CN116224898A - 一种控制柜及其控制*** - Google Patents

一种控制柜及其控制*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及电气设备技术领域，具体公开了一种控制柜及其控制***，包括数据采集设备和PLC设备，与PLC模块和加工设备通信连接，用于接收控制指令并按照控制指令控制加工设备运行的即时控制设备；与PLC模块和加工设备通信连接，用于使PLC模块提前发出部分控制指令的延时控制设备，本发明通过延时控制设备等设备对同一时刻出现大量需要发出的指令这一问题进行处理，将这一时刻超出标准数量的指令的一部分提前发出给延时控制设备，由延时控制设备进行延时控制，从而避免在某一时刻发出大量指令给PLC设备造成负担的问题，降低PLC设备的运行负担，同时由于PLC设备的瞬时运行负担降低，控制柜的升温情况也得到有效缓解。

Description

一种控制柜及其控制***
技术领域
本发明涉及电气设备技术领域，具体的，涉及一种控制柜及其控制***。
背景技术
电气控制柜顾名思义就是作为电气控制作用的电柜，电气控制柜根据不同的需要，采用不同的控制。根据被控制设备的多少，大小选择不同的电气元件组合成一个柜。也就是说电气控制柜用于安装控制自动化设备进行动作的控制模块,如：数控***，伺服驱动器，主轴驱动器，控制变压器，接触器，继电器，接线端子，行线槽等。
其中，对于需要复杂控制的设备可以通过PLC进行控制，PLC通过外部设置的传感器获得信号，在转化为数字信号后反馈给PLC，PLC根据反馈获得的数字信号按照预设程序控制设备运行。
PLC设备中包括只传输开关量的PLC，为了节省空间、成本同时方便检修维护，部分工厂将多条产线的自动化设备的使用一个此类控制柜进行集成化，小型化，这种情况下，单个控制柜会承受了所有的工作量。需要注意的是，集成化，小型化的控制柜会产生在某一段时间由PLC发出大量指令的现象，在这一段时间内，PLC设备的计算量就会很大，这也是导致PLC处理器部分快速升温的异常现象的原因之一，现有的解决方案为设置散热结构以及增加电气元件之间的间距来尽可能散热，显然增加电气元件之间的间距是不利于控制柜集成化、小型化发展的，同时也不能解决在这个时间段内发出指令较多导致PLC设备计算量过度的问题，鉴于此，本发明提出一种控制柜及其控制***。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制柜及其控制***，解决以下技术问题：
如何在维持控制柜集成化、小型化的前提下，使得PLC设备能够均匀升温以避免局部升温过高的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种控制柜，包括柜体，所述柜体至少设有一个安装空间，所述安装空间内设有若干***设备，***设备应当包括空气开关、开关电源等PLC设备必要的组成部分，还包括：
数据采集设备，对外界相关数据进行采集并转化为启动信号；
PLC设备，用于接收启动信号并根据启动信号发出控制指令；
即时控制设备，与PLC模块和加工设备通信连接，用于接收控制指令并按照控制指令控制加工设备运行；
延时控制设备，与PLC模块和加工设备通信连接，用于使PLC模块提前发出部分控制指令。
本发明的另一个目的是提供一种控制柜的控制***，包括：
PLC模块，用于接收启动信号并根据启动信号发出控制指令，其中控制指令划分为固定指令和非固定指令，固定指令指的是在自动化产线进行连续相同加工工序的设备接收到的控制指令，其时间间隔有加工时间由工件转移时间组成，在没有外界因素干扰的情况下间隔时长相同；
指令处理模块，对固定指令进行分析处理获得固定指令预测模型，根据模型进行分析获得预测指令并将部分预测指令提前发出；
即时控制模块，接收控制指令并立即执行；
延时控制模块，接收提前发出的预测指令，并延时执行。
通过上述技术方案：通过延时控制设备等设备对同一时刻出现大量需要发出的指令这一问题进行处理，将这一时刻超出标准数量的指令的一部分提前发出给延时控制设备，由延时控制设备进行延时控制，从而避免在某一时刻发出大量指令给PLC设备造成负担的问题，降低PLC设备的运行负担，同时由于PLC设备的瞬时运行负担降低，控制柜的升温情况也得到有效缓解。
作为本发明的进一步技术方案：所述固定指令预测模型是基于加减法获得的表格数据模型。
作为本发明的进一步技术方案：所述对固定指令的分析处理过程为：
S1、以当前时间点为基础时间点，获得基础时间点需要发出的预测指令数量i1；
