Web瀏覽器可以訪問這些信息并進(jìn)行相應(yīng)的控制，如果客戶端發(fā)送了控制命令或者程序下載等指令，WebServer會將一體機(jī)控制裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時更新，更新后的數(shù)據(jù)會被WebServer讀取上傳并顯示，如此往復(fù)，直到客戶端連接斷開。

結(jié)合以上實施例，此處提供針對一體機(jī)控制裝置的軟、硬件部分的一種優(yōu)選實施例。

如圖9所示，一體機(jī)控制裝置可采用包括主處理器和協(xié)處理器的雙核架構(gòu)。主處理器，可選用ARM Cortex系列處理器，或者X86體系的CPU，用于運行系統(tǒng)軟件，包括PLC軟核、實時操作系統(tǒng)(RT OS System)、功能模塊、云服務(wù)模塊、各類設(shè)備驅(qū)動等；

如圖10，PLC軟核主要包括PLC運行系統(tǒng)、組態(tài)解析模塊、應(yīng)用解析模塊、用戶交互接口、參數(shù)配置模塊、數(shù)據(jù)交互模塊、診斷模塊；其中，PLC運行系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)調(diào)度PLC應(yīng)用程序，并直接調(diào)用功能模塊進(jìn)行實際的硬件操控，獲得相應(yīng)反饋，根據(jù)相應(yīng)組態(tài)信息將數(shù)據(jù)傳輸至各外接設(shè)備或擴(kuò)展設(shè)備之中；組態(tài)解析模塊，用于解析一體機(jī)控制裝置所連接的外圍擴(kuò)展設(shè)備，如本地擴(kuò)展IO模塊、伺服驅(qū)動器、變頻器、觸摸屏、相機(jī)等，并分配通訊地址及確定連接拓?fù)浜托薷南嚓P(guān)參數(shù)配置；組態(tài)信息最終傳遞給PLC運行系統(tǒng)，由PLC運行系統(tǒng)負(fù)責(zé)最終調(diào)度；應(yīng)用解析模塊，用于解析客戶開發(fā)的應(yīng)用程序，修改相關(guān)參數(shù)，將用戶程序解析成具體操作指令列表并傳遞給PLC運行系統(tǒng)，由其負(fù)責(zé)具體調(diào)度和執(zhí)行；用戶交互接口，主要是和HMI設(shè)備及上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊，給用戶提供直觀的觀察設(shè)備運行狀態(tài)；參數(shù)配置模塊，用于配置一體機(jī)控制裝置的相關(guān)參數(shù)，如擴(kuò)展設(shè)備相關(guān)信息、通訊參數(shù)等；數(shù)據(jù)交互模塊，負(fù)責(zé)提取PLC運行過程當(dāng)中的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)，如運行狀態(tài)、運行參數(shù)實時值、相關(guān)寄存器值等，數(shù)據(jù)交互模塊中的數(shù)據(jù)可通過用戶交互接口、云服務(wù)模塊查看和修改；診斷模塊，用于診斷系統(tǒng)信息，準(zhǔn)確定位設(shè)備故障來源。

另外，實時操作系統(tǒng)是實時性、優(yōu)先級控制的操作系統(tǒng)，是設(shè)備運行的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)軟件的調(diào)度，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性并提升運行效率；云服務(wù)模塊可以通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口利用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器進(jìn)行訪問，也可以利用專用的網(wǎng)關(guān)設(shè)備獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)操作。功能模塊包括機(jī)器視覺控制內(nèi)核、運動控制內(nèi)核、機(jī)械壓力工藝流程模塊、IO掃描模塊等。設(shè)備驅(qū)動主要包括各個硬件單元的驅(qū)動程序以及通訊協(xié)議，是硬件正常工作和被調(diào)用的基礎(chǔ)；用戶應(yīng)用程序和組態(tài)程序可以通過云服務(wù)模塊完成開發(fā)及下載，也可以利用傳統(tǒng)的PC機(jī)開發(fā)方式完成并下載。

協(xié)處理器，可選用FPGA、CPLD、ASIC等芯片，用于運行實時總線協(xié)議棧，連接工業(yè)實時總線或工業(yè)以太網(wǎng)，負(fù)責(zé)工業(yè)級通訊，操控遠(yuǎn)程IO擴(kuò)展模塊、伺服、電機(jī)控制功能。并且可提供至少2個物理接口，供用戶組網(wǎng)。

以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的部分實施方式，其描述并不能理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。