本發(fā)明涉及用于機械壓力設備的行業(yè)特殊工藝控制方法及對應的一體機控制器，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控制裝置。該控制裝置還可應用于工業(yè)自動化通用市場。

背景技術：

機械壓力機屬于工業(yè)加工用機床，一般應用于加工件的一次成型等領域，其主要組成部分包括機械結構及電氣結構兩大類，機械結構包括飛輪、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、變頻器、伺服系統(tǒng)等，電氣部分主要負責控制機械結構，完成機械壓力設備的具體功能。

在機械壓力自動化設備運行過程中，由于存在大慣量的曲柄、飛輪等旋轉(zhuǎn)機械結構，運行過程中存在較大慣性，在起停時無法做到及時響應，具有一定滯后效應。因此為了保證設備在停止工作的狀態(tài)下準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。停止角度是最終設備停止所處的位置，開始停止角度是否準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，需要相應的更改PLC控制器程序及其中部分參數(shù)，反復的調(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。而在機械壓力設備的實際正常運轉(zhuǎn)中，設備的起停大多也只能由設備操作人員根據(jù)經(jīng)驗，按下停止按鈕，所以對應的開始停止角度也完全是人為控制。但由于設備負載不同，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，會極大的影響機床的壽命。

SPM，即每分鐘沖程數(shù)，在機械壓力設備中，變頻器控制主軸電機，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)換關系，并且異步電機變頻調(diào)速以及各種機械結構之間誤差加大，用戶開發(fā)的PLC程序不能做到精細控制而只能靜態(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應用程序和程序中相關參數(shù)，直至機床工作在合適的區(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)驗豐富的技術工才能較好的完成。

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

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種機械壓力設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習功能、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的基礎上，設計一款帶有機械壓力工藝處理流程模塊的專用一體機控制裝置，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，功能性不強的特點，在改進的一體機控制裝置中內(nèi)嵌運動控制內(nèi)核和機器視覺內(nèi)核等功能模塊，滿足多元化的控制需求；并集成云服務模塊，整合WebServer以及OPCServer，為用戶提供多樣化的人機交互解決方案，提供最直接最方便的遠程調(diào)試、編程、診斷、維護方案。

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

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

S12、使設備運行在某一SPM采樣值，并根據(jù)有關SPM值與開始停止角度值之間關系的數(shù)學模型計算該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備進行停止控制，得到停止角度實際值；

S14、判斷停止角度實際值與目標值之間的偏差是否超過設定的閾值：若超過則對開始停止角度理論值進行修正，保存SPM采樣值及修正后的開始停止角度值,并對數(shù)學模型引入糾偏系數(shù)進行修正，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值之間的偏差處在設定閾值范圍內(nèi)的開始停止角度值之間的關系擬合開始停止角度曲線，得到相應的SPM值與開始停止角度值之間關系的數(shù)學函數(shù)式，并保存作為設備正常運行時開始停止角度的選取依據(jù)。

進一步的，考慮到實際運行過程中，因為模具不同導致負載狀況不同以及運行過程中的損耗導致的傳動效率、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，用于進一步控制設備停止時的停止角度的精度；具體包括如下步驟：

S21、在設備運行過程中，調(diào)閱設備初始設置后保存的開始停止角度擬合曲線，根據(jù)曲線獲得當前SPM值對應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值之間的偏差是否超過設定的閾值，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行修正，并就擬合曲線進行動態(tài)擬合更新，保存并覆蓋原開始停止角度擬合曲線，作為設備后續(xù)運行時開始停止角度的選取依據(jù)。

進一步的，若步驟經(jīng)過S23的多次修正，偏差仍無法控制在設定的閾值內(nèi)，則停止正常運行，重復開始停止角度自學習。

在本發(fā)明中，該數(shù)學模型的開始停止角度的理論值與SPM值這一變量，以及機械壓力設備的機械構件質(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。而引入的糾偏系數(shù)則是由SPM采樣值、對應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數(shù)據(jù)計算得到，一般而言，每一臺設備的糾偏系數(shù)均不相同；糾偏系數(shù)也代表設備對影響停止角度準確度的各因素及其影響比重的預測。