S2、根据固定指令分析模型获得下个时间点需要发出的预测指令数量i2，并将i2-i0个下个时间点的预测指令按照提取规则均匀的在基础时间点与下个时间点之间的时刻内提前发出给延时控制模块；
其中，若i2≤i0，令i＝0，i0为PLC设备均匀升温运行下的每秒最大执行指令数量。
通过上述技术方案：对产线中占比最大的固定指令进行处理，从而使得固定指令在任一时刻的执行数量都不会超过标准数量i0，进而对PLC设备进行保护，减少PLC设备的运行负担。
作为本发明的进一步技术方案：所述基础时间点是从设备运行开始，取第一个需要发出的固定指令数量小于标准数量的时间点。
作为本发明的进一步技术方案：所述延时控制模块按照接收时间点与下个时间点之间的差值设置延时时间长度。
作为本发明的进一步技术方案：所述i2-i0个下个时间点的预测指令的提取规则为：
获得每个加工设备的控制信号实际到达时刻T1、T2……Tn；
获得每个加工设备的控制信号预计到达时刻t1、t2……tn；
获得每个加工设备的加工总时长Tz和加工工序数量N；
根据公式
Figure BDA0004141159030000041
获得S2中i2个控制指令对应设备的可靠系数Q；
从S2中i2个控制指令中选择Q值最小的i2-i0个作为提前发出的控制指令；
其中f(N)是工序数量与允许误差的函数表达关系式，随着工序数量N的增加允许误差也就随之增加，δ是机械设备通信反应时间补偿参数。
通过上述技术方案：通过从预计会产生超出标准数量的控制指令的时刻通过提取规则选择出可靠性最高的数据，提升预测精准度同时降低***的出错概率。
作为本发明的进一步技术方案：还包括修正模块，所述修正模块按照修正规则对固定指令预测模型或者加工设备进行修正。
作为本发明的进一步技术方案：所述修正规则包括：
通过数据采集设备获得在预计到达时刻时产品的实际到达位置；
若实际到达位置与加工位置重合，则将实际到达时刻与预计到达时刻进行比对，若实际到达时刻与预计到达时刻相等则无需修正，若实际到达时刻小于预计到达时刻，则记录实际到达时刻与预计到达时刻的差值并将这个差值反馈给固定指令预测模型，对固定指令预测模型进行修正；
若实际到达位置没有与加工位置重合，则对控制加工设备复位并重新运行以修正。
通过上述技术方案：在由于各种原因导致误差产生时，通过修正模块对固定指令预测模型或者加工设备进行修正以维持***继续平稳有效运行。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过延时控制设备等设备对同一时刻出现大量需要发出的指令这一问题进行处理，将这一时刻超出标准数量的指令的一部分提前发出给延时控制设备，由延时控制设备进行延时控制，从而避免在某一时刻发出大量指令给PLC设备造成负担的问题，降低PLC设备的运行负担，同时由于PLC设备的瞬时运行负担降低，控制柜的升温情况也得到有效缓解。
(2)本发明通过对产线中占比最大的固定指令进行处理，从而使得固定指令在任一时刻的执行数量都不会超过标准数量i0，进而对PLC设备进行保护，减少PLC设备的运行负担。
(3)本发明通过从预计会产生超出标准数量的控制指令的时刻通过提取规则选择出可靠性最高的数据，提升预测精准度同时降低***的出错概率。
(4)本发明在由于各种原因导致误差产生时，通过修正模块对固定指令预测模型或者加工设备进行修正以维持***继续平稳有效运行。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的控制柜的布置方式简图；
图2是本发明的控制***运行流程图；
图3是本发明的修正分析步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3所示，在一个实施例中，提供了一种控制柜及其控制***，包括：
一种控制柜，参考图1，包括柜体，柜体的密封、防水和防腐蚀性能应当符合国家标准，柜体至少设有一个安装空间，安装空间内设有若干***设备，***设备应当包括空气开关、开关电源等PLC设备必要的组成部分，***设备均固定在柜体内的金属板上，还包括：
数据采集设备，由多种传感器和摄像头等设备组成，对外界相关数据进行采集并经过工控机转化为启动信号，值得一提的是，本发明中启动信号为控制开关的数字模拟信号，；
PLC设备，用于接收启动信号并根据启动信号发出控制指令；
即时控制设备，可以由中间继电器和开关电路组成，继电器串联在开关电路上，当继电器接收到控制指令后，开关电路通路从而通电，即时控制设备与PLC模块和加工设备通信连接，用于接收控制指令并按照控制指令控制加工设备运行，当然也可以通过复位开关等现有技术替代即时控制设备；
