阅读说明：本技术 一种高稳定性双滑铃丝杠控制系统及其控制方法 (High-stability double-sliding-bell screw control system and control method thereof ) 是由 陈杰 夏惊秋 沈馗 于 2019-03-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高稳定性双滑铃丝杠控制系统及其控制方法,由系统速度给定模块输出给定值,送至预调单元对给定值信号与前置处理单元送来的信号进行预处理后,通过系统比较运算单元送至前置处理单元进行信号隔离、前置处理后,再将信号送至控制单元对信号进行数据运算处理,处理的信号经输出单元送至比例阀组来驱动控制液压马达,液压马达旋转带动丝杠组件传动,比例阀组驱动同时将其阀开度信号反馈至控制单元；丝杠组件上设有编码器,将检测的位置值送至系统比较运算单元与经预调单元处理的设定目标位置值进行比较运算,改进比例阀组将其本体状态信号反馈至控制单元。本发明实现焊机高精度双滑铃丝杠部件稳定长效使用及焊接质量的可靠稳定控制。(The invention discloses a high-stability double-sliding-bell screw control system and a control method thereof.A given value is output by a system speed given module, a given value signal and a signal sent by a pre-processing unit are pre-processed by a preset unit, the given value signal and the signal are sent to the pre-processing unit for signal isolation and pre-processing by a system comparison operation unit, the signal is sent to a control unit for data operation processing, the processed signal is sent to a proportional valve bank through an output unit to drive and control a hydraulic motor, the hydraulic motor rotates to drive a screw assembly to transmit, and the proportional valve bank drives and feeds back a valve opening signal to the control unit; the screw assembly is provided with an encoder, the detected position value is sent to a system comparison operation unit to be compared with a set target position value processed by a preset unit, and the improved proportional valve group feeds back a body state signal to the control unit. The invention realizes the stable and long-term use of high-precision double-sliding-bell screw components of the welding machine and the reliable and stable control of the welding quality.)

一种高稳定性双滑铃丝杠控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及传动设备丝杠驱动控制领域，更具体地说，涉及一种高稳定性双滑铃丝杠控制系统及其控制方法，特别适用于焊机设备的双滑铃丝杠驱动控制领域。

背景技术

冷轧二冷单元酸轧机组采用激光焊机，其高精度双滑铃丝杠部件的驱动控制系统采用的是B&R2010控制器，该控制器控制精度比较高，但控制输出固化，不能随负载的变化而做相应的调整，另外其程序为内置系统块的模块化设计，设备维护人员无法进行解读，但从实际控制效果分析其为常用的经典纯闭环控制系统，一旦焊机高精度双滑铃丝杠部件实际速度达不到设定速度，部件就无法动作而焊机也就无法焊接，导致焊机焊接容易出错、可靠性差，该控制系统已不能完全满足高精度双滑铃丝杠部件的驱动控制要求，严重影响机组的全连续生产，影响产品质量，严重时还会造成生产设备事故。

如图1所示，现有焊机设备高精度双滑铃丝杠控制系统为常用的经典纯闭环控制系统，系统速度给定模块给定15mpm(10V)，通过系统比较模块1送到智能模块NC303的接口单元2进行信号隔离处理，模块控制单元3对输入信号进行逻辑放大处理，放大的信号经输出单元4送到比例阀组5来驱动控制液压马达6，液压马达6旋转带动丝杠组件7传动，比例阀组5驱动同时将阀开度信号反馈到模块控制单元3，丝杠组件7上安装的编码器8将检测的位置值送到系统比较模块1与设定目标位置值进行比较，根据比较结果进行调整，如果给定达到最高限幅值10V，位置值仍之后5％，延时2sec后系统封锁给定，系统报驱动故障，焊接无法焊接。