進一步的，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目標值之間比對，動態(tài)調(diào)整控制指令，形成負反饋機制，使得SPM實時值無限接近于SPM目標值。

本發(fā)明還提出了一種機械壓力設備的一體機控制裝置，主要包括PLC控制器、IO系統(tǒng)、通訊接口模塊、人機交互系統(tǒng)、機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程擴展設備、終端執(zhí)行機構或驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)分布式控制；本地通訊接口連接本地擴展設備及本地執(zhí)行機構，進行集中式控制；IO系統(tǒng)包括內(nèi)嵌本地IO模塊、本地擴展IO模塊和遠程擴展IO模塊；內(nèi)嵌本地IO模塊，為一體機控制裝置自帶的輸入輸出點；本地擴展IO模塊通過本地通訊接口接入一體機控制裝置，用于集中式控制；遠程擴展IO模塊通過工業(yè)實時總線接口接入一體機控制裝置,用于分布式控制；人機交互系統(tǒng)內(nèi)嵌觸摸顯示屏，作為一體機控制裝置的顯示和操作界面；機械壓力工藝流程模塊，包括開始停止角度自學習、運行中開始停止角度動態(tài)校準單元，用于控制機械壓力設備工作時機構結構中滑塊的停止角度精確度。

進一步的，機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。

進一步的，一體機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)行機構或驅(qū)動系統(tǒng)和接收反饋狀態(tài)進行閉環(huán)控制的驅(qū)動模塊。

進一步的，一體機控制裝置還包括連接工業(yè)相機的機器視覺控制內(nèi)核，內(nèi)嵌用于存儲機器視覺算法的通用視覺算法庫和與工業(yè)相機通訊的工業(yè)相機驅(qū)動模塊。

進一步的，一體機控制裝置還包括云服務模塊，用于實現(xiàn)設備的遠程操作，內(nèi)嵌用于原生的遠程支持和聯(lián)網(wǎng)的WebServer單元和用于不同平臺設備間數(shù)據(jù)的互聯(lián)的OPCServer單元。

進一步的，人機交互系統(tǒng)基于B/S架構，內(nèi)嵌瀏覽器。

有益效果：

1)針對機械壓力設備，本發(fā)明提出工藝流程控制方法，可實現(xiàn)開始停止角度自學習及運行中開始停止角度動態(tài)校準，大大提升機械壓力機床的工作效率；通過開始停止角度自學習和運行中開始停止角度動態(tài)校準，可以準確的進行機械壓力機床開始停止角度的選取，增加機床控制精度，也節(jié)省了更改機床運行參數(shù)，重新校正開始停止角度所需要花費的大量時間，在設備出廠前或調(diào)試階段完成學習功能，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，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，大大提升機械壓力機床的工作效率；通過SPM閉環(huán)自動控制，極大的降低了設備運行過程中改變設備運行參數(shù)導致SPM調(diào)試困難的現(xiàn)狀，實現(xiàn)設備的自動、實時、動態(tài)調(diào)整。

3)本發(fā)明的一體機控制裝置集成機器視覺內(nèi)核、運動控制內(nèi)核功能模塊，實現(xiàn)機器視覺領域、運動控制領域與邏輯控制領域的緊密結合，某些應用場合下不再需要單獨配置機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)升級對設備互聯(lián)的需求。

