一種熱成形沖壓生產(chǎn)線總線控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱成形沖壓生產(chǎn)線總線控制系統(tǒng)，總控系統(tǒng)具備PLC邏輯控制功能、監(jiān)控功能和多方式通訊功能，實現(xiàn)熱成形生產(chǎn)線設(shè)備時序控制、邏輯動作控制、連鎖控制和安全控制，加熱爐控制系統(tǒng)具備溫度控制功能、爐門控制功能和爐內(nèi)參數(shù)控制功能，實現(xiàn)沖壓件高精度均勻加熱控制，機械手控制系統(tǒng)通過PLC控制伺服驅(qū)動控制器，完成機械手X-Y-Z維度精確定位和旋轉(zhuǎn)定位，實現(xiàn)產(chǎn)品高精度定位和快速位置移動，壓機控制系統(tǒng)具備沖壓過程軌跡控制、液壓控制、換模控制等功能，實現(xiàn)沖壓件自動定位和按設(shè)定值精確沖壓，系統(tǒng)配備人機交互界面，便于操作員監(jiān)控、參數(shù)設(shè)定和狀態(tài)監(jiān)視?？偩€控制系統(tǒng)實現(xiàn)了熱成形沖壓生產(chǎn)線自動化生產(chǎn)，提高了整線控制精度和生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種熱成形沖壓生產(chǎn)線總線控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于板材熱沖壓成形【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種熱成形沖壓生產(chǎn)線總線控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。
【背景技術(shù)】
[0002]熱成形技術(shù)(也稱為熱沖壓技術(shù))是成形高強度沖壓件的最合適的先進制造技術(shù)。它集成了傳統(tǒng)熱鍛、沖壓和淬火工藝，是成形強度1500MPa以上汽車前后保險杠、A柱、B柱、C柱、車頂構(gòu)架等構(gòu)件的生產(chǎn)的最可靠手段。高強度鋼板熱成形技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景，目前是世界先進汽車制造商關(guān)注的重點。
[0003]熱沖壓成形工藝是將高強度鋼板加熱到奧氏體溫度范圍，鋼板組織完成變化后，快速移動到模具，快速沖壓，在壓機保壓狀態(tài)下，通過模具中布置的冷卻回路并保證一定的冷卻速度，對零件進行淬火冷卻，最后獲得超高強度沖壓件(組織為馬氏體，抗拉強度在1500MPa甚至更高)的新型工藝。
[0004]熱沖壓成形生產(chǎn)線的工藝流程是:
機械手從料垛中取料并放入加熱爐爐內(nèi)+料片在加熱爐中加熱奧氏體化+機械手從爐內(nèi)將熱料片取出今機械手將料片放入壓機+壓機進行熱沖壓并淬火冷卻+機械手將沖壓后的工件從壓機中取出并放入料垛。
[0005]現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)是在DCS、PLC基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了深刻的變革，信息交換的范圍迅速覆蓋了由上層的管理、控制到現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的各個層次，并逐漸形成了全分布式的網(wǎng)絡(luò)集成自動化系統(tǒng)及以此為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)已成為全球工業(yè)自動化技術(shù)的熱點，受到全世界工業(yè)界的廣泛關(guān)注和普遍重視，己成為自動化技術(shù)發(fā)展的新方向和將來的主流，將給自動化領(lǐng)域帶來又一次革命，其深度和廣度將超過歷史上的任何一次，從而開創(chuàng)自動化的新紀元。PR0FIBUS總線是一種國際化的、開放的、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的總線標準。
[0006]現(xiàn)有的熱沖壓成形生產(chǎn)線未能最有效的將機械手、加熱爐、壓機等熱成形線的設(shè)備有機的聯(lián)系起來，實現(xiàn)集中監(jiān)控和統(tǒng)一優(yōu)化設(shè)定，各分設(shè)備之間較為獨立，只采用了常規(guī)的通訊方式簡單實現(xiàn)了設(shè)備之間的前后連鎖通訊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種熱成形沖壓生產(chǎn)線總線控制系統(tǒng)。
[0008]上述目的是通過下述方案實現(xiàn)的:
一種熱成形沖壓生產(chǎn)線總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括交換機、全線監(jiān)控人機交互界面設(shè)備、工程師站、總控系統(tǒng)PLC、加熱爐PLC、多個機械手PLC、壓機PLC;所述總控系統(tǒng)PLC、全線監(jiān)控人機交互界面設(shè)備、工程師站、多個機械手PLC、加熱爐PLC和壓機PLC通過以太網(wǎng)連接到所述交換機上，并且所述多個機械手PLC、加熱爐PLC和壓機PLC通過PROFIBUS-DP總線連接到所述總控系統(tǒng)PLC ;每個所述機械手PLC分別通過PROFIBUS-DP總線連接機械手伺服驅(qū)動控制器，所述加熱爐PLC通過PROFIBUS-DP總線連接人機交互界面設(shè)備，所述壓機PLC通過PROFIBUS-DP總線連接有變頻控制器和人機交互界面設(shè)備；所述總控系統(tǒng)PLC用于總控系統(tǒng)與各基礎(chǔ)生產(chǎn)設(shè)備之間的網(wǎng)橋作用，運行主控程序，完成整條熱成形生產(chǎn)線全部生產(chǎn)設(shè)備的時序控制、邏輯控制、聯(lián)鎖控制、緊急停止控制；所述加熱爐PLC用于熱成形鋼板的加熱控制；