因此，上述的控制方式无法实时根据焊机传动状态变化情况调整焊机双滑铃丝杠部件速度给定，无有效匹配调整方法，导致焊机高精度双滑铃丝杠部件驱动控制可靠性低，故障率高，焊接不稳定，容易发生驱动控制故障，其双滑铃丝杠部件也缺乏针对性的保护及优化维护措施，比较容易劣化甚至突然损坏，同时影响焊缝质量等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种高稳定性双滑铃丝杠控制系统及其控制方法，实现焊机高精度双滑铃丝杠部件的稳定长效使用及焊接质量的可靠稳定控制。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种高稳定性双滑铃丝杠控制系统，包括液压马达、丝杠组件，其特征在于：还包括系统速度给定模块、预调单元、系统比较运算单元、前置处理单元、控制单元、输出单元和比例阀组；

所述系统速度给定模块输出给定值，送至预调单元，预调单元对给定值信号与前置处理单元送来的信号进行预处理后，通过系统比较运算单元送至前置处理单元进行信号隔离、前置处理后，再将信号送至控制单元对信号进行数据运算处理，处理的信号经输出单元送至比例阀组来驱动控制所述液压马达，液压马达旋转带动所述丝杠组件传动，比例阀组驱动同时将其阀开度信号反馈至控制单元；

所述丝杠组件上设有编码器，由编码器检测的位置值送至系统比较运算单元与经预调单元处理的设定目标位置值进行比较运算，从而改进比例阀组将其本体的状态信号反馈至控制单元。

所述液压马达、丝杠组件上均还设有温度检测器和震动检测器，温度检测器和震动检测器将检测到的温度、震动信号反馈至前置处理单元，经处理后来控制预调单元，实现异常情况下的前置干预处理。

所述前置处理单元还连接HMI。

所述前置处理单元为SIMATIC S7-400可编程计算机控制器。

另一方面，一种高稳定性双滑铃丝杠控制方法，包括：

通过比例阀组输出零飘检测及调整处理：

当液压马达压差值≤10bar时，为正常情况；

当液压马达压差值＞10bar且≤15bar时，系统提醒需调整，截止阀延时1S关断；

当液压马达压差值＞15bar且≤25bar时，系统输出报警，截止阀取消延时关断，比例阀组输出零飘校准；

当液压马达压差值≥25bar时，系统故障，停止输出驱动，立即停机，调整比例阀组输出零飘；

通过编码器位置检测及前置调整：

当位置滞后偏差值＞1mm且≤2mm时，前置处理单元将速度给定下调2％～5％；

当位置滞后偏差值＞2mm且≤5mm时，前置处理单元将速度给定下调5％～10％；

当位置滞后偏差值＞5mm且≤10mm时，前置处理单元将速度给定下调10％～20％；

当位置滞后偏差值＞10mm时，前置处理单元将速度给定下调25％；

通过温度检测器温度检测及前置调整：

当与环境温度比较的温升值＞5℃且≤10℃时，前置处理单元将速度给定下调1％～5％；

当与环境温度比较的温升值＞10℃且≤15℃时，前置处理单元将速度给定下调5％～10％；

当与环境温度比较的温升值＞15℃且≤25℃时，前置处理单元将速度给定下调10％～20％；

当与环境温度比较的温升值＞25℃时，前置处理单元将速度给定下调25％；

通过震动检测器震动检测及前置调整：

当震动检测值＞3丝且≤5丝时，前置处理单元将速度给定下调1％～5％；

当震动检测值＞5丝且≤10丝时，前置处理单元将速度给定下调5％～10％；

当震动检测值＞10丝且≤20丝时，前置处理单元将速度给定下调10％～20％；

当震动检测值＞20丝时，前置处理单元将速度给定下调25％。

所述前置处理单元根据反馈的检测值与设定模型进行比较分析后与控制单元进行数据交换，对给定进行预调处理，同时将预处理信息在HMI上进行显示，异常达到设定值的则增加警示及分析指导显示，指导操作维护人员进行准确的应对处理。