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

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

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

附圖說明

圖1開始停止角度學習方法流程

圖2運行中開始停止角度動態(tài)調(diào)整方法流程

圖3機械壓力設備閉環(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9一體機控制裝置硬件框架圖

圖10一體機控制裝置軟件架構圖

具體實施方式

本發(fā)明涉及的內(nèi)容主要針對于機械壓力行業(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上的更新及行業(yè)工藝上的改進，以提升機械壓力設備的效率，并降低成本。本發(fā)明提出一種完全自動的、智能化的機械壓力設備工藝流程控制方法，即開始停止角度自學習，在在機器出廠調(diào)試過程中，開啟相關模式進行開始停止角度自學習得到初始的開始停止角度擬合曲線和相應的計算公式；并進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控制裝置，在滿足現(xiàn)有自動化設備的功能基礎上，能實現(xiàn)上述機械壓力設備工藝流程控制方法,并增加運動控制內(nèi)核、機器視覺內(nèi)核，滿足用戶多元化的控制需求，如機器人控制等；內(nèi)嵌的云服務模塊，集成了WebServer及OPCServer，用戶可以通過聯(lián)網(wǎng)設備如手機、平板等實現(xiàn)遠程控制、調(diào)試、診斷、維護，通過OPCServer可以采集機械壓力機床其它平臺自動化設備的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)機械壓力機床所有設備的聯(lián)網(wǎng)功能。

結合圖1，開始停止角度自學習的具體工作流程如下：

首先用戶通過相關設置啟動一體機控制裝置的開始停止角度自學習功能，一體機控制裝置機械壓力特殊工藝流程軟件模塊提供相關軟件接口，由用戶設置機床SPM的運行范圍；一體機控制裝置中的機械特殊工藝流程模塊根據(jù)SPM范圍自動計算出相應采樣點，即選取一系列SPM值作為開始停止角度計算參考；隨后，一體機控制裝置驅(qū)動變頻器輸出使設備處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，并分別工作在選取的SPM采樣點狀態(tài)下；機械壓力工藝流程模塊首先會利用事先給定的數(shù)學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值之間的偏差是否超過設定的閾值：若超過則對開始停止角度理論值進行修正，保存SPM采樣值及修正后的開始停止角度值,并對數(shù)學模型引入糾偏系數(shù)進行修正，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采樣值和與其對應的開始停止角度理論值作為保存的開始停止角度值；重復以上操作，直到運行完所有的SPM采樣值；根據(jù)保存的各SPM采樣值以及各對應的可以使停止角度實際值與目標值之間的偏差處在設定閾值范圍內(nèi)的開始停止角度之間的關系擬合開始停止角度曲線，并得到相應的SPM值與開始停止角度值之間關系的數(shù)學函數(shù)式，并保存作為設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)學模型的開始停止角度的理論值與SPM值這一變量，以及機械壓力設備的機械構件質(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，同一類型的機械壓力設備在設計時均會有相應的設計標準。

理想狀態(tài)下，同一機型的設備應當是完全一樣的，但是實際過程中，受限于加工精度，如飛輪直徑的細微差異或者質(zhì)量差異，安裝精度，如安裝契合度會導致齒隙或大或小，會導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，需要結合每臺機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。

因為每臺設備加工精度、安裝一致性等因素均會導致質(zhì)量、傳動效率、制動效率的不同，在實際應用時需要根據(jù)實際運行反饋對模型進行相應的修正；同時也因為不同的影響因素會對運行結果有不同的影響，比如質(zhì)量的增減，一般而言導致誤差的線性遞增，而傳動效率的不同，會呈現(xiàn)出非線性的數(shù)學關系；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的數(shù)據(jù)計算得到，它也代表設備對影響停止角度準確度的各因素及影響占比的預測。

修正方式可參考以下方式：假設在第一個采樣值，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關系下誤差之間的關系，并根據(jù)這兩個偏差值，計算得到相應的多項式，重新引入到數(shù)學模型上。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。

