重型板材高效加工成形单元智能控制系统及方法

技术领域

本发明属于重型板材加工技术领域，涉及一种重型板材高效加工成形单元智能控制系统及方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展及综合国力的提升，城镇化建设迅猛，各行业都呈现出快速发展的趋势，特别是重型卡车的制造业更是迎来了发展高峰；目前，我国重型卡车保持着高速发展现状，远远超过了其他车辆的增长，传统重型卡车的制造过程由于生产效率低，产品质量难以保证，人力、物力投入大等诸多缺陷已无法满足激烈的市场竞争；因此，淘汰落后产能，促进产业优化升级是重卡制造业所要解决的首要问题。

重型板材成形加工是重卡制造过程中车厢板材成形的重要环节，由于重卡车厢板材外形尺寸和质量较大，主流的工业机器人无法满足其成形加工需求，主要依靠人力辅助送料的生产模式，产品质量无保障，生产效率低，且存在极大的安全隐患；重型板材高效加工成形单元有效解决了此类问题，实现了重型板材的全自动智能生产，其控制系统广泛应用了网络化通讯、设备信息远程监控、故障诊断及预警功能、智能控制等新型技术，在满足全自动智能生产的同时，实现了设备状态的实时监控、故障诊断等远程运维，对重型卡车智能制造有着非常重大的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用范围广、随时了解运行状态、实现设备远程运维、有效保障设备运行稳定且最大限度缩短故障时间的重型板材高效加工成形单元智能控制系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用技术方案如下：重型板材高效加工成形单元智能控制系统包括依次连接的工控机、主控制器和折弯机控制系统；主控制器上连接有工业交换机，工业交换机上分别连接有远程运维系统和MES管理系统；主控制器上分别连接有上料控制系统、气动辅助控制系统、出料控制系统、液压辅助控制系统、伺服步进送料控制系统、传感器检测控制系统和智能避让托料控制系统；主控制器通过PROFINET现场总成与各部件相连，主控制器通过数字量信号与折弯机控制系统进行信号交换，主控制器通过工业以太网连接工业交换机，工业交换机通过工业以太网连接MES管理系统和远程运维系统。

重型板材高效加工成形单元智能控制系统加工常规工件折弯成形时的加工方法如下：（1）电磁吸盘上料系统根据主控制器发出的上料指令，将折弯加工板材运送至智能升降前托料托板位置处，由步进伺服前送料将折弯加工板材推送到折弯机下模的中心线位置，步进伺服后送料开始步进送料；（2）折弯机上模根据工控机的操作界面的参数设定，由主控制器发出指令，将折弯机上模的中间摸头伸出，折弯机下模移动至中间位置，步进伺服后送料将折弯加工板材推送在设定位置后，主控制器发出折弯指令；（3）折弯加工完成，开始下一工步的送料加工，以此类推，直至工件折弯成形加工完成；（4）折弯加工板材折弯成形加工完成后，由电磁吸盘出料系统将工件运出。

重型板材高效加工成形单元智能控制系统加工异形工件折弯成形时的加工方法如下：（1）电磁吸盘上料系统根据主控制器发出的上料指令，将折弯加工板材运送至智能升降前托料托板位置处，由步进伺服前送料将折弯加工板材推送到折弯机下模的中心线位置，步进伺服后送料开始步进送料；（2）折弯机上模根据工控机的操作界面的参数设定，由主控制器发出指令，将折弯机上模的中间摸头缩回，折弯机下模移动至前端或后端位置，折弯加工板材变形时，前后托料自动判断避让位置，并运行至智能升降前托料避让位置或只能升降后托料避让位置，主控制器发出折弯指令；（3）折弯加工完成，开始下一工步的送料加工，以此类推，直至工件折弯成形加工完成；（4）折弯加工板材折弯成形加工完成后，由电磁吸盘出料系统将工件运出。