所述壓機PLC用于鋼板熱成形過程的壓機的控制。
[0009]根據(jù)上述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述總控系統(tǒng)PLC采用西門子S7-400控制器；所述總控系統(tǒng)PLC包括調(diào)度連線控制功能模塊、監(jiān)控功能模塊和安全防護功能模塊；所述連線調(diào)度控制功能模塊用于整條自動生產(chǎn)線流程的控制；所述監(jiān)控功能模塊采用WinCC工業(yè)組態(tài)軟件，基于工業(yè)以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信，用于整個沖壓生產(chǎn)流程的監(jiān)控；所述安全防護功能模塊獨立于所述連線調(diào)度控制功能模塊和監(jiān)控功能模塊統(tǒng)，用于整條生產(chǎn)線的安全控制。
[0010]根據(jù)上述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱爐PLC包括溫度控制模塊、爐門控制模塊、爐門氣密封控制模塊及爐壓和氧含量控制模塊；溫度控制模塊由溫度傳感器-PLC-可控模塊-加熱元件組成，每個控溫區(qū)均有獨立的溫控單元，配置I支雙芯熱電偶，當加熱爐PLC接到總線控制系統(tǒng)機器手發(fā)出的爐門開指令時，爐門控制模塊控制爐門打開，爐門氣密封控制模塊控制爐門氣密封閥打開，加熱元件斷電。
[0011]根據(jù)上述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述壓機PLC用于沖壓過程軌跡控制、壓機輔助系統(tǒng)控制、壓機沖壓過程人機交互界面、分布式數(shù)控功能和可集成功能。
[0012]根據(jù)上述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述工程師站為筆記本電腦或臺式機。
[0013]根據(jù)上述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱爐PLC連接的人機交互界面設(shè)備為觸摸屏；所述壓機PLC連接的人機交互界面設(shè)備也為觸摸屏。
[0014]根據(jù)上述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述壓機PLC還連接有分布式I/O設(shè)備ET200M系統(tǒng)，用于現(xiàn)場壓力、溫度、位置、流量、速度信號的檢測和控制，同時用于輔助系統(tǒng)的信號檢測和控制。
[0015]根據(jù)上述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述機械手伺服驅(qū)動控制器包括X軸控制器、Y軸控制器、Z軸控制器和旋轉(zhuǎn)軸控制器。
[0016]根據(jù)上述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述多個機械手PLC通過PROFIBUS-DP總線連接示教器，用于機械手動作邏輯設(shè)置和調(diào)試。
[0017]根據(jù)上述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述總控系統(tǒng)PLC還連接有聲光報警器和傳感器，所述總控系統(tǒng)PLC根據(jù)傳感器的信息發(fā)出聲光警報。
[0018]根據(jù)上述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱爐PLC上還連接有現(xiàn)場儀表、閥門，用于加熱室內(nèi)溫度、壓力和氣氛的監(jiān)控。
[0019]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明將機械手、加熱爐、壓機等熱成形線的設(shè)備有機的聯(lián)系起來，實現(xiàn)集中監(jiān)控和統(tǒng)一優(yōu)化設(shè)定；本發(fā)明基于PR0FIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)的諸多特點，并考慮其應(yīng)用的經(jīng)濟性、良好的繼承性及實際應(yīng)用后的經(jīng)濟效果，在熱成形控制系統(tǒng)中采用PR0FIBUS總線控制方式，并輔以以太網(wǎng)通信技術(shù)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的控制流程圖。
【具體實施方式】
