CN110727238A - 一种双工位等离子熔敷设备控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双工位等离子熔敷设备控制***及方法，包括上位机，获取熔敷操作指令并转换为第一控制信号；运动控制器，获取第一控制信号；电机驱动器，接收第一控制信号并转换为第二控制信号，电机，接收第二控制信号，带动熔敷机械执行机构执行与熔敷操作指令相对应的焊接操作；PLC控制器，获取熔敷指令、待修复位置数据、传输报警信息和熔敷参数信号；焊机，接收熔敷指令，发出熔敷参数信号；激光测距传感器，采集待修复位置数据；限位传感器，传输报警信息。本发明具有功能齐全灵活、操作简单、运行稳定、节省设备放置空间及运行准备时间、投资低、见效快的优点。
Description
技术领域
本发明属于刮板输送机修复技术领域，具体涉及一种双工位等离子熔敷设备控制***及方法。
背景技术
刮板输送机是综合机械化采煤工作面的主要运输设备，其除了运送煤之外，还可作为采煤机行走轨道，液压支架移动的推拉支撑点。刮板输送机由中部槽、链条、刮板及牵引***组成。其中，中部槽是刮板输送机的主要部分，中部槽的使用寿命决定了整个刮板输送机的生产效益。其主要运输物料为原煤，借助刮板和链条在中板上滑行，工作阻力大，中部槽中底板磨损问题突出。
目前，中部槽中底板主要采用二氧化碳气体保护焊工艺来修复完成，该手工修复工艺存在的主要问题是：
1.修复质量不稳定，人员技能和人员情绪直接影响修复质量；
2.修复效率较低，修复表面成型效果差，人员技能水平与修复工艺以及人员生理因素影响修复效率；
3.劳动强度大，安全隐患大，容易引起人员职业病。
而且每年有大量中部槽需要修复，单靠人工来进行修复已经远远不够。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双工位等离子熔敷设备控制***及方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明可以实现中部槽中板的自动修复，提高修复质量和效率，减少人为影响，降低人员劳动强度，同时可以改善人员作业环境。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双工位等离子熔敷设备控制***，包括上位机，上位机上连接有PLC控制器和运动控制器，运动控制器上依次连接有伺服驱动和伺服电机，伺服电机上连接有双工位熔敷机械执行机构，PLC控制器上连接有焊机、激光测距传感器及限位开关；其中：
上位机，用于获取熔敷操作指令并转换为第一控制信号；
运动控制器，用于获取第一控制信号；
伺服驱动，用于接收运动控制器获取的第一控制信号并转换为第二控制信号；
伺服电机，用于接收伺服驱动的第二控制信号，带动双工位熔敷机械执行机构执行与熔敷操作指令相对应的焊接操作；
PLC控制器，用于获取熔敷指令、待修复位置数据、传输报警信息和熔敷参数信号；
焊机，用于接收熔敷指令，发出熔敷参数信号；
激光测距传感器，用于采集刮板输送机中部槽待修复位置数据；
限位开关，用于传输报警信息。
进一步地，上位机通过altera总线与运动控制器连接，运动控制器依次经伺服驱动和伺服电机与熔敷机械执行结构连接；上位机获取熔敷操作指令并转换为伺服驱动识别的第一控制信号，伺服驱动将第一控制信号转换为伺服电机识别的第二控制信号，伺服电机根据第二控制信号带动双工位熔敷机械执行机构执行与熔敷操作指令相对应的焊接操作。
进一步地，运动控制器选用HUST A8 CNC控制器，上位机为TPC-2170控制器，伺服驱动为DS2-AS伺服驱动器。
进一步地，位机通过altera总线与PLC控制器连接，通过PLC控制器分别与焊机，激光传感器和限位开关连接；PLC控制器用于获取熔敷指令并传输给焊机；焊机用于发出相关熔敷参数信号，并传输给PLC控制器；激光测距传感器用于采集待修复位置数据并将待修复位置数据传输给PLC控制器；限位开关用于传输报警信息到PLC控制器。
