一种摆锤冲击试验机控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种摆锤冲击试验机控制系统，包括试验机、控制器和变频驱动装置，变频驱动装置上连接有驱动电机和速度检测装置，控制器连接至工业以太网交换机，工业以太网交换机上分别连接远程操作计算机和现场操作面板，控制器上连接有位置检测装置；还公开了其控制方法，步骤为：a）预设冲击能量值；b）自动计算目标提升位置值；c）对提升的摆锤进行定位控制；d）对驱动电机进行速度控制；e）对驱动电机进行转矩控制；f）对变频驱动装置进行电流控制；g）将电流输出至驱动电机。本发明专利技术只需要通过现场操作面板简单的输入一个数据，即可对提升机构进行全自动精确定位，整个过程无需人工干预。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于自动化
，涉及冲击机试验平台的机械控制系统，尤其涉及一种摆锤冲击试验机控制系统，及其控制方法。
技术介绍
水平式冲击试验机是对金属材料在动负荷下抵抗冲击的性能进行检验的仪器，广泛应用于冶金、机械制造等单位。也是科研单位进行新材料研究不可缺少的测试仪器。水平式冲击机试验机工作原理：冲击试验机是以摆锤所具有的势能，一次落锤冲击试样。摆锤为冲击机的冲击机构，其作用是对受试材料进行打击，是冲击试验平台的重要组成部分。摆锤是以冲击试验机摆轴为中心，在处于一定的提升高度时释放冲击机构，以一定速度冲击试样，因为不同的冲击速度得到结果不一样。只有冲击试样时的冲击能量完全被试样吸收，而不被其它部分吸收，这样冲击试验数据才准确可靠。现有的冲击机控制系统仅通过简单控制来实现摆锤的定位，最终位置的确定及校验方法主要靠肉眼观察和人工测量为主。由于空气中有阻力，减速机的积累误差，实际位置与仪表显示位置误差比较大，控制效果不甚理想。而依靠人眼观察位置是否正确来进行手动操作，无法实现自动控制，相应时间慢，精度更加无法保证，需要多次调节才能得到合适的位置，影响试验结果。因此如何解决摆臂定位不准确，相应时间慢，是本领域技术人员需要解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的之一是提供一种水平式冲击试验机控制系统，用于提高控制的相应时间和定位精度，以解决现有技术的局限性，提高冲击试验平台的精确性和可靠性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种摆锤冲击试验机控制系统，包括试验机、控制器和连接控制器的变频驱动装置，所述的变频驱动装置上连接有驱动电机和速度检测装置，所述的控制器连接至工业以太网交换机，同时工业以太网交换机上分别连接远程操作计算机和现场操作面板，所述的控制器上连接有位置检测装置；所述的试验机包括用来放置受试对象的砧座机构和分别设置在砧座机构前后侧的框架机构和防撞机构，所述的框架机构上设置有卷扬机，所述的卷扬机包括连接驱动电机的齿轮箱、卷筒、联轴器和钢丝绳，所述的钢丝绳末端连接有提升机构，提升机构端部通过主轴与框架机构连接，所述的提升机构上通过锁钩连接有摆锤；所述的现场操作面板用于设定受试对象所需的冲击能量数据，以及试验机的各项运行参数和状态参数；所述的速度检测装置包括一个设置在驱动电机输出轴上的增量型旋转编码器，用于检测驱动电机的实时速度，并将速度脉冲信号发送至变频驱动装置；所述的变频驱动装置，用于对驱动电机进行位置—速度闭环控制；所述的位置检测装置包括一个拉线装置和一个绝对值型编码器，所述拉线装置的钢丝绳固定于提升机构上，其轴端与绝对值编码器同轴，用于检测提升机构的提升高度；所述的控制器为一套可编程控制器，用于接收现场操作面板设定的受试对象所需的冲击能量数据并转换成提升机构的目标位置数据，以及接收来自提升机构的位置数据。所述的一种摆锤冲击试验机控制系统，其位置检测装置设置在框架机构顶端。所述的一种摆锤冲击试验机控制系统，其框架机构下端设置一个用于检测提升机构是否处于其原始最低位置的电磁式接近开关。所述的一种摆锤冲击试验机控制系统，其框架机构上位于提升机全行程的1/3和2/3处分别设有一个对射式光电开关。