[0021]參見圖1，本發(fā)明的熱成形沖壓生產(chǎn)線總線控制系統(tǒng)由總控系統(tǒng)21、加熱爐控制系統(tǒng)22、機械手控制系統(tǒng)23和壓機控制系統(tǒng)組成24，包括交換機1、全線監(jiān)控人機交互界面(HMI)設(shè)備2、工程師站3、總控系統(tǒng)PLC 4、加熱爐PLC 5、多個機械手PLC 6 (圖1中為I曠4#機械手PLC)、壓機PLC 7。總控系統(tǒng)PLC 4、全線監(jiān)控人機交互界面設(shè)備2、工程師站3(優(yōu)選為筆記本電腦或臺式工業(yè)控制機)、多個機械手PLC 6、加熱爐PLC 5和壓機PLC 7通過以太網(wǎng)8連接到交換機I上，并且各PLC設(shè)備通過PROFIBUS-DP總線9連接到總控系統(tǒng)PLC 4，PROFIBUS-DP總線9安裝有耦合器17，用于PLC間通訊。每個機械手PLC 6分別通過PROFIBUS-DP總線10連接機械手伺服驅(qū)動控制器11，加熱爐PLC 5通過PROFIBUS-DP總線12連接有人機交互界面設(shè)備13，該人機交互界面設(shè)備13優(yōu)選為觸摸屏設(shè)備，壓機PLC 7通過PROFIBUS-DP總線14連接變頻控制器15和人機交互界面設(shè)備16，該人機交互界面設(shè)備16優(yōu)選為觸摸屏設(shè)備?？偪叵到y(tǒng)PLC 4起到總控系統(tǒng)與各基礎(chǔ)生產(chǎn)設(shè)備之間的網(wǎng)橋作用，運行主控程序，完成整條熱成形生產(chǎn)線全部生產(chǎn)設(shè)備的時序控制、邏輯控制、聯(lián)鎖控制、緊急停止控制等功能；所述總控系統(tǒng)PLC 4采用西門子S7-400控制器，CPU滿足指令周期短、運行速度快、存儲容量大、通信能力強、可靠性高的要求；所述總控系統(tǒng)熱成形主控系統(tǒng)由調(diào)度連線控制功能、監(jiān)控功能和安全防護功能三大部分組成:連線調(diào)度控制用于整條自動生產(chǎn)線流程的控制；監(jiān)控系統(tǒng)(包括人機交互界面設(shè)備2、13和16)采用WinCC工業(yè)組態(tài)軟件，基于工業(yè)以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信，用于整個沖壓生產(chǎn)流程的監(jiān)控；安全防護系統(tǒng)相對獨立于連線控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，用于整條生產(chǎn)線的安全控制。加熱爐PLC 5由溫度控制部分、爐門控制部分、爐門氣密封控制部分及爐壓和氧含量控制部分組成。溫度控制由溫度傳感器-PLC-可控模塊-加熱元件組成溫度控制線路，每個控溫區(qū)均有獨立的溫控單元，配置I支雙芯熱電偶。當接到總線控制系統(tǒng)機器手發(fā)出的爐門開指令時，爐門打開，爐門氣密封閥打開，加熱器斷電。壓機PLC 7用于控制機床實現(xiàn)邏輯動作，以加工出合格的沖壓工件，其功能包括沖壓過程軌跡控制、輔助系統(tǒng)控制(包括液壓站控制、輔助冷卻水控制、快速換模)、壓機沖壓過程人機交互界面、分布式數(shù)控(DNC)功能和可集成功能。
[0022]壓機PLC還連接有分布式1/0設(shè)備ET200M系統(tǒng)20，用于現(xiàn)場壓力、溫度、位置、流量、速度等信號的檢測和控制，同時用于輔助系統(tǒng)的信號檢測和控制(如液壓站、冷卻水)。
[0023]機械手伺服驅(qū)動控制器11包括X軸控制器25、Y軸控制器26、Ζ軸控制器27和旋轉(zhuǎn)軸控制器28。
[0024]機械手控制系統(tǒng)23多個機械手PLC 6通過PR0FIBUS-DP總線10連接示教器31，用于機械手動作邏輯設(shè)置和調(diào)試。
[0025]總控系統(tǒng)PLC 4還連接有聲光報警器和傳感器29，總控系統(tǒng)PLC 4根據(jù)傳感器的信息發(fā)出聲光警報，總控系統(tǒng)PLC 4與聲光報警器和傳感器29通過電纜30連接。
[0026]加熱爐PLC 5上還通過電纜18連接有現(xiàn)場儀表、閥門19，用于加熱室內(nèi)溫度、壓力和氣氛的監(jiān)控。[0027]交換機I通過光纖32連接其他控制系統(tǒng)，如廠級生產(chǎn)管理系統(tǒng)(MES)。
[0028]該熱成形總線控制系的控制流程如圖2所示:
廠級生產(chǎn)管理系統(tǒng)33指導(dǎo)生產(chǎn)計劃和確定原料信息，并將之發(fā)送給總控系統(tǒng)37的通訊系統(tǒng)34 ;總控系統(tǒng)37從廠級生產(chǎn)管理系統(tǒng)33獲取生產(chǎn)計劃和原料信息后，根據(jù)原料信息調(diào)用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)35中相關(guān)模型和工藝參數(shù)，進行優(yōu)化設(shè)定36，將具體控制指標下發(fā)給底層設(shè)備控制系統(tǒng)38，在生產(chǎn)過程中進行調(diào)度和協(xié)調(diào)，同時接受底層控制系統(tǒng)的實際生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，通過顯示系統(tǒng)39實時監(jiān)控和顯示生產(chǎn)過程；底層控制系統(tǒng)38的基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)40在收到總控系統(tǒng)的控制指令后，分別完成上料、加熱、轉(zhuǎn)移料片、沖壓和取料過程的分體控制過程；在料片完成整個生產(chǎn)過程后，總控系統(tǒng)收集整理生產(chǎn)過程實績數(shù)據(jù)，反饋給廠級生產(chǎn)管理系統(tǒng)33。底層設(shè)備通過顯示系統(tǒng)41顯示設(shè)備運行狀態(tài)和參數(shù)設(shè)定及反饋。