延时控制设备，可以由时间继电器和开关电路组成，其中在控制同一个设备时，其描述的开关电路与即时控制设备的开关电路属于同一个电路，延时控制设备的时间继电器与即时控制设备的与中间继电器并联连接，PLC模块和加工设备通信连接，用于使PLC模块提前发出部分控制指令，当然也可以通过时控开关等方式替代延时控制设备实现延时控制效果。
一种控制柜的控制***，包括：
PLC模块，用于接收启动信号并根据启动信号发出控制指令，其中控制指令划分为固定指令和非固定指令，固定指令指的是在自动化产线进行连续相同加工工序的设备接收到的控制指令，其时间间隔有加工时间由工件转移时间组成，在没有外界因素干扰的情况下间隔时长相同；
指令处理模块，对固定指令进行分析处理获得固定指令预测模型，根据模型进行分析获得预测指令并将部分预测指令提前发出；
即时控制模块，接收控制指令并立即执行；
延时控制模块，接收提前发出的预测指令，并延时执行，在本发明中,我们将单片机作为主控芯片,通过复位电路来实现对整个***进行初始化和复位操作,同时也可以完成对***各个模块的功能模块的设置以及各部分之间的通信等工作。当然这种方案是根据用户需要选择合适的程序设计方式,以达到提高产品品质的目的。
固定指令预测模型是基于加减法获得的表格数据模型，以使用接触式传感器的加工设备为例，在一次完整的加工流程或者是一个工作日的加工时间内，当设备启动后加工工件经过传送带转运进入工位后与接触式传感器接触并产生启动信号，将产生启动信号的时间点进行记录，然后将其他所有同类型设备的数据以同样方式进行记录获得表格数据模型，也即是在同一个时间轴上记录产生启动信号的位置。
在计算过程中,由于计算时间有限且需要准确性和可靠性,因此需要建立相应的数学模型来确定其是否满足要求,从而使得仿真结果更加精确合理化。例如使用数值模拟软件可以很好地实现求解复杂度函数值的精度要求。为了便于分析处理过程中存在误差问题,本实施例中提出了基于数据表格的数学模型，查询速度快，准确性高。
显然，基于温度传感器或者其他类型传感器控制的能够进行周期性运行的加工设备均符合生成固定指令预测模型的条件。
通过上述技术方案：通过延时控制设备等设备对同一时刻出现大量需要发出的指令这一问题进行处理，将这一时刻超出标准数量的指令的一部分提前发出给延时控制设备，由延时控制设备进行延时控制，从而避免在某一时刻发出大量指令给PLC设备造成负担的问题，降低PLC设备的运行负担，同时由于PLC设备的瞬时运行负担降低，控制柜的升温情况也得到有效缓解。
需要说明的是，在实际运行时，在足够长的时间内运算次数相同的相同PLC设备，最终的温度均稳定在相同数值上，这种情况下，可以知道在坐标轴上先完成快速升温的PLC设备最终产生的热量更多，对控制柜内部温度影响更大，从而在PLC设备每个时刻均匀计算的情况下，可以实现缓解控制柜内部的升温情况。
对固定指令的分析处理过程为：
S1、以当前时间点为基础时间点，获得基础时间点需要发出的预测指令数量i1；
S2、根据固定指令分析模型获得下个时间点需要发出的预测指令数量i2，并将i2-i0个下个时间点的预测指令按照提取规则均匀的在基础时间点与下个时间点之间的时刻内提前发出给延时控制模块；
其中，若i2≤i0，令i＝0，i0为PLC设备均匀升温运行下的每秒最大执行指令数量，可以通过有限次试验获得。
需要说明的是，均匀的在基础时间点与下个时间点之间的时刻内提前发出并不局限于数量均等的分布，只要分布后每个时刻内发出的控制指令数量小于标准数量i0即可。
通过上述技术方案：对产线中占比最大的固定指令进行处理，从而使得固定指令在任一时刻的执行数量都不会超过标准数量i0，进而对PLC设备进行保护，减少PLC设备的运行负担。
其中，基础时间点是指从设备运行开始，取第一个需要发出的固定指令数量小于标准数量的时间点。
延时控制模块按照接收时间点与下个时间点之间的差值设置延时时间长度。
i2-i0个下个时间点的预测指令的提取规则为：
获得每个加工设备的控制信号实际到达时刻T1、T2……Tn；
获得每个加工设备的控制信号预计到达时刻t1、t2……tn；
获得每个加工设备的加工总时长Tz和加工工序数量N；
根据公式
Figure BDA0004141159030000101
获得S2中i2个控制指令对应设备的可靠系数Q；
从S2中i2个控制指令中选择Q值最小的i2-i0个作为提前发出的控制指令；
其中f(N)是工序数量与允许误差的函数表达关系式，随着工序数量N的增加允许误差也就随之增加，δ是机械设备通信反应时间补偿参数，随着设备数量的增加，其数值也就越大。
需要说明的是，本实施例中的工序指的是在一个工位上连续进行的工序，如钻孔的下探和扩孔就可以记为一个工序。