进一步地，PLC控制器选用FBS-32MCR2-AC控制器。
进一步地，上位机通过以太网连接至输入装置，所述输入装置为触摸显示屏或遥控器。
一种双工位等离子熔敷设备控制***的控制方法，包括以下步骤：
S1、上位机获取熔敷操作指令，将熔敷操作指令转换为运动控制器识别的第一控制信号，第一控制信号传输给伺服驱动；
S2、伺服驱动将第一控制信号转换为伺服电机识别的第二控制信号，并将第二控制信号传输给伺服电机；
S3、伺服电机接收第二控制信号并根据第二控制信号带动双工位自动熔敷机械执行机构执行与熔敷操作指令相对应的熔敷操作；
S4、输入熔敷操作指令，将熔敷操作指令通过以太网传输给上位机；
S5、通过激光测距传感器采集待修复位置数据传输给PLC控制器，PLC控制器将待修复位置数据传输至上位机，上位机根据待修复数据调整第一控制信号，调整双工位熔敷机械执行机构执行的熔敷操作。
进一步地，步骤S1中，通过触摸显示屏或遥控器把熔敷焊接参数通过以太网传给上位机，上位机经过判断把熔敷的起始时间、熔敷速度、熔敷轨迹、结束时间参数通过G代码的形式传给运动控制器进行识别并进行相应的动作。
进一步地，步骤S5中，通过激光测距传感器测量并对比确定刮板输送机中部槽相应部件磨损深度，根据深度的不同经过判断后上位机调用相应焊接参数程序，并转换为伺服驱动识别的第一控制信号进行熔敷作业。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种双工位等离子熔敷设备控制***，上位机与PLC控制器和运动控制器之间通过altera总线连接，运动控制器分别与6台伺服驱动连接，运动控制器能够从上位机获取待修复位置指令，并传输给伺服驱动；每台伺服驱动经一台伺服电机与对应的机械执行结构行走部件连接；上位机用于获取熔敷操作指令，将熔敷操作指令转换为伺服驱动识别的第一控制信号，并将第一控制信号传输给伺服驱动；伺服驱动用于将第一控制信号转换为伺服电机识别的第二控制信号，并将第二控制信号传输给对应的伺服电机；伺服电机根据第二控制信号带动熔敷机械执行机构执行与熔敷操作指令相对应的焊接操作。***具有操作灵活、结构简单易实现、运行稳定、造价成本低等优点。
进一步的，上位机为TPC-2170控制器，运动控制器选用HUST A8 CNC控制器，伺服驱动为DS2-AS伺服驱动器，以上控制器具有运行稳定，功能先进，具备二次开发功能、性价比高的特点，在满足设备控制要求的前提下节省成本。
进一步的，通过上位机与PLC控制器连接，可以在不中断主控器运行的情况下用PLC控制器采集报警信号及传感器信号，使得设备可以实施处理突发情况，保证设备的运行稳定及安全。对采集的报警信号进行中断、停止等紧急情况处理，对采集的激光传感器信号进行滤波处理并转化为数字型号传给上位机。
进一步的，上位机通过以太网连接输入装置(输入装置为触摸显示屏或遥控器)以获取人机交互界面的输入信号及显示上位机的信息，具有信号稳定、传输速度块、操作简单、连线简洁等特点。
一种双工位等离子熔敷设备控制***的控制方法，两个工位焊接设备既可以在一件中部槽上工作，也可以分别在两个中部槽上工作，同时也满足一个工作，一个调试的功能，大大节省了设备放置物理空间及操作设备的时间，具有很大的灵活性。
进一步的，上位机通过触摸显示屏把熔敷焊接参数通过以太网传给上位机，达到通过人机交互界面把技术人员输入的各参数传给操作***并执行。具有传输参数稳定、速度块、操作简单的优点。
进一步的，通过激光测距传感器测得数据经过分析可以得出中部槽磨损情况数据，通过数据分析可以得到需要修复的工艺参数，进而达到自动熔敷修复的目的。
综上所述，本发明具有功能齐全灵活、操作简单、运行稳定、节省设备放置空间及运行准备时间、投资低、见效快的优点。
附图说明
图1为本发明控制流程图；