考慮到實際應用中，比如設備長時間封存，停止運行，首次校準后沒有銷售，設備運輸過程顛簸等因素影響，會對初次自學習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，進行相關驗證，即再次啟動設備運行，重復一次自學習過程，因為前面的基礎，此次重復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)，并進行保存。這樣，可以在用戶設置的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，得到設定范圍內(nèi)任意SPM狀態(tài)下的開始停止角度。

在設備正常運行過程中，一體機控制裝置根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器計算獲得當前SPM值，隨后調(diào)閱保存的曲線，計算開始停止角度，當設備接收到外部停止信號后，根據(jù)該開始停止角度進行停止控制。但考慮到設備正常運行過程中受到設備帶載、模具更換、模具損耗、機床耗損、工藝變換等因素，需要在正常運行時對開始停止角度進行動態(tài)校準。其中，最主要的原因是應對負載的變化，相同SPM情況下，負載變化也會極大的影響整機設備的慣性，同時因為負載對傳動效率、制動效率的影響也是不同的，所以自學習計算出來的曲線和函數(shù)式當中的糾偏系數(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習后已經(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，在上述方法的基礎中，可加入運行中開始停止角度動態(tài)校準功能，結合圖2，即在設備運行過程中，調(diào)閱設備初始設置或較準驗證后保存的開始停止角度擬合曲線，并計算當前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行停止控制，計算并判斷實際的停止角度與目標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習功能，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，機械壓力設備閉環(huán)控制單元使用一體機控制裝置、電機控制部件，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、伺服電機等，旋轉(zhuǎn)變壓器和機構結構等硬件以實現(xiàn)功能；其中，機構結構通常包括飛輪、離合器、曲柄、滑塊等。

結合圖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置SPM范圍值，即可使控制機器工作在相應的沖程區(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：

機械壓力設備閉環(huán)控制單元工作時，當機械壓力設備一體機控制裝置輸出信號，電機控制部件接收信號，執(zhí)行部件運轉(zhuǎn)并驅(qū)動機構結構工作；此時，旋轉(zhuǎn)變壓器將機構結構中滑塊位置等數(shù)據(jù)發(fā)送至一體機控制裝置，一體機控制裝置計算得到實時SPM值，并根據(jù)此實時SPM與預設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SPM值范圍進行設置；在設備運轉(zhuǎn)過程中，當機械壓力設備一體機控制裝置輸出信號，變頻器接收信號，電機運轉(zhuǎn)，帶動飛輪并最終使模塊上下滑動；此時，旋轉(zhuǎn)變壓器將機構結構中滑塊位置、曲桿運行的角度等數(shù)據(jù)發(fā)送至一體機控制裝置；一體機控制裝置根據(jù)反饋的SPM值與SPM目標值進行比對，動態(tài)調(diào)整脈沖輸出指令，形成負反饋機制，最終使得實時SPM值無限接近于目標SPM值。

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

機械壓力工藝流程模塊，是對機械壓力設備特殊工藝進行的提煉、改進以及封裝，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習運行中開始停止角度動態(tài)校準單元，用于控制機械壓力設備工作時機構結構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，通過實時通信技術及上層軟件，在一體機控制裝置CPU性能足夠強大的基礎上，甚至可以集成多個軟PLC，實現(xiàn)PLC功能的深度定制，根據(jù)用戶需求融合機械壓力設備所需的相應功能模塊的接口，為用戶使用提供便利。并且，在PLC運行過程中，相關參數(shù)配置、數(shù)據(jù)采集，可以通過云服務模塊上傳至互聯(lián)網(wǎng)。而傳統(tǒng)的硬件PLC的固件不能移植至通用平臺，只能在相應硬件平臺下運行。PLC可實現(xiàn)分布式控制方案，通過相應總線協(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)，使得設備的輸入輸出配置靈活、易于增減、安裝維護便捷，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)接遠程擴展設備，高性能終端執(zhí)行機構，如機器人，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，連接本地擴展設備以及相關執(zhí)行機構如變頻器、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、標準以太網(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，為一體機控制裝置自帶的輸入輸出點；當然，根據(jù)用戶需求IO系統(tǒng)還可加入本地擴展IO模塊和遠程擴展IO模塊；其中，本地擴展IO模塊通過本地通訊接口接入一體機控制裝置，用于集中式控制，可連接本地或者距離較近的開關量信號、傳感器、執(zhí)行器等，它可設置在與一體機控制裝置處于相同電氣柜之間；遠程擴展IO模塊通過工業(yè)實時總線接口接入一體機控制裝置，是用于分布式控制所擴展的IO模塊，可連接遠程的傳感器、執(zhí)行器等，可以通過通訊線互聯(lián)，方便一體機控制裝置對遠程設備進行監(jiān)控，無需和一體機控制裝置處于相同電柜之中。