显然，|Tk-tk|的差值越大最终获得的Q值越大，也就代表着该指令所对应的加工设备在运行过程中与预期值相差越大，也就越不能够选择该指令提前发出。
通过上述技术方案：通过从预计会产生超出标准数量的控制指令的时刻通过提取规则选择出可靠性最高的数据，提升预测精准度同时降低***的出错概率。
上述控制***还包括修正模块，修正模块按照修正规则对固定指令预测模型或者加工设备进行修正。
参考图3，修正规则包括：
通过数据采集设备获得在预计到达时刻时产品的实际到达位置；
若实际到达位置与加工位置重合，则将实际到达时刻与预计到达时刻进行比对，若实际到达时刻与预计到达时刻相等则无需修正，若实际到达时刻小于预计到达时刻，则记录实际到达时刻与预计到达时刻的差值并将这个差值反馈给固定指令预测模型，对固定指令预测模型进行修正；
若实际到达位置没有与加工位置重合，则对控制加工设备复位并重新运行以修正。
通过上述技术方案：在由于各种原因导致误差产生时，通过修正模块对固定指令预测模型或者加工设备进行修正以维持***继续平稳有效运行。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种控制柜，包括柜体，所述柜体至少设有一个安装空间，所述安装空间内设有若干***设备，其特征在于，还包括：
数据采集设备，对外界相关数据进行采集并转化为启动信号；
PLC设备，用于接收启动信号并根据启动信号发出控制指令；
即时控制设备，与PLC模块和加工设备通信连接，用于接收控制指令并按照控制指令控制加工设备运行；
延时控制设备，与PLC模块和加工设备通信连接，用于使PLC模块提前发出部分控制指令。
2.一种应用于如权利要求1的一种控制柜的控制***，其特征在于，包括：
PLC模块，用于接收启动信号并根据启动信号发出控制指令，其中控制指令划分为固定指令和非固定指令；
指令处理模块，对固定指令进行分析处理获得固定指令预测模型，根据模型进行分析获得预测指令并将部分预测指令提前发出；
即时控制模块，接收控制指令并立即执行；
延时控制模块，接收提前发出的预测指令，并延时执行。
3.根据权利要求2所述的一种控制柜的控制***，其特征在于，所述固定指令预测模型是基于加减法获得的表格数据模型。
4.根据权利要求2所述的一种控制柜的控制***，其特征在于，所述对固定指令的分析处理的过程为：
S1、以当前时间点为基础时间点，获得基础时间点需要发出的预测指令数量i1；
S2、根据固定指令分析模型获得下个时间点需要发出的预测指令数量i2，并将i2-i0个下个时间点的预测指令按照提取规则均匀的在基础时间点与下个时间点之间的时刻内提前发出给延时控制模块；
其中，若i2≤i0，令i＝0，i0为PLC设备均匀升温运行下的每秒最大执行指令数量。
5.根据权利要求4所述的一种控制柜的控制***，其特征在于，所述基础时间点是从设备运行开始，取第一个需要发出的固定指令数量小于标准数量的时间点。
6.根据权利要求4所述的一种控制柜的控制***，其特征在于，所述延时控制模块按照接收时间点与下个时间点之间的差值设置延时时间长度。
7.根据权利要求4所述的一种控制柜的控制***，其特征在于，所述i2-i0个下个时间点的预测指令的提取规则为：
获得每个加工设备的控制信号实际到达时刻T1、T2……Tn；
获得每个加工设备的控制信号预计到达时刻t1、t2……tn；
获得每个加工设备的加工总时长Tz和加工工序数量N；
根据公式
Figure FDA0004141159020000021
获得S2中i2个控制指令对应设备的可靠系数Q；
从S2中i2个控制指令中选择Q值最小的i2-i0个作为提前发出的控制指令；
其中f(N)是工序数量与允许误差的函数表达关系式，δ是机械设备通信反应时间补偿参数。
8.根据权利要求2所述的一种控制柜的控制***，其特征在于，包括修正模块，所述修正模块按照修正规则对固定指令预测模型或者加工设备进行修正。
9.根据权利要求8所述的一种控制柜的控制***，其特征在于，所述修正规则包括：
通过数据采集设备获得在预计到达时刻时产品的实际到达位置；
若实际到达位置与加工位置重合，则将实际到达时刻与预计到达时刻进行比对，若实际到达时刻与预计到达时刻相等则无需修正，若实际到达时刻小于预计到达时刻，则记录实际到达时刻与预计到达时刻的差值并将这个差值反馈给固定指令预测模型，对固定指令预测模型进行修正；
若实际到达位置没有与加工位置重合，则对控制加工设备复位并重新运行以修正。
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