一种基于EtherCAT的精密灌封胶机控制系统的制作方法

一种基于ethercat的精密灌封胶机控制系统
技术领域
1.本实用新型涉及灌封胶机技术领域，尤其涉及一种基于ethercat的精密灌封胶机控制系统。


背景技术：

2.灌封胶机广泛应用于电子、电气、光电、新能源等产业的灌封胶生产过程中，以解决产品对密封、绝缘、防水、防震的技术要求。目前灌封胶机的控制系统主要使用脉冲型运动控制卡以及plc控制模块，此种控制系统接线复杂，给生产以及后期维护均造成了极大不便。随着灌封胶机设备功能的增多，结构越来越复杂，直接导致电机在设备上的使用数量越来越多，脉冲控制卡等控制系统能够控制的电机数已不能满足工艺发展的需求。还有，现有的伺服驱动器大多还是基于具有串行通信方式特征的总线，如modbus、canopen、profibus
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dp、motionnet等，但受其通讯速率的限制，很难同时满足灌封胶机设备对控制速度与同步性的要求。
3.随着自动化通讯控制技术的不断的发展，德国beckhoff研发了一种实时以太网技术ethercat，用mac(主从模式介质访问机制)控制方式；逻辑环结构使得主站可判断从站的实时性，并得出具体时间偏移值；分布时钟技术可根据时间偏移值进行修正和补偿，达到设备间的高精度同步性。因此，在灌封胶机设备领域，通过ethercat通讯技术使传统的伺服控制技术与软plc控制技术相结合的技术方案已经逐步成为提高控制速度和精度的主流趋势。由此可见，在灌封胶机技术领域有必要研发一种基于ethercat的精密灌封胶机控制系统是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.为了克服上述技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种基于ethercat的精密灌封胶机控制系统，以解决上述背景技术中所提出的问题。
5.本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是：
6.本实用新型控制系统包括一个工业pc主站、一组ethercat耦合器i/o模块和多个从站，所述从站包括ac1、ac2供胶从站、ac3、ac4、ac5传动从站和ac6出胶从站，每个从站经由ethercat接口连接所述工业pc主站或其他从站，并且每个从站均对应地布置有控制接口；
7.其中，所述ac1、ac2供胶从站、ac3、ac4、ac5传动从站和ac6出胶从站的控制接口分别连接有各自所对应的电机，其控制接口被配置为能够接收用于表征各自所对应的站内传输的数据的控制信号，并根据所述各自控制信号驱动及控制所对应连接的电机。
8.所述工业pc主站采用一台c6640工业pc作为ethercat总线网路主站的主控制平台，所述工业pc连接有一台sg150
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bgcm触摸屏显示器。
9.所述ethercat耦合器i/o模块包括一个ek1100 ethercat总线耦合器、及与其依次连接的pnp8点输入模块、npn8点输入模块、8点输出模块、模拟量输入模块、温度输入模块、
手操器输入模块、手操器输出模块。
10.所述pnp8点输入模块采用2个el1088 8通道数字量输入端子模块连接有x\y\z轴的正\负\零限位、大桶搅拌限位\过载、清洗水泵过载、搅拌器电机过载、急停报警；
11.所述npn8点输入模块采用1个el1008 8通道数字量输入端子模块连接有液位监控单元、操作按钮。
12.所述8点输出模块采用2个el2008 8通道数字量输出端子模块连接有电磁阀、a胶\b胶加热、z轴刹车、清洗水泵、搅拌器、大桶搅拌、指示灯。
13.所述模拟量输入模块采用1个el3054 4通道模拟量输入端子模块连接有压力监控单元；所述温度输入模块采用1个el3204 4通道模拟量输入端子模块连接有温度监控单元。
14.所述手操器输入模块采用3个el1008 8通道数字量输入端子模块连接有手操器输出端；
15.所述手操器输出模块采用2个el2008 8通道数字量输出端子模块连接有手操器输入端。
16.所述ac1供胶从站采用1个具有ethercat通讯模块的埃斯顿proect
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ecd伺服驱动器作为供胶单元的ac1计量泵a驱动器，所述ac1计量泵a驱动器连接有计量泵a电机；
17.所述ac2供胶从站采用1个具有ethercat通讯模块的埃斯顿proect
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ecd伺服驱动器作为供胶单元的ac2计量泵b驱动器，所述ac2计量泵b驱动器连接有计量泵b电机。
18.所述ac3传动从站采用1个具有ethercat通讯模块的埃斯顿proect
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ecd伺服驱动器作为传动单元的ac3x轴驱动器，所述ac3 x轴驱动器连接有x轴电机；
19.所述ac4传动从站采用1个具有ethercat通讯模块的埃斯顿proect
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ecd伺服驱动器作为传动单元的ac4y轴驱动器，所述ac4 y轴驱动器连接有y轴电机；
20.所述ac5传动从站采用1个具有ethercat通讯模块的埃斯顿proect