人機交互系統(tǒng)為內(nèi)嵌的觸摸顯示屏以及工業(yè)云服務中的WebServer服務，作為一體機控制裝置的顯示和操作界面；本發(fā)明所提供的人機交互系統(tǒng)優(yōu)選B/S架構，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)設備的標準瀏覽器進行連接訪問；而且界面顯示內(nèi)容可通過標準Web編程進行定制或二次開發(fā)。

在前述基礎上，本發(fā)明提供另一實施例，即，一體機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)行機構或伺服驅(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)行機構或電機控制部件，從而實現(xiàn)設備的高精度、高響應等指標。具體可實現(xiàn)：1)伺服電機多軸同步，即復雜系統(tǒng)多電機協(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，即控制電機進行如圓弧，螺旋等復雜曲線軌跡運動；3)電子凸輪，即可替代機械凸輪，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)行機構如多種類型機器人，亦可連接相關驅(qū)動系統(tǒng)如伺服系統(tǒng)，進而控制相關電機。

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

進一步的，為替代昂貴的專用視覺設備，并能和運動控制有機結合起來，本發(fā)明還提供另一實施例，即，一體機控制裝置還包括連接工業(yè)相機的機器視覺控制內(nèi)核。機器視覺控制內(nèi)核內(nèi)嵌通用視覺算法庫和工業(yè)相機驅(qū)動模塊，其中，通用視覺算法庫用于存儲機器視覺算法，如亞像素掃描、特征值擬合等，工業(yè)相機驅(qū)動模塊用于控制、設置工業(yè)相機并兼容工業(yè)相機通訊協(xié)議，如GIGEVISION。機器視覺控制內(nèi)核用于實現(xiàn)對生產(chǎn)工件進行定位、識別、缺陷檢測、分揀、分色等功能，將檢測結果傳遞給PLC控制器，并由PLC控制器根據(jù)用戶應用程序調(diào)用運動控制內(nèi)核，最終發(fā)送具體指令給執(zhí)行機構或驅(qū)動系統(tǒng)進行執(zhí)行操作。

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

在前述基礎上，本發(fā)明還提供另一優(yōu)選實施例，即，一體機控制裝置還包括云服務模塊，支持WebServer服務，實現(xiàn)設備的遠程操作。具體的，可用于實現(xiàn)設備的遠程監(jiān)控、調(diào)試、編程及數(shù)據(jù)采集；還可以采集不同廠家設備的數(shù)據(jù)；并能通過標準以太網(wǎng)接口通過標準以太網(wǎng)網(wǎng)絡設備接入網(wǎng)絡或者直接接入終端設備，利用終端設備的標準瀏覽器進行訪問，也可以利用專用的網(wǎng)關設備獲取相應的數(shù)據(jù)進行相關操作。

