本發(fā)明屬于制瓶機(jī)控制領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于PID算法智能化制瓶機(jī)的控制方法。

背景技術(shù)：

目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的制瓶設(shè)備基本都是能完成生產(chǎn)任務(wù)并能處理簡(jiǎn)單的故障的獨(dú)立個(gè)體，各個(gè)體之間并沒(méi)有信息交互與聯(lián)系，對(duì)設(shè)備的監(jiān)控維修也只能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查來(lái)完成。這種現(xiàn)狀最終將被新的趨勢(shì)取代。所以制瓶設(shè)備的全球化發(fā)展，制瓶設(shè)備的智能化是其主要發(fā)展趨勢(shì)。

目前回轉(zhuǎn)式數(shù)控自動(dòng)制瓶機(jī)的生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，主要有電子定時(shí)系統(tǒng)、電子撥瓶系統(tǒng)、伺服分料系統(tǒng)、伺服供料剪切系統(tǒng)、工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)大都采用開(kāi)環(huán)控制的方式，由一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的控制柜進(jìn)行自動(dòng)控制，每個(gè)控制柜都要設(shè)定相應(yīng)的PLC或單片機(jī)控制器，其各個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)都是預(yù)先設(shè)定好的，而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中由于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)位置控制的不穩(wěn)定性等使得設(shè)定的參數(shù)對(duì)每臺(tái)制瓶機(jī)精度得不到保證，生產(chǎn)出的玻璃瓶質(zhì)量差，也會(huì)影響到鉗瓶到流水線過(guò)程的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致最終生產(chǎn)效率和玻璃瓶的合格率下降，為系統(tǒng)長(zhǎng)期、連接、穩(wěn)定可靠運(yùn)行埋下了隱患，同時(shí)也給日常維護(hù)帶來(lái)了極大的不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于PID算法智能化制瓶機(jī)的控制方法，通過(guò)采用對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)定位閉環(huán)控制的方式，尤其是對(duì)其定位誤差的補(bǔ)償，進(jìn)一步優(yōu)化回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的位置精度，由此解決生產(chǎn)過(guò)程中合格率和生產(chǎn)效率低的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于PID算法智能化制瓶機(jī)的控制方法，該智能化制瓶機(jī)配備有料滴稱(chēng)重單元、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和機(jī)械手，其中所述料滴稱(chēng)重單元用于將原料進(jìn)行稱(chēng)重篩選，原料經(jīng)過(guò)初成型后形成瓶體送至所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，在所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，將收到的瓶體完成包括入模，冷卻的進(jìn)一步加工，所述機(jī)械手則用于將最終成型的瓶體夾住并放置在流水線上，其中所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)包括伺服電機(jī)和設(shè)置在該工作臺(tái)底部的傳感器，所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的圓周上設(shè)置有均勻分布的構(gòu)成初始平面坐標(biāo)系的四個(gè)工位，該四個(gè)工位對(duì)應(yīng)所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的四處位置構(gòu)成該工作臺(tái)的平面坐標(biāo)系，其特征在于，對(duì)于所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的位置控制過(guò)程而言，包括下列步驟：

(a)所述伺服電機(jī)從控制單元獲取預(yù)設(shè)的第一轉(zhuǎn)速即最大轉(zhuǎn)速、第二轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角指令，并且驅(qū)動(dòng)所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)以相應(yīng)的第一轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng)；

(b)所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)按照所述轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng)后，通過(guò)所述傳感器檢測(cè)所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的平面坐標(biāo)系與所述初始平面坐標(biāo)系的實(shí)際夾角δ；

(c)比較所述實(shí)際夾角δ與預(yù)設(shè)的角度邊界值δ₁：

(c1)當(dāng)所述實(shí)際夾角δ＞δ₁時(shí)，所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)保持所述預(yù)設(shè)的第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)第一補(bǔ)償角度δ’，其中，第一補(bǔ)償角度δ’按照以下表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算，δ₂為預(yù)設(shè)的最大可接受誤差，δ₁＞δ₂：