图2为本发明实施例测量显示曲线图；
图3为本发明控制***连接图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图3，本发明提供了一种双工位等离子熔敷设备控制***，用于控制两套机械执行结构执行熔敷操作，包括：上位机、遥控器、PLC控制器、A8控制器、伺服驱动、伺服电机、激光测距传感器、焊机和限位开关。
上位机与PLC控制器和运动控制器之间通过altera总线连接，运动控制器分别与6台电机驱动器连接，运动控制器能够从上位机获取待修复位置指令，并传输给伺服驱动；每台伺服驱动经一台伺服电机与对应的机械执行结构行走部件连接；上位机用于获取熔敷操作指令，将熔敷操作指令转换为伺服驱动识别的第一控制信号，并将第一控制信号传输给伺服驱动；伺服驱动用于将第一控制信号转换为伺服电机识别的第二控制信号，并将第二控制信号传输给对应的伺服电机；伺服电机根据第二控制信号带动熔敷机械执行机构执行与熔敷操作指令相对应的焊接操作。
PLC控制器分别与两个焊机***，两个激光传感器和多个限位开关连接；PLC控制器用于获取熔敷指令，并传输给焊机；激光测距传感器用于采集待修复位置数据，并将待修复位置数据传输给PLC控制器；焊机用于发出相关熔敷参数信号，并传输给PLC控制器；限位开关包括12个，用于传输报警信息到PLC控制器。
优选的，PLC控制器选用FBS-32MCR2-AC控制器。
本发明一种双工位等离子熔敷设备控制***还包括输入装置，
输入装置通过以太网与上位机连接，用于输入熔敷操作指令。
优选的，输入装置为触摸屏或遥控器。
优选的，运动控制器选用HUST A8 CNC控制器。
优选的，上位机为TPC-2170控制器，采用VS2015 c#进行二次开发，伺服驱动，即电机驱动器为DS2-AS伺服驱动器。
请参阅图1，本发明一种双工位等离子熔敷设备控制***的控制方法，包括以下步骤：
S1、上位机获取熔敷操作指令，将熔敷操作指令转换为运动控制器识别的第一控制信号，第一控制信号通过altera总线传输给伺服驱动；上位机通过触摸显示屏把熔敷焊接参数通过以太网传给上位机，上位机经过判断把熔敷的起始时间、熔敷速度、熔敷轨迹、结束时间参数通过G代码的形式传给运动控制器进行识别并进行相应的动作；
S2、伺服驱动将第一控制信号转换为伺服电机识别的第二控制信号，并将第二控制信号通过altera总线传输给伺服电机；
S3、伺服电机接收第二控制信号并根据第二控制信号带动双工位自动熔敷装备执行机构执行与熔敷操作指令相对应的熔敷操作；
S4、输入装置输入熔敷操作指令，将熔敷操作指令通过以太网传输给上位机；
S5、通过激光测距传感器采集待修复位置数据，上位机根据待修复数据调整第一控制信号，进而调整双工位熔敷装备执行机构执行的熔敷操作。
通过激光测距传感器测量并进行分析对比，确定中部槽相应部件磨损深度，根据深度的不同经过判断后上位机调用相应的焊接参数程序，并转换为伺服驱动识别的第一控制信号进行熔敷作业。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
本发明提供一种刮板输送机中部槽中板双工位等离子熔覆设备的控制***，包括：双工位熔敷机械执行机构，上位机、遥控器、PLC控制器、A8控制器、伺服驱动、伺服电机、激光测距传感器、焊机和限位开关。其中激光测距传感器、伺服驱动和伺服电机组成激光扫描定位模块，焊机具有弧压反馈功能，限位开关和A8控制器构成报警模块，上位机和遥控器组成中央控制模块。
其中，双工位机械执行机构包括横向传动组件、纵向传动组件、竖向传动组件及支撑立柱，纵向传动组件可以实现整个双工位执行机构Y轴方向的移动，完成对中部槽中板磨损长度的扫描及修复；横向传动组件可以实现焊枪的左右移动(X轴方向的移动)，完成对中部槽中板磨损宽度的扫描及修复；竖向传动组件可以实现焊枪的升降，即Z轴方向的移动，完成对中部槽中板磨损深度的扫描及修复。