所述的一种摆锤冲击试验机控制系统，其卷筒上设置有一个限位开关。本专利技术的目的之二是提供一种水平式冲击试验机控制系统的控制方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种摆锤冲击试验机控制系统的控制方法，步骤为：a）预设受试对象被冲击能量值；b）将步骤a）中的能量值通过计算转换为提升机构目标位置值；c）对提升机构进行定位控制；d）对驱动电机进行速度控制；e）对驱动电机进行转矩控制；f）对变频驱动装置进行输出电流控制；g）将电流输出至驱动电机；根据提升机构连带摆锤的实时运行速度调整步骤d）；根据提升机构连带摆锤的当前位置调整步骤c）。进一步，还包括如下步骤：所述的步骤d）中，当提升机构连带摆锤接近目标位置时，速度逐渐减小，直到到达目标位置时，速度为0，运行停止。进一步，还包括如下步骤：电磁式接近开关检测到提升机构处于最低位置时输入信号到控制器，控制器对提升机构的原始位置进行校正；当提升机构行走到最大允许行程高度时，限位开关被触发并将信号送入控制器，控制器发送快速停机命令，提升过程停止。进一步，还包括如下步骤：对提升机构设置一个上升校正值和一个下降校正值，当提升机构行走至对射式光电开关位置对，分提升机构的位置值进行校正；所述的位置反馈信号通过同步串行信号传输方式传输至控制器，控制器接收位置数据输出速度给定数据到变频驱动装置。更进一步，还包括如下步骤：所述的变频驱动装置通过采集速度检测装置信号并计算得到另一个位置数据，送入控制器，作为参考和保护用；所述的变频驱动装置采用矢量控制方式实现驱动电机的闭环控制，根据速度检测装置输出的速度脉冲反馈信号控制变频驱动装置输出的频率、电压和相位，达到对电机速度的精确控制。本专利技术的有益效果是：用于在远方控制冲击试验机进行试验作业时，操作人员进行操作时无需对冲击试验平台提升机构进行人工干预，只需在系统中输入预定数据，并远程发送命令即可；无需人工测量和设置冲击试验平台中提升机构的目标高度，只需在输入设备中输入受试设备所需冲击的能量数据，并给系统发送“蓄能”命令后，系统会自动进行计算，实现提升机构连带摆锤的定位控制，这有别于传统的操作方式；可根据不同的控制精度要求，系统自动实时调整其运行速度，提升机构连带摆锤最终定位时，满足其定位精确控制要求的误差范围；提升机构在目标位置释放摆锤时，产生的冲击能量与在输入设备中所输入的目标冲击能量值基本相同，其误差不超过±1%。附图说明图1 为本专利技术的结构示意图；图2 为本专利技术试验机的结构示意图；图3 为本专利技术试验机的操作流程示意图；图4 为本专利技术控制方法的运行原理图。各附图标记为：1—卷扬机，2—主轴，3—提升机构，4—框架机构，5—锁钩，6—摆锤，7—砧座机构，8—防撞机构，9—受试对象，11—控制器，12—工业以太网交换机，13—位置检测装置，14—远程操作计算机，15—变频驱动装置，16—现场操作面板，17—速度检测装置，18—驱动电机，A—PROFIBUS现场总线，B—工业以太网，C—信号电缆，D—动力电缆。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。参照图1所示，本专利技术公开了一种摆锤冲击试验机控制系统，能对制其冲击机构进行精确定位，操作人员只需输入冲击能量数据，无需靠肉眼观察或借助其它仪器测量的情况下，智能地完成蓄能和冲击试验的操作，其包括试验机、控制器11和通过PROFIBUS现场总线A连接控制器11的变频驱动装置15，所述的变频驱动装置15上通过动力电缆D连接有驱动电机18，通过信号电缆C连接有速度检测装置17，所述的控制器11上通过工业以太网B连接有工业以太网交换机12，工业以太网交换机12上通过工业以太网B分别连接远程操作计算机14和现场操作面板16，所述的控制器11上通过信号电缆C连接有位置检测装置13。 