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ecd伺服驱动器作为传动单元的ac5 z轴驱动器，所述ac5 z轴驱动器连接有z轴电机。
21.所述ac6出胶从站采用1个具有ethercat通讯模块的埃斯顿proect
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ecd伺服驱动器作为出胶单元的ac6混合头驱动器，所述ac6混合头驱动器连接有混合头电机。
22.本实用新型的有益效果是：
23.1、采用ethercat总线使得通讯速度更快、简化了系统硬件结构、降低了系统成本、增强了系统扩展能力，使得系统信息传递效率高，误差率低，实现对灌封胶机的精密控制，提高灌封胶质量；
24.2、ethercat总线还具有灵活的拓扑结构和精确的时钟同步性能，可大大简化控制系统的外部接线，缩短整个系统调试时间，使其在可靠性、抗干扰性、通用性、时效性等方面都有显著提高；
25.3、ethercat总线可以使控制系统拥有良好的实时性，其高实时响应、一网到底的系统架构设计大幅提高了灌封胶机的工作效率，降低了设备的生产成本，凭借其控制精度高、通信距离远、传输数据量大等特点可用于各种自动化控制装置的控制需求。
附图说明
26.图1是本实用新型控制系统控制架构示意图；
27.图2是本实用新型控制系统硬件通讯连接结构示意图；
28.图3是本实用新型主电路连接结构示意图。
具体实施方式
29.结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。
30.如图1所示为本实用新型控制系统架构示意图，所述控制系统包括一个工业pc主站、一个ethercat耦合器i/o模块和多个从站，所述从站包括ac1、ac2供胶从站、ac3、ac4、ac5传动从站和ac6出胶从站，每个从站经由ethercat接口连接所述工业pc主站或其他从站，并且每个从站均对应地布置有控制接口；其中，所述ac1、ac2供胶从站、ac3、ac4、ac5传动从站和ac6出胶从站的控制接口分别连接有各自所对应的电机，其控制接口被设置为能够接收用于各自所对应的表征其站内数据传输的控制信号，并根据所述各自控制信号驱动及控制各自所对应连接的电机。
31.所述工业pc主站采用一台c6640工业pc作为ethercat总线网路主站的主控制平台，用于系统总体调度和人机交互，所述工业pc连接有一台sg150
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bgcm触摸屏显示器，用于系统人机交互界面显示，系统电源采用的是24v dc电源模块，也可选择配备集成式不间断电源(ups)为其工业pc和触摸屏显示器供电，电池组可以从外部进行连接，安装在靠近pc的din导轨上。
32.所述ethercat耦合器i/o模块包括一个ek1100 ethercat总线耦合器、及与其依次连接的pnp8点输入模块、npn8点输入模块、8点输出模块、模拟量输入模块、温度输入模块、手操器输入模块、手操器输出模块；所述ethercat总线耦合器ek1100配置两个以太网接口，第一个用于连接工业pc，第二个用于连接网路上其它ethercat从站设备，并由ethercat总线耦合器提供直流24v电源为其pnp8点输入模块、npn8点输入模块、8点输出模块、模拟量输入模块、温度输入模块、手操器输入模块、手操器输出模块供电。
33.所述pnp8点输入模块采用2个el1088 8通道数字量输入端子模块连接有x\y\z轴的正\负\零限位、大桶搅拌限位\过载、清洗水泵过载、搅拌器电机过载、急停报警，用于x\y\z轴的正\负\零限位、以及大桶搅拌限位\过载、以及清洗水泵过载、以及搅拌器电机过载、急停报警的数字量信号输入；
34.所述npn8点输入模块采用1个el1008 8通道数字量输入端子模块连接有液位监控单元、操作按钮，用于供胶单元a胶\b胶下液位的监控、以及灌封胶启\停、水清洗、空气喷射、主气源压力的操作按钮启\停的数字量信号输入；
35.所述8点输出模块采用2个el2008 8通道数字量输出端子模块连接有电磁阀、a胶\b胶加热、z轴刹车、清洗水泵、搅拌器、大桶搅拌、指示灯，用于传动单元z轴刹车、以及供胶单元a胶\b胶加热、以及供料阀\泄流阀\喷嘴锁紧\水清洗阀\空气喷射阀的电磁阀、以及清洗水泵\搅拌器\大桶搅拌、以及编辑灯\工作指示灯\停止指示灯\清洗指示灯\空气指示灯的数字量信号输出；
36.所述模拟量输入模块采用1个el3054 4通道模拟量输入端子模块连接有压力监控单元，用于供胶单元a胶\b胶计量泵压力监控的模拟量信号输入；
37.所述温度输入模块采用1个el3204 4通道模拟量输入端子模块连接有温度监控单
元，用于供胶单元a胶\b胶温度监控、以及出胶装置混合头温度监控的模拟量信号输入；
38.所述手操器输入模块采用3个el1008 8通道数字量输入端子模块连接有手操器输出端，用于混合器\供料阀\计量泵\喷嘴\回零\调试\定位\进给\连续点动\点动10mm\点动1mm\点动0.1mm\记录xy\记录z\x+x
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\y+y
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\z+z
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\圆\圆弧\删除\暂停的手操器数字量信号输入；
39.所述手操器输出模块采用2个el2008 8通道数字量输出端子模块连接有手操器输入端，用于混合器灯\供料阀灯\计量泵灯\喷嘴灯\回零灯\调试灯\定位灯\进给灯\连续点动灯\点动10mm灯\点动1mm灯\点动0.1mm灯\圆灯\圆弧灯\删除灯的手操器数字量信号输出，还用于供胶单元a胶加料阀的数字量信号输出。