云服務模塊包括WebServer單元和OPCServer單元。其中，WebServer單元可實現(xiàn)原生的遠程支持，實現(xiàn)遠程下載及調(diào)試，用戶還可以通過可聯(lián)網(wǎng)的智能終端，如手機、PC機等，直接訪問WebServer。而現(xiàn)有設備方案的遠程調(diào)試均是增加通訊網(wǎng)關、無線模塊等設備實現(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備間的互聯(lián)或聯(lián)網(wǎng)，提供不同通訊協(xié)議設備的數(shù)據(jù)采集，提供整臺設備的數(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)界廣泛認可，在控制器內(nèi)部增加OPCServer功能，可以極大提升設備競爭力，使得不同平臺設備在同一工業(yè)以太網(wǎng)中無縫共存。

此外，一體機控制裝置還可內(nèi)嵌瀏覽器，與WebServer協(xié)同，提供用戶交互系統(tǒng)。WebServer可提供Web方式的設備編程、狀態(tài)查看，可供遠程編程、診斷、維護、調(diào)試等操作；并能通過內(nèi)嵌觸摸屏等多種方式實現(xiàn)多樣化的人機交互解決方案。而傳統(tǒng)的做法是增加HMI等設備，而HMI屬于專用設備，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，且可以提供遠勝于HMI的功能擴展。可見，在控制器中內(nèi)嵌WebServer，使得設備具備了聯(lián)網(wǎng)功能，可以促進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：設備上電后，WebServer啟動，并獲取設備狀態(tài)相關的信息，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、應用信息以及設備運行過程中的數(shù)據(jù)，當外部設備或者內(nèi)部服務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行加密，以保證數(shù)據(jù)的安全性；之后，將WebServer相關信息傳輸給客戶端，客戶端通過Web瀏覽器可以訪問這些信息并進行相應的控制，如果客戶端發(fā)送了控制命令或者程序下載等指令，WebServer會將一體機控制裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)進行實時更新，更新后的數(shù)據(jù)會被WebServer讀取上傳并顯示，如此往復，直到客戶端連接斷開。

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

如圖9所示，一體機控制裝置可采用包括主處理器和協(xié)處理器的雙核架構。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、云服務模塊、各類設備驅(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)主要負責調(diào)度PLC應用程序，并直接調(diào)用功能模塊進行實際的硬件操控，獲得相應反饋，根據(jù)相應組態(tài)信息將數(shù)據(jù)傳輸至各外接設備或擴展設備之中；組態(tài)解析模塊，用于解析一體機控制裝置所連接的外圍擴展設備，如本地擴展IO模塊、伺服驅(qū)動器、變頻器、觸摸屏、相機等，并分配通訊地址及確定連接拓撲和修改相關參數(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)負責最終調(diào)度；應用解析模塊，用于解析客戶開發(fā)的應用程序，修改相關參數(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)，由其負責具體調(diào)度和執(zhí)行；用戶交互接口，主要是和HMI設備及上位機監(jiān)控系統(tǒng)通訊，給用戶提供直觀的觀察設備運行狀態(tài)；參數(shù)配置模塊，用于配置一體機控制裝置的相關參數(shù)，如擴展設備相關信息、通訊參數(shù)等；數(shù)據(jù)交互模塊，負責提取PLC運行過程當中的各種數(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、云服務模塊查看和修改；診斷模塊，用于診斷系統(tǒng)信息，準確定位設備故障來源。

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)，是設備運行的基礎，負責完成系統(tǒng)軟件的調(diào)度，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性并提升運行效率；云服務模塊可以通過標準以太網(wǎng)接口利用標準瀏覽器進行訪問，也可以利用專用的網(wǎng)關設備獲取相應的數(shù)據(jù)進行相關操作。功能模塊包括機器視覺控制內(nèi)核、運動控制內(nèi)核、機械壓力工藝流程模塊、IO掃描模塊等。設備驅(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；用戶應用程序和組態(tài)程序可以通過云服務模塊完成開發(fā)及下載，也可以利用傳統(tǒng)的PC機開發(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)，負責工業(yè)級通訊，操控遠程IO擴展模塊、伺服、電機控制功能。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。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干改進，這些均應落入本發(fā)明的保護范圍。