参照图2所示，所述的试验机包括用来放置受试对象9的砧座机构7和分别设置在砧座机构7前后侧的框架机构4和防撞机构8，所述的框架机构4上设置有卷扬机1，所述的卷扬机1包括驱动电机18、齿轮箱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摆锤冲击试验机控制系统，其特征在于：包括试验机、控制器（11）和连接控制器（11）的变频驱动装置（15），所述的变频驱动装置（15）上连接有驱动电机（18）和速度检测装置（17），所述的控制器（11）连接至工业以太网交换机（12），同时工业以太网交换机（12）上分别连接远程操作计算机（14）和现场操作面板（16），所述的控制器（11）上连接有位置检测装置（13）；所述的试验机包括用来放置受试对象（9）的砧座机构（7）和分别设置在砧座机构（7）前后侧的框架机构（4）和防撞机构（8），所述的框架机构（4）上设置有卷扬机（1），所述的卷扬机（1）包括连接驱动电机（18）的齿轮箱、卷筒、联轴器和钢丝绳，所述的钢丝绳末端连接有提升机构（3），提升机构（3）端部通过主轴（2）与框架机构（4）连接，所述的提升机构（3）上通过锁钩（5）连接有摆锤（6）；所述的现场操作面板（16）用于设定受试对象（9）所需的冲击能量数据，以及试验机的各项运行参数和状态参数；所述的速度检测装置（17）包括一个设置在驱动电机（18）输出轴上的增量型旋转编码器，用于检测驱动电机（18）的实时速度，并将速度脉冲信号发送至变频驱动装置（15）；所述的变频驱动装置（15），用于对驱动电机（18）进行位置—速度闭环控制；所述的位置检测装置（13）包括一个拉线装置和一个绝对值型编码器，所述拉线装置的钢丝绳固定于提升机构（3）上，其轴端与绝对值编码器同轴，用于检测提升机构（3）的提升高度；所述的控制器（11）为一套可编程控制器，用于接收现场操作面板（16）设定的受试对象（9）所需的冲击能量数据并转换成提升机构（3）的目标位置数据，以及接收来自提升机构（3）的位置数据。...

【技术特征摘要】
1.一种摆锤冲击试验机控制系统，其特征在于：包括试验机、控制器（11）和连接控制器（11）的变频驱动装置（15），所述的变频驱动装置（15）上连接有驱动电机（18）和速度检测装置（17），所述的控制器（11）连接至工业以太网交换机（12），同时工业以太网交换机（12）上分别连接远程操作计算机（14）和现场操作面板（16），所述的控制器（11）上连接有位置检测装置（13）；所述的试验机包括用来放置受试对象（9）的砧座机构（7）和分别设置在砧座机构（7）前后侧的框架机构（4）和防撞机构（8），所述的框架机构（4）上设置有卷扬机（1），所述的卷扬机（1）包括连接驱动电机（18）的齿轮箱、卷筒、联轴器和钢丝绳，所述的钢丝绳末端连接有提升机构（3），提升机构（3）端部通过主轴（2）与框架机构（4）连接，所述的提升机构（3）上通过锁钩（5）连接有摆锤（6）；所述的现场操作面板（16）用于设定受试对象（9）所需的冲击能量数据，以及试验机的各项运行参数和状态参数；所述的速度检测装置（17）包括一个设置在驱动电机（18）输出轴上的增量型旋转编码器，用于检测驱动电机（18）的实时速度，并将速度脉冲信号发送至变频驱动装置（15）；所述的变频驱动装置（15），用于对驱动电机（18）进行位置—速度闭环控制；所述的位置检测装置（13）包括一个拉线装置和一个绝对值型编码器，所述拉线装置的钢丝绳固定于提升机构（3）上，其轴端与绝对值编码器同轴，用于检测提升机构（3）的提升高度；所述的控制器（11）为一套可编程控制器，用于接收现场操作面板（16）设定的受试对象（9）所需的冲击能量数据并转换成提升机构（3）的目标位置数据，以及接收来自提升机构（3）的位置数据。2.根据权利要求1所述的一种摆锤冲击试验机控制系统，其特征在于，所述的位置检测装置（13）设置在框架机构（4）顶端。3.根据权利要求1所述的一种摆锤冲击试验机控制系统，其特征在于，所述的框架机构（4）下端设置一个用于检测提升机构（3）是否处于其原始最低位置的电磁式接近开关。4.根据权利要求1所述的一种摆锤冲击试验机控制系统，其特征在于，所述的框架机构（4）上位于提升机构（3）全...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊冰，崔勇，刘红兵，杨传将，童辉云，
申请(专利权)人：武汉长海高新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42