成型机主机系统以荷兰DELEM折弯机专用数控系统DA66T为主控制器，吸盘上、下料，步进伺服送料、智能避让升降托料、模具变换等辅助系统以德国西门子S7-1500系列带有PROFINET网络接口的PLC为主控制器，通过以太网交换机实现PLC与各辅助单元和用户上位系统之间的网络通讯和协同运动；本发明中控制系统所使用主要软件有：控制系统编程软件TIA Portal V15.1，吸盘自动上下料、智能避让随动托料系统G120变频器定位功能调试软件StartDrive V15.1，整机工控机操作监控及加工参数输入界面编程软件WinCC V7.5SP1，步进伺服送料系统调试软件LTI DriveManager 5.10.3。

本发明提供了一种广泛适用于重型板材成形单元的集成式智能控制系统，该系统采用网络化模块式结构，通PROFINET总线将自动上料、自动出料、步进伺服送料、智能避让托料系统等辅助单元控制模块无缝集成，实现各功能部件之间的协同运动，形成一个完整的网络化智能控制系统，强大的网络功能可实现设备的远程故障诊断和预警功能，随时了解设备运行状态，实现设备远程运维，有效保障设备稳定运行的同时最大限度缩短故障时间。

该控制系统的实现的主要功能和效果如下：

1、通过工业以太网实现了设备的远程故障诊断和预警功能，实现了设备的远程运维，有效保障了设备的运行效率；

2、通过基于工业以太网的PROFINET总线实现了主、辅机控制系统的无缝集成，实现了主、辅机控制单元之间的协同运行，实现了从板材上料到成品工件出料的全自动智能化生产过程。有效提高了设备加工效率，大幅减小了工件废品率，消除了人员安全隐患；

3、智能避让托料系统可根据板材折弯变形自动计算托料装置升降位置，在成型机主机折弯夹紧点时自动避让，有效解决了异形工件折弯过程中工件和托料装置干涉的加工难题；

4、自动换模系统根据折弯工艺自动改变模具形状和位置，有效节省了主机换模时间，提高了设备加工效率和自动化程度；

5、加工参数设定采用西门子wincc V7.5的用户归档功能，可对加工参数进行保存和预设定，在每次折弯成形前自动判断托料避让位置、折弯模具类型、上下料位置、折弯结束信号等加工参数，并将加工数据写入到PLC中，实现全自动智能生产过程；

6、自动运行程序采用顺序控制功能（GRAPH）块编写，更直观的体现了设备运行流程，简化了控制程序，自动程序满足条件自动转换下一流程的功能减少了设备误动作，有效保证设备的可靠运行的同时，也减少因设备误动作而产生的安全隐患和工件废品率；

7、本发明运行稳定可靠、自动化、智能化程度及加工效率高，控制理念先进，可实习设备的远程运维和生产任务分配，对重型卡车智能制造业有着重大意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明常规工件折弯成形加工示意图；

图3为本发明异形工件折弯成形前托料避让加工示意图；

图4为本发明异形工件折弯成形后托料避让加工示意图。

其中，1．步进伺服前送料；2．智能升降前托料托板位置；3．折弯加工板材；4．折弯机上模；5．折弯机下模；6．智能升降后托料托板位置；7．步进伺服后送料；8．智能升降前托料避让位置；9. 智能升降后托料避让位置；10.工业以太网；11.PROFINET现场总线；12.远程运维系统；13.工业交换机； 14.MES管理系统；15. 工控机；16.主控制器；17.DA66T折弯机数控系统；18.电磁盘上料系统；19.电磁吸盘出料系统；20.伺服步进送料控制系统；21.智能避让托料控制系统；22.气动辅助控制系统；23.液压辅助控制系统；24.传感器检测控制系统。