40.所述ac1供胶从站采用1个具有ethercat通讯模块的埃斯顿proect
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08aeg
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ecd伺服驱动器作为供胶单元的ac1计量泵a驱动器，所述ac1计量泵a驱动器连接有计量泵a电机。
41.所述ac2供胶从站采用1个具有ethercat通讯模块的埃斯顿proect
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08aeg
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ecd伺服驱动器作为供胶单元的ac2计量泵b驱动器，所述ac2计量泵b驱动器连接有计量泵b电机。
42.所述ac3传动从站采用1个具有ethercat通讯模块的埃斯顿proect
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ecd伺服驱动器作为传动单元的ac3 x轴驱动器，所述ac3 x轴驱动器连接有x轴电机。
43.所述ac4传动从站采用1个具有ethercat通讯模块的埃斯顿proect
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ecd伺服驱动器作为传动单元的ac4 y轴驱动器，所述ac4 y轴驱动器连接有y轴电机。
44.所述ac5传动从站采用1个具有ethercat通讯模块的埃斯顿proect
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ecd伺服驱动器作为传动单元的ac5 z轴驱动器，所述ac5 z轴驱动器连接有z轴电机。
45.所述ac6出胶从站采用1个具有ethercat通讯模块的埃斯顿proect
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ecd伺服驱动器作为出胶单元的ac6混合头驱动器，所述ac6混合头驱动器连接有混合头电机。
46.如图2所示为本实用新型控制系统硬件通讯连接结构示意图，本实用新型控制系统在硬件拓扑上采用“一网到底”的方式，所述ethercat总线耦合器对上接工业pc，对下依次串联输入输出模块、通讯模块以及ac1
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ac6伺服驱动器；在ethercat拓扑结构中，所述工业pc主站以全双工模式发出报文，各ac1、ac2供胶从站、ac3、ac4、ac5传动从站和ac6出胶从站根据自己在拓扑路径上的位置顺序移位读写数据帧，在报文经过从站时，从站从报文中提取发给自己的输出命令数据并将其存储到内部存储区，输入数据从内部存储区被写到相应的子报文中。所述工业pc与触摸屏显示器够成一个完整操作控制单元，其中工业pc搭载twincat自动化开发平台，使用网络接口卡nic作为主站通讯接口，并且工业pc通过编程，再发送指令给ac1
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ac6伺服控制器，各伺服控制器控制所对应的电机运动，并通过编码器反馈进行闭环控制。
47.如图3所示为本实用新型主电路连接结构示意图，包括清洗水泵、搅拌器、大桶搅拌、计量泵a、计量泵b、x轴电机、y轴电机、z轴电机、混合头电机、a胶加热、b胶加热、供电电源等部件的电路连接。
48.进一步的，本实用新型控制系统采用一主多从的网络拓扑架构，一个主站(工业pc主站)通过rj45网线线性连接多个从站，每个从站(ac1
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ac6伺服控制器)控制一个伺服电机。其工作原理为：工业pc用于运行上位机软件，提供人机交互界面，构建的嵌入式ethercat实时工业pc主站作为系统主站模块，使用支持ethercat协议通信的埃斯顿proect
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ecd伺服驱动器作为从站模块。系统采用周期性过程数据通信模式。主站设
置为dc模式，dc模式下主站本地时间以及所有从站设备的本地时钟时间均同步于参考时钟时间，保证了总线上各个设备的时间一致性。从站设置为同步于分布时钟同步信号(sync)模式，主站运行周期与从站sync信号周期相等。设置伺服电机运行模式为周期性同步位置(csp)运行模式。工业pc主站将输入位置控制数据进行预处理，工业pc主站的主站位置插补模块计算出的各个伺服电机的目标位置控制数据，主站协议栈负责将目标位置控制数据按照ethercat协议打包成ethercat报文形式，通过ethercat总线网络发送给各个从站(ac1
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ac6伺服控制器)，ac1
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ac6伺服控制器对ethercat报文数据进行解析，将位置控制指令发送给伺服电机，驱动伺服电机运动到目标位置。
49.还有，本实用新型提及的清洗水泵、搅拌器、大桶搅拌、a胶加热、b胶加热等均为本领域现有技术，本实用新型未做介绍。
50.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。