δ’＝δ-δ₂；

(c2)當(dāng)所述實(shí)際夾角δ≤δ₁時(shí)，所述伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)按照所述第二轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)按照以下PID控制算法表達(dá)式對(duì)所述實(shí)際夾角進(jìn)行補(bǔ)償，直至δ≤δ₂，其中，t為整個(gè)PLD控制算法過(guò)程中的取樣時(shí)間節(jié)點(diǎn)，e(t)為t時(shí)刻所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的平面坐標(biāo)系與所述初始平面坐標(biāo)系的夾角，u(t)為t時(shí)刻的角度補(bǔ)償，K_P為比例增益，T_I為積分時(shí)間常數(shù)，T_D為微分時(shí)間常數(shù),u(t)為t時(shí)刻的角度補(bǔ)償：

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述控制單元包括人機(jī)交互接口、任務(wù)調(diào)度和運(yùn)動(dòng)控制，所述人機(jī)交互接口和所述任務(wù)調(diào)度是制瓶機(jī)的用戶(hù)空間，所述運(yùn)動(dòng)控制是制瓶機(jī)的內(nèi)核空間，制瓶機(jī)的預(yù)設(shè)參數(shù)通過(guò)所述用戶(hù)空間傳輸給所述內(nèi)核空間，然后分別傳遞給多個(gè)伺服電機(jī)。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述料滴稱(chēng)重單元將經(jīng)過(guò)熔融、剪切后形成的料滴進(jìn)行稱(chēng)重，稱(chēng)得的料滴重量與預(yù)設(shè)理想料滴重量按照以下表達(dá)式進(jìn)行比較，其中，m_x為稱(chēng)得的料滴重量，m為預(yù)設(shè)理想料滴重量，δ_m為可接受的質(zhì)量誤差值：

(i)當(dāng)|m_x-m|≤δ_m時(shí)，所述料滴執(zhí)行下一個(gè)工序；

(ii)當(dāng)|m_x-m|＞δ_m時(shí)，所述料滴重新熔融、剪切。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，所述機(jī)械手上的激光感應(yīng)器與所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上的激光接收器對(duì)接成功后，所述機(jī)械手夾住最終成型的瓶體并放置在流水線上。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述傳感器優(yōu)選為磁阻傳感器。

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位采用閉環(huán)控制，能夠取得下列有益效果：

1、本發(fā)明中通過(guò)采用對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位誤差進(jìn)行PID控制算法進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)姆绞剑沟米罱K回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位精度在±0.025mm內(nèi)，而現(xiàn)有的控制系統(tǒng)中回轉(zhuǎn)工作臺(tái)一般能達(dá)到的定位精度在±0.1mm左右，定位精度提高了75％；

2、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位與產(chǎn)品生產(chǎn)中的合格率密切相關(guān)，特別是入模工位，當(dāng)初成型料滴經(jīng)過(guò)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)入該工位的過(guò)程中，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位精度直接影響了產(chǎn)品外形尺寸精度，本發(fā)明通過(guò)提高回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位精度，降低了生產(chǎn)過(guò)程中的次品率；

3、本發(fā)明在人機(jī)接口設(shè)定了回轉(zhuǎn)工作臺(tái)定位誤差大于設(shè)定值δ₁時(shí)的最大轉(zhuǎn)速，解決了現(xiàn)有回轉(zhuǎn)工作臺(tái)為了保證生產(chǎn)中的精度而降低轉(zhuǎn)速的問(wèn)題，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的最大轉(zhuǎn)速的設(shè)定，提高了生產(chǎn)過(guò)程中的生產(chǎn)效率，實(shí)驗(yàn)測(cè)得工作效率提高了20％；

4、本發(fā)明的控制方法步驟簡(jiǎn)單，只需在人機(jī)接口輸入初始的設(shè)定值，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，最終簡(jiǎn)化了整個(gè)控制方法,高效率，高質(zhì)量地獲得了所要制備的產(chǎn)品，并且整個(gè)控制過(guò)程便于操作和質(zhì)量控制，尤其是對(duì)于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的位置控制尤為簡(jiǎn)單易行。