激光扫描定位模块通过激光传感器对管孔进行激光扫描，然后密集地大量获取目标对象的数据点坐标，通过相应的算法生成中部槽中板的表面磨损曲线，根据该磨损曲线控制双工位机械执行机构到达待修复的起始位置，从而实现中板的初始位置的识别和自主导引。
使用中部槽等离子熔敷焊枪和焊机；通过机械执行机构夹持焊枪，使焊枪移动到修复起始位置，在保护气罩的保护下，按照激光扫描获得的表面磨损曲线，完成中部槽中板的等离子熔敷修复。配合双工位机械执行机构，可以同时完成两道等离子熔敷修复工作。
弧压反馈模块能够在等离子熔敷焊枪和工件之间的距离发生变化时，对应的弧压产生变化，弧压变化由模拟电压块反馈给控制***，控制***根据电压的增减，对应升高或者降低焊枪，从而实现中部槽中板曲面磨损部位的高质量修复。
报警模块采用接触式的限位传感器，用来限定双工位的机械执行机构的运动极限，即行程。“两机六向”分别由12个限位传感器控制，超过运动极限位置，限位传感器断开，以电信号反馈给PLC，PLC通过altera总线把信号传输给中央控制***，***接受到所述的电信号，产生报警信息，并显示在触摸屏上。同时***通过给伺服电机控制器信号达到停止伺服电机运行(***允许设备反方向运行)的目的。
中央控制模块可以控制激光传感器对中部槽中部磨损部位进行扫描，实现初始焊位及熔敷曲线的识别与引导；控制双工位机械执行机构夹持焊枪对中部槽中板进行自动等离子修复工作；根据弧压反馈信号，控制焊枪的升高或者降低，保证焊枪与中部槽磨损部位的高度保持不变。
弧压反馈模块通过弧压传感器(检测焊枪与工件之间的电压信号)把反馈的模拟电压信号0～5V(经过硬件滤波模块处理过的)传给PLC电压模拟量采集模块，通过此PLC电压模拟量采集模块转化为数字信号，在PLC经过处理后通过与设定的基值进行对比分析，结果如下：
1、如采集电压值高于基值，则需要按照一定步长降低焊枪高度使电压值降低，减小采集电压值与基值间的差值，直至采集电压值与基值持平；
2、如采集电压值低于基值，则需要按照一定步长提高焊枪高度使电压值升高，减小采集电压值与基值间的差值，直至采集电压值与基值持平；
3、如采集电压值高于设定最大值，PLC把报警信号传给中央控制模块，设备机械部分及电源部分停止运行，并发出报警信号，等待人员手动处理；
4、如采集电压值低于设定最小值，PLC把报警信号传给中央控制模块，设备机械部分及电源部分停止运行，并发出报警信号，等待人员手动处理；
根据分析结果通过PLC控制单元反馈信号给中央控制模块(停机及报警)或反馈给Z轴伺服电机控制器(电机转动速度、方向及转数的控制信号)进而控制伺服电机运转从而控制焊枪进行焊枪高度的调整。
激光扫描定位模块通过激光测距传感器把激光头到测量面的距离数值转化为电压数值，输出0～5V电压信号线性对应激光传感器的量程200～600mm。经过硬件滤波模块处理过的0～5V模拟电压信号传给PLC电压模拟量采集模块，通过此PLC电压模拟量采集模块转化为数字信号，在PLC经过处理后通过altera总线传输给中央处理单元，中央处理单元根据传输的信号转化为测量面曲线信息通过altera总线传输给显示屏显示。显示曲线中，曲线1为基准曲线，曲线2为中部槽使用后的磨损面曲线，两条曲线的高度差值就是中部槽的使用后的磨损量。然后对比两条曲线的差值得出中部槽每个位置的磨损量，从而得出每个位置需要等离子堆焊修复的高度。把中部槽需修复高度值及X、Y轴平面坐标值通过经验公式与焊接参数联系起来，即焊接参数根据需修复高度值的变化而变化。
请参阅图2，通过测量曲线对比，操作人员可以在显示界面很容易确定中部槽磨损情况，并根据曲线可以确定待修复工件的起始位置相对于修复设备的X、Y轴平面坐标值。以此数据可以解决自动编制修复轨迹程序及随动的焊接参数的问题，大大缩短修复工件的准备时间，提高修复效率及质量，减少人员操作带来的偶然性失误及误差。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种双工位等离子熔敷设备控制***，其特征在于，包括上位机，上位机上连接有PLC控制器和运动控制器，运动控制器上依次连接有伺服驱动和伺服电机，伺服电机上连接有双工位熔敷机械执行机构，PLC控制器上连接有焊机、激光测距传感器及限位开关；其中：