【權(quán)利要求】
1.一種熱成形沖壓生產(chǎn)線總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括交換機、全線監(jiān)控人機交互界面設(shè)備、工程師站、總控系統(tǒng)PLC、加熱爐PLC、多個機械手PLC、壓機PLC ；所述總控系統(tǒng)PLC、全線監(jiān)控人機交互界面設(shè)備、工程師站、多個機械手PLC、加熱爐PLC和壓機PLC通過以太網(wǎng)連接到所述交換機上，并且所述多個機械手PLC、加熱爐PLC和壓機PLC通過PROFIBUS-DP總線連接到所述總控系統(tǒng)PLC ;每個所述機械手PLC分別通過PROFIBUS-DP總線連接機械手伺服驅(qū)動控制器，所述加熱爐PLC通過PROFIBUS-DP總線連接人機交互界面設(shè)備，所述壓機PLC通過PROFIBUS-DP總線連接有變頻控制器和人機交互界面設(shè)備； 所述總控系統(tǒng)PLC用于總控系統(tǒng)與各基礎(chǔ)生產(chǎn)設(shè)備之間的網(wǎng)橋作用，運行主控程序，完成整條熱成形生產(chǎn)線全部生產(chǎn)設(shè)備的時序控制、邏輯控制、聯(lián)鎖控制、緊急停止控制； 所述加熱爐PLC用于熱成形鋼板的加熱控制； 所述壓機PLC用于鋼板熱成形過程的壓機的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述總控系統(tǒng)PLC采用西門子S7-400控制器；所述總控系統(tǒng)PLC包括調(diào)度連線控制功能模塊、監(jiān)控功能模塊和安全防護功能模塊；所述連線調(diào)度控制功能模塊用于整條自動生產(chǎn)線流程的控制；所述監(jiān)控功能模塊采用WinCC工業(yè)組態(tài)軟件，基于工業(yè)以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信，用于整個沖壓生產(chǎn)流程的監(jiān)控；所述安全防護功能模塊獨立于所述連線調(diào)度控制功能模塊和監(jiān)控功能模塊統(tǒng)，用于整條生產(chǎn)線的安全控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱爐PLC包括溫度控制模塊、爐門控制模塊、爐門氣密封控制模塊及爐壓和氧含量控制模塊；溫度控制模塊由溫度傳感器-PLC-可控模塊-加熱元件組成，每個控溫區(qū)均有獨立的溫控單元，配置I支雙芯熱電偶，當加熱爐PLC接到總線控制系統(tǒng)機器手發(fā)出的爐門開指令時，爐門控制模塊控制爐門打開，爐門氣密封控制模塊控制爐門氣密封閥打開，加熱元件斷電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述壓機PLC用于沖壓過程軌跡控制、壓機輔助系統(tǒng)控制、壓機沖壓過程人機交互界面、分布式數(shù)控功能和可集成功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述工程師站為筆記本電腦或臺式機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱爐PLC連接的人機交互界面設(shè)備為觸摸屏；所述壓機PLC連接的人機交互界面設(shè)備也為觸摸屏。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述壓機PLC還連接有分布式I/O設(shè)備ET200M系統(tǒng)，用于現(xiàn)場壓力、溫度、位置、流量、速度信號的檢測和控制，同時用于輔助系統(tǒng)的信號檢測和控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述機械手伺服驅(qū)動控制器包括X軸控制器、Y軸控制器、Z軸控制器和旋轉(zhuǎn)軸控制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述多個機械手PLC通過PROFIBUS-DP總線連接示教器，用于機械手動作邏輯設(shè)置和調(diào)試。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述總控系統(tǒng)PLC還連接有聲光報警器和傳感器，所述總控系統(tǒng)PLC根據(jù)傳感器的信息發(fā)出聲光警報。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱爐PLC上還連接有現(xiàn)場儀表、閥門，用于加 熱室內(nèi)溫度、壓力和氣氛的監(jiān)控。
【文檔編號】G05B19/418GK103558826SQ201310545862
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】付天亮, 李勇, 李家棟, 王昭東, 田勇, 王丙興 申請人:東北大學(xué)