具体实施方式

实施例1

如图1-4所示，重型板材高效加工成形单元智能控制系统包括依次连接的工控机15、主控制器16和折弯机控制系统（DA66T折弯机数控系统）17；主控制器16上连接有工业交换机13，工业交换机13上分别连接有远程运维系统12和MES管理系统14；主控制器16上分别连接有上料控制系统（又称电磁吸盘上料系统）18、气动辅助控制系统22、出料控制系统（又称电磁吸盘出料系统）19、液压辅助控制系统23、伺服步进送料控制系统20、传感器检测控制系统24和智能避让托料控制系统21；主控制器16通过PROFINET现场总成11与各部件相连，主控制器16通过数字量信号与折弯机控制系统17进行信号交换，主控制器16通过工业以太网10连接工业交换机13，工业交换机13通过工业以太网10连接MES管理系统14和远程运维系统12。

主控制器16通过PROFINET现场总线11与工控机15、电磁吸盘上料系统18、电磁吸盘出料系统19、伺服步进送料控制系统20、智能避让托料控制系统21、气动辅助控制系统22、液压辅助控制系统23、传感器检测控制系统24相连，与DA66T折弯机数控系统17通过数字量信号进行信号交换，主控制器16通过工业以太网10连接工业交换机13，再由工业交换机13通过工业以太网10连接到MES管理系统14和远程运维系统12，这样，就形成了一个完整的系统硬件网络。

本发明中，辅助单元都采用单独的模块化结构，由主控制器16完成各辅助单元的协同运动，所有运动部件和传感器数据都由主控制器16完成数据运算和指令发送，电磁吸盘上料系统18完成折弯加工板材3原材料的自动上料，电磁吸盘出料系统19完成折弯加工板材3成品的自动出料，伺服步进送料控制系统20完成折弯加工板材3加工过程中的自动送料，智能避让托料控制系统21完成折弯加工板材3加工过程中托料装置的自动避让，气动辅助控制系统22和液压辅助控制系统23完成折弯机上模4和折弯机下模5的位置变换等辅助动作，传感器检测控制系统24完成各部件的运行速度、位置、状态等信息，并将其反馈至主控制器16中，主控制器16根据反馈信息发送控制指令，工控机15通过安装的wincc软件实现设备状态、信息的监控、基本操作和参数设定，工业交换机13完成了主控器16和远程运维系统12和用户MES管理系统的网络连接，实现了设备状态信息、故障预警及生产任务的远程操控。

实施例2

如图1-2所示，常规工件折弯成形加工方法，加工此类工件时，电磁吸盘上料系统18根据主控制器16发出的上料指令，将折弯加工板材3运送至智能升降前托料托板位置2处，由步进伺服前送料1将折弯加工板材3推送到折弯机下模5的中心线位置，步进伺服后送料7开始步进送料，此时，折弯机上模4根据工控机15的操作界面的参数设定，由主控制器16发出指令，将折弯机上模4的中间摸头伸出，折弯机下模5移动至中间位置，步进伺服后送料7将折弯加工板材3推送在设定位置后，主控制器16发出折弯指令，折弯加工完成开始下一工步的送料加工，以此类推，直至工件折弯成形加工完成。折弯加工板材3折弯成形加工完成后，由电磁吸盘出料系统19将工件运出，整个加工过程无需人工干预，实现了常规工件折弯成形的高效加工。

实施例3

如图1、图3-4所示，异形工件折弯成形加工方法，此类工件进行折弯加工时，其电磁吸盘上料系统18、步进伺服前送料1、电磁吸盘出料系统19、步进伺服前送料7动作流程与常规工件折弯成形加工基本一致，折弯机上模4根据工控机15的操作界面的参数设定，由主控制器16发出指令，将折弯机上模4的中间摸头缩回，折弯机下模5移动至前段或后端位置，折弯加工板材3变形时，前后托料回自动判断避让位置，并运行至智能升降前托料避让位置8或智能升降前托料避让位置9的位置，这样能够有效解决了因折弯加工板材3的加工工艺而产生的干涉和模具变换等难题，实现了托料装置和模具的自动智能变换，保证了设备的高效生产。