所述指导操作维护人员进行准确的应对处理，具体如下：

当前置处理单元将速度给定下调小于等于5％时，将信息传送给HMI，提示操作维护人员，具体是由于震动、温度、滞后或零飘中的一个或几个因素导致的下调，并指导操作维护人员有针对性的对驱动系统相关部位进行检查维护；

当前置处理单元将速度给定下调大于5％小于等于10％时，将信息传送给HMI，预警操作维护人员，双滑铃丝杠相关机构出现明显劣化，指导操作维护人员在补油、清洁、紧固的基础上，需要对双滑铃丝杠、液压马达和机械传动结构进行解体检查维护；

当前置处理单元将速度给定下调大于10％小于等于20％时，将信息传送给HMI，警告操作维护人员，双滑铃丝杠系统严重劣化，已经存在明显的故障点，指导操作维护人员在下一个检修停机时间必须对故障点进行排查，列出故障点提示清单；

当前置处理单元将速度给定下调大于20％时，将信息传送给HMI，严重警告操作维护人员，焊机双滑铃丝杠系统随时可能故障锁定无法继续焊接，不能满足机组正常运行要求，指导操作维护人员做好降低机组运行速度、工艺段进行适当调整、立即采用应急措施，避免双滑铃丝杠系统突然故障或损坏可能导致的安全事故和生产事故。

本发明所提供的一种高稳定性双滑铃丝杠控制系统及其控制方法，其对检测可控制结构进行了改进，采用SIMATIC S7-400可编程计算机控制器设计制作了一套全新的焊机高精度双滑铃丝杠部件驱动控制系统，该控制系统中设计增加了比例阀组状态检测反馈控制环节、前置压力检测反馈、震动检测反馈控制环节、温度检测反馈控制环节，同时设计了与焊接工艺要求相配合的匹配调节控制环节，实现焊机高精度双滑铃丝杠部件的稳定长效使用及焊接质量的可靠稳定控制。解决了原焊机高精度双滑铃丝杠部件驱动控制系统的控制方式无法实时根据焊机传动状态变化情况调整焊机双滑铃丝杠部件速度给定，无有效匹配调整方法，导致焊机高精度双滑铃丝杠部件驱动控制可靠性低，故障率高，焊接不稳定，容易发生驱动控制故障，其双滑铃丝杠部件也缺乏针对性的保护及优化维护措施，比较容易劣化甚至突然损坏，同时影响焊缝质量等问题，克服了现有技术的不足。

附图说明

图1是现有双滑铃丝杠控制系统的框架示意图；

图2是本发明双滑铃丝杠控制系统的框架示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合附图2所示，本发明所提供的一种高稳定性双滑铃丝杠控制系统，包括液压马达10、丝杠组件11，还包括系统速度给定模块、预调单元12、系统比较运算单元13、前置处理单元14、控制单元15、输出单元16和比例阀组17。

由所述系统速度给定模块输出给定值10mpm(10V)，先送至预调单元12，预调单元12对给定值信号与前置处理单元14送来的信号进行预处理后，通过系统比较运算单元13送至前置处理单元14进行信号隔离、前置处理等，再将信号送至控制单元15对信号进行数据运算处理，处理的信号经输出单元16送至比例阀组17来驱动控制所述液压马达10，液压马达10旋转带动所述丝杠组件17传动，比例阀组驱动17同时将其阀开度信号反馈至控制单元15。

较佳的，所述丝杠组件11上安装有编码器18，由编码器18检测的位置值送至系统比较运算单元13与经预调单元12处理的设定目标位置值进行比较运算，从而改进比例阀组11将其本体的状态信号反馈至控制单元15。

同时，所述液压马达10、丝杠组件11上均还安装有温度检测器19和震动检测器20，温度检测器19和震动检测器20将检测到的温度、震动信号反馈至前置处理单元14，经处理后来控制预调单元12，实现异常情况下的前置干预处理。

