一种超大型扭矩标准机智能控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种计量技术，特别涉及一种超大型扭矩标准机智能控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]超大型刀口式扭矩标准机装置是一种高精度超大量程段扭矩计量设备，其结构主要由标准力臂机构、标准力臂刀口支撑机构、标准力臂微顶升机构、标准力臂锁紧机构、左、右侧的上下部砝码组、力臂平衡拉杆机构、力臂平衡移动机构、安装工作台机构、床身基座等组成。装置的结构非常庞大，但作为一台高精度计量检测设备，它的机械结构设计又非常的精密，其电控系统更是复杂。各机械运动部件对定位控制和同步控制都有极高的精度要求。
[0003]1、超大型扭矩标准机装置的标准力臂采用高精度的刀口式支撑机构，标准力臂重量约5?6吨，为保护刀具刀刃，延长其使用寿命，如何在抬升力臂横梁，减小刀具刀刃受力的同时，控制刀具偏移量在0.1mm以内，同时又要保证力臂横梁升降前后始终保持初始装配位置，是相当困难的技术问题，因此，需要一种微顶升控制技术用于解决上述问题。
[0004]2、超大型扭矩标准机装置是一种高精度扭矩计量设备，由于在安装大型被校扭矩传感器时装置必须设有标准力臂锁紧机构保护装置。但将标准力臂位移量约束在一个很小的范围内，同时能保证不对刀具添加额外约束力，是相当困难的技术问题，因此，需要一种微锁紧技术用于解决上述问题。
[0005]3、超大型扭矩标准机装置所得精准扭矩值来源于标准力臂长度与标准砝码重量乘积。超大型刀口式扭矩标准机的设计量程分段多且量程极大，所需要的砝码数量与砝码体积、高度等均远远超出了常规扭矩标准机的砝码组设计，如何安全可靠的实现超大型扭矩标准机的砝码组自动加载加载，是一项技术难题。因此，需要一种全自动砝码加卸载控制技术用于解决上述问题。
[0006]4、超大型扭矩标准机装置力臂平衡机构和标准力臂之间可串联不同规格的被测扭矩传感器，由于不同的被检扭矩传感器的长度尺寸不尽相同，因此，整个平衡机构必须具有沿主机座直线移动功能。但整个平衡机构移动系统包括中力臂平衡支座与左、右力臂平衡机构三个移动机构，需要一种超大型扭矩标准机平衡机构同步移动控制系统可实现平衡机构的三轴同步移动功能，因此，需要一种三轴同步移动控制系统用于解决上述问题。
[0007]5、超大型扭矩标准机装置是一种高精度扭矩计量设备，使用时，标准砝码挂在标准力臂上，同时将标准力臂调整到水平位置，砝码受重力影响自然下垂，如此砝码的质量与力臂的长度乘积形成一个标准扭矩值，施加于被测传感器上，可对被测扭矩传感器进行计量。因而标准力臂的调平对于超大型刀口式扭矩标准机相当重要，影响到其计量精度。为此，需要一种独特的平衡力臂拉杆联动升降控制系统有效的解决超大扭矩标准力臂平衡调节问题。
[0008]6、超大型扭矩标准机装置是一种高精度超大量程段扭矩计量设备，装置的结构非常庞大，但作为一台高精度计量检测装置，智能管理系统需要使装置达到具有手动调整、单点测试模式、标准量程模式；在标准量程模式下全自动加/卸载、全自动精密平衡恢复调节等各项操作功能，同时结合软件技术，实现测试数据的自动通讯采集和处理功能，完成自动制表，打印和存储等辅助功能。
【发明内容】
[0009]本发明是针对现在超大型刀口式扭矩标准装置存在控制管理的问题，提出了一种超大型扭矩标准机智能控制系统及方法，将上述诸多功能整合一体，是一套能同时满足装置运行状态监测、系统保护以及安全操作等功能的智能控制系统。
[0010]本发明的技术方案为:一种超大型扭矩标准机智能控制系统，包括上位机人机界面、触摸屏、Q系列控制器系统、标准力臂系统、左右侧上下部砝码组系统、力臂平衡移动系统、力臂平衡拉杆系统、安装工作台系统，标准力臂系统内包括左微顶升机构、右微顶升机构、左锁紧机构、右锁紧机构、主刀位置监测机构；左右侧上下部砝码组系统内包括左上砝码组升降机构、左下砝码组升降机构、右上砝码组升降机构、右下砝码组升降机构；力臂平衡移动系统内包括左力臂平衡移动机构、中支承平衡移动机构、右力臂平衡移动机构；力臂平衡拉杆系统内包括左力臂平衡拉杆机构、右力臂平衡拉杆机构；安装工作台系统内包括安装工作台和左右、前后、上下、旋转机构，所有执行机构安装于超大型刀口式扭矩标准机装置中，所有控制系统及伺服控制器安装于机旁控制柜中及机旁控制盒中，力传感器信号、位移传感器信号、角度编砝器信号、限位开关信号通过各个系统的I/o接线盒及硬线将现场信号送入Q系列控制器系统，Q系列控制器系统中的Q系列可编程控制器与Q系列运动控制器通过Q系列PLC高速系统总线通讯，Q系列运动控制器通过SSCNET III光纤网络与执行机构的伺服控制器通迅，Q系列可编程控制器与人机界面间、触摸屏通过串行RS-485通迅。
[0011]所述超大型扭矩标准机智能控制系统的控制方法，系统控制模式分手动调整模式、单点测试模式、标准量程模式，手动调整方式优先级最高，标准量程模式优先级最低；