上位机，用于获取熔敷操作指令并转换为第一控制信号；
运动控制器，用于获取第一控制信号；
伺服驱动，用于接收运动控制器获取的第一控制信号并转换为第二控制信号；
伺服电机，用于接收伺服驱动的第二控制信号，带动双工位熔敷机械执行机构执行与熔敷操作指令相对应的焊接操作；
PLC控制器，用于获取熔敷指令、待修复位置数据、传输报警信息和熔敷参数信号；
焊机，用于接收熔敷指令，发出熔敷参数信号；
激光测距传感器，用于采集刮板输送机中部槽待修复位置数据；
限位开关，用于传输报警信息。
2.根据权利要求1所述的一种双工位等离子熔敷设备控制***，其特征在于，上位机通过altera总线与运动控制器连接，运动控制器依次经伺服驱动和伺服电机与熔敷机械执行结构连接；上位机获取熔敷操作指令并转换为伺服驱动识别的第一控制信号，伺服驱动将第一控制信号转换为伺服电机识别的第二控制信号，伺服电机根据第二控制信号带动双工位熔敷机械执行机构执行与熔敷操作指令相对应的焊接操作。
3.根据权利要求1所述的一种双工位等离子熔敷设备控制***，其特征在于，运动控制器选用HUST A8 CNC控制器，上位机为TPC-2170控制器，伺服驱动为DS2-AS伺服驱动器。
4.根据权利要求1所述的一种双工位等离子熔敷设备控制***，其特征在于，位机通过altera总线与PLC控制器连接，通过PLC控制器分别与焊机，激光传感器和限位开关连接；PLC控制器用于获取熔敷指令并传输给焊机；焊机用于发出相关熔敷参数信号，并传输给PLC控制器；激光测距传感器用于采集待修复位置数据并将待修复位置数据传输给PLC控制器；限位开关用于传输报警信息到PLC控制器。
5.根据权利要求1所述的一种双工位等离子熔敷设备控制***，其特征在于，PLC控制器选用FBS-32MCR2-AC控制器。
6.根据权利要求1所述的一种双工位等离子熔敷设备控制***，其特征在于，上位机通过以太网连接至输入装置，所述输入装置为触摸显示屏或遥控器。
7.一种权利要求1所述的双工位等离子熔敷设备控制***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、上位机获取熔敷操作指令，将熔敷操作指令转换为运动控制器识别的第一控制信号，第一控制信号传输给伺服驱动；
S2、伺服驱动将第一控制信号转换为伺服电机识别的第二控制信号，并将第二控制信号传输给伺服电机；
S3、伺服电机接收第二控制信号并根据第二控制信号带动双工位自动熔敷机械执行机构执行与熔敷操作指令相对应的熔敷操作；
S4、输入熔敷操作指令，将熔敷操作指令通过以太网传输给上位机；
S5、通过激光测距传感器采集待修复位置数据传输给PLC控制器，PLC控制器将待修复位置数据传输至上位机，上位机根据待修复数据调整第一控制信号，调整双工位熔敷机械执行机构执行的熔敷操作。
8.根据权利要求7所述的双工位等离子熔敷设备控制***的控制方法，其特征在于，步骤S1中，通过触摸显示屏或遥控器把熔敷焊接参数通过以太网传给上位机，上位机经过判断把熔敷的起始时间、熔敷速度、熔敷轨迹、结束时间参数通过G代码的形式传给运动控制器进行识别并进行相应的动作。
9.根据权利要求7所述的双工位等离子熔敷设备控制***的控制方法，其特征在于，步骤S5中，通过激光测距传感器测量并对比确定刮板输送机中部槽相应部件磨损深度，根据深度的不同经过判断后上位机调用相应焊接参数程序，并转换为伺服驱动识别的第一控制信号进行熔敷作业。
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