较佳的，所述前置处理单元14还连接HMI(人机互交界面或系统操作界面)。

较佳的，所述前置处理单元14选用SIMATIC S7-400可编程计算机控制器。

本发明还提供了一种高稳定性双滑铃丝杠控制方法，包括：

改进比例阀组，增加其两侧输出的实际压力检测，同时将其本体的状态信号反馈到控制单元，实现对比例阀组输出零飘的有效监控以及本体状态变化对驱动系统影响的及时预警及反馈调整。

通过比例阀组输出零飘检测及调整处理：

位置(编码器值)、温度、震动三个变量的综合检测分析，双滑铃丝杠驱动系统的劣化至损坏会在这三个变量上有明确的显现，通过实时监测这三个变量并与设定模型进行比较分析就可以准确的掌握该驱动系统的运行状态，异常时则根据模型设定进行调整，可以有效减缓异常导致驱动系统劣化至损坏的趋势，同时及时提醒指导应对，采取匹配应对措施后可以避免突然损坏，提高双滑铃丝杠驱动系统使用的稳定性。

通过编码器位置检测及前置调整：

通过温度检测器温度检测及前置调整：

通过震动检测器震动检测及前置调整：

较佳的，所述前置处理单元14根据反馈的检测值与设定模型进行比较分析后与控制单元进行数据交换，对给定进行预调处理，同时将预处理信息在HMI上进行显示，异常达到设定值的则增加警示及分析指导显示，指导操作维护人员进行准确的应对处理。

所述指导操作维护人员进行准确的应对处理，具体如下：

当前置处理单元将速度给定下调小于等于5％时，将信息传送给HMI，提示操作维护人员，具体是由于震动、温度、滞后或零飘中的一个或几个因素导致的下调，并指导操作维护人员有针对性的对驱动系统相关部位进行检查维护，如对双滑铃丝杠相关机构进行补油维护及常规的在线检查、清洁、紧固维护，在采取此类维护后，双滑铃丝杠能恢复正常工作状态，不再进一步劣化，可以有效提高其使用寿命。

当前置处理单元将速度给定下调大于5％小于等于10％时，将信息传送给HMI，预警操作维护人员，双滑铃丝杠相关机构出现明显劣化，指导操作维护人员在补油、清洁、紧固的基础上，需要对双滑铃丝杠、液压马达和机械传动结构进行解体检查维护，也就是在下一个检修停机时间必须解体检查间隙调整等维护。

当前置处理单元将速度给定下调大于10％小于等于20％时，将信息传送给HMI，警告操作维护人员，双滑铃丝杠系统严重劣化，已经存在明显的故障点，指导操作维护人员在下一个检修停机时间必须对故障点进行排查，列出故障点提示清单，如更换双滑铃丝杠或机械结构上的轴承等明显的故障部件，如检修计划停机日期超过7天的，建议维护人员协调生产方提前实施停机检修，避免其进一步劣化导致的彻底损坏事故。

当前置处理单元将速度给定下调大于20％时，将信息传送给HMI，严重警告操作维护人员，焊机双滑铃丝杠系统随时可能故障锁定无法继续焊接，不能满足机组正常运行要求，指导操作维护人员做好降低机组运行速度、工艺段进行适当调整、立即采用应急措施，避免双滑铃丝杠系统突然故障或损坏可能导致的安全事故和生产事故。

综上所述，本发明双滑铃丝杠控制系统及其控制方法，应用于冷轧二冷单元激光焊机双滑铃丝杠控制驱动控制系统，避免了该激光焊机以前经常发生的焊机高精度双滑铃丝杠部件突然劣化损坏问题，解决了驱动控制系统的控制方式无法实时根据焊机传动状态变化情况调整焊机双滑铃丝杠部件速度给定，无有效匹配调整方法，导致焊机高精度双滑铃丝杠部件驱动控制可靠性低，故障率高，焊接不稳定，容易发生驱动控制故障问题，该高稳定性双滑铃丝杠控制系统还可以推广应用到五冷轧同类型激光焊机，提高焊机在生产中应用的稳定性。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。