电动多轴螺母拧紧机控制系统设计

　　1引言

　　目前，国内许多厂家生产的电动多轴螺母拧紧机，其拧紧精度往往达不到生产要求，或性能不稳定。其主要原因是，多数采用工业控制计算机加各种板卡组成控制核心，或采用可编程序控制器(PLC)控制，但由于这两种方法微机或PLC响应速度慢，势必影响拧紧精度。该系统采用分布式结构，自行开发以89C51为核心的上位协调单元及单轴控制单元，在拧紧过程中每个单元独立工作，以保证快速响应。上位单元根据工艺要求协调轴间拧紧步骤，同时采用串行通信与管理计算机交换信息，既保证了拧紧精度，又具有计算机监控及数据管理功能。

　　2系统构成及工作原理

　　电动多轴螺母拧紧机控制系统的构成如图1所示(以十轴系统为例)。

　　图1拧紧机控制系统构成图

　　管理计算机设置拧紧的工艺参数(如拧紧的转角起始扭矩、转角值、扭矩值及要求的误差范围等)及系统内部参数(如系统每个拧紧过程使用的速度、各种保护参数、数据传输的间隔等);班组的作业管理，接收协调单元传送的各轴拧紧过程及拧紧结果并存入数据库中，具有拧紧结果的查找及打印功能;接收协调单元传送的指定轴拧紧过程曲线并实时显示，有价值的曲线可根据要求存入硬盘，可随时调出显示或打印，曲线反映的扭矩上升下降过程及屈服点的情况，可用于分析被拧紧件的材料和加工情况;管理计算机还配备了质量分析软件，根据存储的拧紧结果计算出某年、月、日或班的拧紧质量分布图直方图，根据存储的拧紧结果及工艺要求和设定的采样分组值，采用正态分布算法计算出拧紧质量趋势图及UCL、LCL、Cp、Cpk等分析值，曲线可显示及打印，用于指导生产，避免残次品的出现。

　　协调单元带有非易失RAM存储系统的工艺参数和内部参数，其本身带有LED灯及数码管和小键盘，用于显示和修改这些参数。系统上电或参数变化时，将参数通过总线写入每个控制单元中;协调单元具有数字输入，用于接收自动拧紧信号和多轴拧紧信号输入，在条件满足的情况下，通过总线向控制单元发出拧紧指令;协调单元循环扫描各控制单元的状态，当各单元状态发生变化时，通过串行口向管理计算机传送此轴的状态，自动拧紧过程结束时，显示本次拧紧是否成功及本班作业统计数;自动拧紧过程中监视各轴的状态，全部达到转角扭矩时发出同步转角拧紧指令;根据参数设定，在自动拧紧过程中定时读取指定轴的拧紧动态扭矩和角度值，通过串行口传送给管理计算机。

　　控制单元内设一片8155，用于存储参数和动态值，协调单元可通过总线进行读写8155的RAM;当拧紧状态发生变化时，协调单元将当前的状态、扭矩及角度写入RAM中，使协调单元及时读到;控制单元带有LED灯及数码管，两排数码分别显示当前扭矩和角度，拧紧结束时显示本次拧紧结果，LED灯用于显示电源、正转、反转及拧紧结果的扭矩高、成功、扭矩低;控制单元的数字输入用于接收单轴的正反转拧紧信号，模拟量输入用于接收单轴的检测单元处理的扭矩输入，光耦输入可接收伺服单元分频处理的角度脉冲信号用于计算转角，数字输出及模拟量输出用于输出信号给伺服单元来控制伺服电机，以完成拧紧过程。