【摘要】電子伺服壓力機因其高精度、高響應的優勢逐漸取代傳統的液壓、伺服液壓等設備而被廣泛應用于電機軸承、汽車零部件、3C等行業產品裝配以及產品鉚壓成型。相對傳統的PLC方案，研控MCN420運動控制器針對裝配行業的應用增加了位置全閉環控制和壓力全閉環控制，有效的提高了伺服壓力機整體的位置精度和壓力精度，減少因機器變形和產品毛坯尺寸造成的產品不良率。高速的數據采集功能給產品分析提供了更為精確的篩選數據，從而能更有效的分析產品特性，提高產品工藝要求。此系統提供了界面邏輯編程，用戶可根據實際工藝需求，配合本地IO接口或者擴展IO模塊與外部設備進行信號交互。

【關鍵詞】研控、MCN420運動控制器、伺服壓力機控制系統、裝配

0 引言

隨著工業4.0的發展，目前國內市場在裝配、鉚壓成型等應用上對產品的精度以及數據采集、分析存儲功能需求的不斷提升。傳統的伺服液壓，以及基于PLC的電子伺服壓力機控制方案在很大程度上已經滿足不了。國外電子伺服壓力機如:德國的Kistler、Promess，日本的Janome、DDK，韓國的C&M等都先后推出了與電缸一體的電子伺服壓力機系統方案，但在消除機器變形，以及數據分析上并未做更深的研究，對于客戶要求定制化的曲線分析功能，以及復雜的外設邏輯處理靈活性也不夠強。

伺服壓力機控制系統是整個壓力機的核心。系統基于Qt+研控MCN420控制器，在Windows系統上通過總線通訊調用MCN420的運動函數動態庫，實現了數據采集、運動邏輯可編程、以及強大的曲線數據分析，和定制化的質量檢測等功能。

1、系統硬件方案

系統的硬件如圖1：主要包括：工業平板電腦、運動控制器、伺服驅動器、電機、電缸、光柵尺、壓力傳感器、擴展IO模塊。MCN420與伺服驅動器的連接，對驅動器輸入模擬信號，通過光柵尺或者壓力傳感器的反饋實現位置閉環控制，重復精度為0.01mm或者壓力閉環控制，重復精度小于等于±1%。位置重復精度過大由于機器在承載受力情況下的機身背板變形引起，位置控制來源光柵尺可以減小機器變形帶來的誤差。在鉚壓成型工藝中對于毛坯尺寸不一的產品，高精度的壓力閉環模式能解決因尺寸不一樣帶來的壓力過沖問題。

2、運動控制

2.1、系統框架設計

系統是整個壓力機的控制核心，主要功能如圖2，包含運動邏輯程序編寫及編譯，曲線顯示、質量檢測、過程數據存儲和分析以及IO監測、文件管理等功能。實現了用戶在Ui界面運動邏輯、IO邏輯可編程。利用底層高速的數據采集，可針對特殊材料的特性進行準確分析和精準的質量判定。增加了除普通點檢測功能外的窗口判定、拐點判定，以及其他特殊點的判定方式。通過Posgresql數據庫存儲的大量數據，初步實現生產數據的統計以及查詢范圍內的趨勢顯示等功能。

2.2、運動程序設計

控制系統的運動控制模塊主要包含了程序命令的編寫、語法檢測、轉換。為了減少程序編寫的錯誤，在UI界面采用類似的MOVEP，MOVEL，MOVEF等指令。在軟件設計時，利用虛函數的多態性將接口與實現分離，用一個CMotionControl的類包含所有基本的運動控制的函數，然后創建一個繼承于該類的 CYanKoMotion類實現具體的運動控制，然后在CYanKoMotion類中實現軸的各種控制模式的運動以及運動狀態的獲取。代碼如下：

class CMotionControl : public QObject

{

Q_OBJECT

public:

CMotionControl(AllData *allData);//初始化

public:

AllData *data;

virtual  TMotionStatus  AxisMotion(TTeachFile tTeachFile,int iProg) = 0;//軸運動模塊

virtual  void MotionMonitor() =0;//所有運動狀態監控

virtual  void MotionStop() = 0;//運動停止

virtual  void StartMotionRun(int iProg ,bool bStart) = 0;//運動開始

virtual  void MotionStatus() = 0;//運動狀態

virtual  TMotionStatus DeviceIOManage(TTeachFile tTeachFile,int iProg) = 0;//設備IO監控

…….

};

在程序完成編輯，語法檢測無誤后，將所有程序指令中包含數據進行轉換。運動程序啟動循環到相應的行號時傳入AxisMotion()中，通過運動函數寫入控制器并啟動運動。在MotionMonitor()中監控IO變化狀態或者用于其他邏輯判斷變量的變化。一個基本的壓裝程序可以做如下編寫：

        MOVEP  X100.00  Vel= 100;//快進

        MOVEP  X120.00  Vel=20;//探測

        MOVEF  X50.00   Vel= 10;//壓裝

        MOVEP  X10.00   Vel= 100;//回退

2.3  數據分析及質量檢測

    2.3.1 數據分析

對存儲的數據進行分析提取材料特性，從而設置合理的檢測參數，結合外部的其他檢測設備組成生產、檢測一體的全自動化流水線是將來伺服壓力機發展的主要趨勢。目前在系統中對終止壓力、終止位置、接觸位置、最大壓力、合格率、生產計數進行了統計。如下生產統計圖，數據分析圖之數據統計分析。

從存儲在數據庫中的數據可以對任意10條曲線進行分析對比，如下曲線對比圖。

2.3.2、質量分析

壓力機目前常用的檢測方法有點檢測、區域檢測、窗口檢測。基本能滿足大部分的產品檢測需求。在針對部分汽車零部件產品要求找到應力突變點，或者更為精確的接觸產品表面位置等，通過這些特性來判定產品是否合格。控制器底層將接觸表面位置鎖存，鎖存周期誤差在1ms以內。通過1ms采集周期的數據在應用層經過算法計算找到力突變的拐點，如拐點查詢示意圖，圖中加粗的點為計算拐點。

3 結束語

本文研究了在Qt平臺上基于IPC + 研控MCN420運動控制器在電子伺服壓力機上的應用。通過上位機系統的操作實現了壓力機主軸的基本工藝運動動作、曲線分析、數據存儲、質量檢測等功能。通過在汽車零部件、電機等行業的實際工業現場應用，證明位置重復精度和壓力重復精度、產品檢測合格率等指標能滿足大部分的客戶需求。