I )、手动调整模式下单独调整系统中各个机构的运动，分为手动方式和手脉方式，
手动方式:按钮给出指令，除了主梁顶升和夹紧采用自保方式以外，全部是点动方式，手动移动速度根据设定分为低速、中速和高速；
手脉方式:使用脉冲发生器手柄，进行力臂平衡移动系统的左、中支承、右机构的水平移动和安装工作台的前后、左右、上下移动，速度选择高速、中速或低速；
2)单点测试模式:任选内、外砝码的加载数量，进行一次性的加载、卸载、主梁调平操作，Q系列可编程控制器接收上位机人机界面的启动、急停、数据记录、主梁平衡操作指令，上位机通过串行通迅与可编程控制器通讯模块通信，运动控制器通过SSCNET III光纤网络传输控制指令到伺服控制器；
3)标准量程模式:选择的测试量程，每个量程均分10点，每个测试点可自由选择，按“预加载”、“预卸载”、“测试加载”、“测试卸载”的顺序依次完成整个测试过程并自动记录已选择测试点的数据，可编程控制器根据标准量程模式选择量程和测试点，进行自动分配砝码组合；运动控制器通过SSCNET III光纤通信控制伺服控制器执行组合指令，并实时反馈各机构的状态信息、故障报警及紧急停机。
[0012]所述手动调整模式下，Q系列可编程控制器实时采集测试机构的传感器和限位开关信号，Q系列可编程控制器结合操作者动作信号进行逻辑判断，并将判断可操作结果罗列显示在触摸屏上，每条可操作结果作为一个使能按钮，在操作者确认使能按钮后释放手动操作按钮。
[0013]本发明的有益效果在于:本发明超大型扭矩标准机智能控制系统及方法，用于实现和满足装置运行状态监测、系统保护以及安全操作等功能一体化智能管理的需求。
【附图说明】
[0014]图1为本发明超大型扭矩标准机智能控制系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]如图1为超大型扭矩标准机智能控制系统结构示意图，超大型扭矩标准机控制系统由上位机人机界面、触摸屏、Q系列控制器系统、标准力臂系统、左右侧上下部砝码组系统、力臂平衡移动系统、力臂平衡拉杆系统、安装工作台系统等组成。Q系列控制器系统包括Q系列可编程控制器、Q系列运动控制器、I/O模块、AD模块和通迅模块等；标准力臂系统内包括左微顶升机构、右微顶升机构、左锁紧机构、右锁紧机构、主刀位置监测机构；左右侧上下部砝码组系统内包括左上砝码组升降机构、左下砝码组升降机构、右上砝码组升降机构、右下砝码组升降机构；力臂平衡移动系统内包括左力臂平衡移动机构、中支承平衡移动机构、右力臂平衡移动机构；力臂平衡拉杆系统内包括左力臂平衡拉杆机构、右力臂平衡拉杆机构；安装工作台系统内包括安装工作台和左右、前后、上下、旋转机构。
[0016]超大型扭矩标准机智能控制系统所有执行机构安装于超大型刀口式扭矩标准机装置中，所有控制系统及伺服控制器安装于机旁控制柜中及机旁控制盒中。
[0017]超大型扭矩标准机控制系统中，力传感器信号、位移传感器信号、角度编砝器信号、限位开关信号通过各个系统的I/o接线盒及硬线将现场信号送入Q系列控制器系统的；Q系列控制器系统包括Q系列可编程控制器模块、Q系列运动控制器模块、I/O模块、AD模块、通迅模块、定位模块等，各模块之间通过Q系列PLC高速系统总线通讯。可编程控制器通过串行通迅接收上位机人机界面及触摸屏发出的控制指令，进行逻辑运算处理后，输出控制信息至Q系列运动控制器及I/O模块；Q系列运动控制器通过SSCNET III光纤网络向各系统中执行机构的伺服控制器发出控制指令，执行机构的伺服电机运转，伺服电机编码器及现场各类限位传感器反馈执行机构的现场信号给伺服控制器及I/O模块；各系统中执行机构的伺服控制器通过SSCNET III光纤网络将伺服控制器的信息送入Q系列运动控制器，运动控制器对各轴的数据进行分析处理，并同时通过Q系列PLC高速系统总线通讯将信息送入Q系列可编程控制器，可编程控制器进行逻辑运算处理，并输出控制信息至Q系列运动控制器及I/O模块，同时通过串行通迅将信息发送至上位机人机界面及触摸屏进行显示。
[0018]管理方法:
1、控制方式切换:通过超大型扭矩标准机控制系统人机界面上的控制模式切换手动调整、单点测试模式、标准量程模式。手动调整方式优先级最高，标准量程模式优先级最低；1)、手动调整模式下仅可实现“各轴原点返回”、“砝码手动调整”和“主梁夹紧操作”三种操作，适用于单独调整各个机构的运动，以便在意外状态下系统恢复检测前的起始状态，不作为正常测试使用，所有控制指令由上位机人机界面、机旁控制触摸屏发出；手动调整模式下分为手动方式和手脉方式。
[0019]手动方式:全部由按钮进行，除主梁顶升和夹紧采用自保方式，其它全部采用点动方式，手动移动速度分为低速、中速和高速，可以在上位机上设定。
[0020]手脉方式:使用脉冲发生器手柄，进行力臂平衡移动系统的左、中支承、右机构的水平移动和安装工作台的前后、左右、上下移动。其中，速度选择高速、中速或低速时，发生器