附圖說(shuō)明

圖1是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建的智能化制瓶機(jī)的控制系統(tǒng)；

圖2是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建的智能化制瓶機(jī)生產(chǎn)的工藝流程；

圖3是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)位置的控制方法。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建的智能化制瓶機(jī)的控制系統(tǒng)，圖3是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建的制瓶機(jī)的控制方法。如圖1和圖3所示，制瓶機(jī)的控制系統(tǒng)包括用戶(hù)空間和內(nèi)核空間，其中用戶(hù)空間和內(nèi)核空間通過(guò)共享緩沖區(qū)存放采集的數(shù)據(jù)，用戶(hù)空間包括人機(jī)接口和任務(wù)調(diào)度，任務(wù)調(diào)度通過(guò)共享緩沖區(qū)與運(yùn)動(dòng)控制連接，運(yùn)動(dòng)控制同時(shí)與伺服電機(jī)1、伺服電機(jī)2和伺服電機(jī)3連接，伺服電機(jī)1用于驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，將有效的料滴從初成型工位翻轉(zhuǎn)到成型入模工位，伺服電機(jī)2用于驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，通過(guò)PID控制算法，使得回轉(zhuǎn)工作臺(tái)定位在模具工位時(shí)精確更高，伺服電機(jī)3用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，完成與鉗瓶工作的對(duì)接；操作人員通過(guò)人機(jī)接口輸入?yún)?shù)，控制系統(tǒng)程序在任務(wù)協(xié)調(diào)的控制下，形成有效的控制命令，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡后生成軸控制值，同時(shí)人機(jī)交互接口實(shí)時(shí)顯示重要參數(shù)，如定位誤差、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)速等。

圖2是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建的智能化制瓶機(jī)生產(chǎn)的工藝流程；如圖2所示，原料首先在熔爐供料中熔融，然后在剪料機(jī)構(gòu)將熔爐中出來(lái)的熔融料定量分離，再進(jìn)入料滴稱(chēng)重系統(tǒng)中稱(chēng)重，稱(chēng)得料滴的質(zhì)量m_x，m為理想的料滴質(zhì)量，δ_m為料滴質(zhì)量的波動(dòng)邊界值，若|m_x-m|≤δ_m，則料滴會(huì)流進(jìn)初成型模具，否則重新進(jìn)入熔爐，稱(chēng)重合格的料滴進(jìn)入初成型模具中成型，接著進(jìn)入翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)后的初成型料進(jìn)入回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的夾具座中，并隨著回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)依次經(jīng)過(guò)入模工位、冷卻工位和出模工位，最后機(jī)械手將在出模工位的產(chǎn)品取走，過(guò)渡工位在入模工位和出模工位上起過(guò)渡的作用。

按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的四個(gè)模具工位對(duì)應(yīng)的伺服回轉(zhuǎn)軸的四個(gè)位置標(biāo)記，磁阻傳感器安裝在與底座相連的夾具上。

通過(guò)磁阻傳感器檢測(cè)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)坐標(biāo)系與四個(gè)模具工位形成的初始坐標(biāo)系的夾角，基于PID控制算法對(duì)夾角進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，直到夾角在誤差允許的范圍內(nèi)。同時(shí)對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的誤差參數(shù)進(jìn)行高效控制，當(dāng)檢測(cè)到定位誤差的范圍在δ₁距離外時(shí)，以預(yù)設(shè)的最大轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)檢測(cè)到定位誤差的范圍在δ₁距離內(nèi)時(shí)，通過(guò)PID控制算法使其最終定位誤差落在δ₂范圍內(nèi)。

機(jī)械手末端與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的出模模具工位的精確對(duì)接接收對(duì)射激光感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)，鉗瓶的過(guò)程中當(dāng)人機(jī)交互界面接收到傳感器的信號(hào)時(shí)，機(jī)械手末端鉗子夾住玻璃瓶放于流水線上。

為了避免采用常規(guī)PID控制算法容易出現(xiàn)振蕩，穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，本發(fā)明的定位系統(tǒng)針對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)采用不同的控制策略。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。