西門子運(yùn)動控制器應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)數(shù)控鉆床中
| 一、項(xiàng)目簡介 1. 法因數(shù)控公司是一家高新技術(shù)企業(yè)，主要生產(chǎn)鋼結(jié)構(gòu)、鐵塔、化工等行業(yè)的數(shù)控加工設(shè)備，并在行業(yè)內(nèi)取得了非常大的成就，占領(lǐng)了國內(nèi)大部分市場份額，機(jī)床設(shè)備遠(yuǎn)銷14個國家。 2. 鋼結(jié)構(gòu)、橋梁中H型、C型鋼上在施工中要通過聯(lián)接板與其它型材進(jìn)行聯(lián)接、固定。傳統(tǒng)的加工方式是人工在工件上劃好線，然后用搖臂鉆床鉆孔，即費(fèi)時費(fèi)力，精度又不高。三維數(shù)控鉆床實(shí)現(xiàn)了定長送料，送料到位后，三個鉆削動力頭分別從兩側(cè)及上方對H型、C型鋼進(jìn)行鉆孔。大大提高了送料精度與聯(lián)接板孔群的精度，提高了加工效率，使傳統(tǒng)的手工加工行業(yè)發(fā)生了巨大變革，向高效、高精度的數(shù)控加工方面發(fā)展。 3. 機(jī)床簡要工藝介紹:首先，是用吊裝工具將H型鋼搬動到料道上，工件從幾米到18米不等，數(shù)控送料裝置的夾鉗將料頭緊住，然后沿著輥道方向按編程尺寸自動送進(jìn)、定位，外觀圖如（圖一）所示。送料定位完成后，開始工作，主機(jī)外觀圖如（圖二）所示。主機(jī)在左、右、上方向上有3個鉆削動力頭（液控行程），每個鉆削動力頭由2個伺服電機(jī)軸控制，可在一平面內(nèi)沿X、Y方向上定位。 4. 主機(jī)將工件夾緊后，料寬、料高檢測啟動，將檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較處理后得出工件變形量，分別補(bǔ)償?shù)礁魉欧S的定位值里，鉆削動力頭對應(yīng)的伺服軸定位完成后，鉆削動力頭伸出，開始鉆孔，鉆孔完成后自動退回，鉆削動力頭對應(yīng)的伺服軸定又開始定位，往復(fù)循環(huán)，直至將孔群內(nèi)的孔加工完成。一次送料完成，即將工件送到一個加工工位，三個鉆削動力頭定位鉆孔互不影響，等到3個三個鉆削動力頭將所對應(yīng)的孔群的孔都加工完成后，才開始下一步送料，一直將工件加工完成為止。 二、控制系統(tǒng)構(gòu)成 1. SIMATIC CPU315T-2DP有兩個通訊口，其中一個是Profibus DP（DRIVE）口，專門用來連接驅(qū)動器工藝組件，通訊速度最高可達(dá)12M bits/sec，DP通訊采用的是Profibus DP ISOCHRONE MODE（等時同步）模式。ISOCHRONE MODE是PROFIBUS DP 通訊的新技術(shù)，它可以使PROFIBUS DP 的總線通訊周期時間保持恒定，從而可以大大提高通訊的穩(wěn)定性, 提高傳動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。用于完成運(yùn)動控制工藝任務(wù)的模塊IM174和ET200均連在Profibus DP（DRIVE）口下，以滿足運(yùn)動控制工藝的要求。另外一個通訊口是標(biāo)準(zhǔn)的MPI/DP口，速度可達(dá)12M bits/sec。用于連接到上位機(jī)PC、HMI和其他標(biāo)準(zhǔn)的DP 從站。用戶可以通過MPI/DP通訊口，連接標(biāo)準(zhǔn)的ET200進(jìn)行SIMATIC S7-300 PLC功能的擴(kuò)展。組成控制系統(tǒng)方案，非常便利。 2. 本機(jī)床總共有7個定位軸，全部是點(diǎn)位控制，伺服驅(qū)動器及電機(jī)采用的是安川（YASKAWA）∑－Ⅱ系列。在選用定位模塊時，首先考慮到定位模塊FM354、FM357-2，功能強(qiáng)大但成本較高。并且，定位模板的程序編制工作量大，使用、調(diào)試的工作難度也很大。而一塊IM174模塊有4個定位通道，7個軸采用2塊IM174就夠了，多余的一個通道可以做為數(shù)字軸，用以檢測送料小車的夾鉗臂的高度。由于IM174 模板可以非常方便地與SIMATIC T-CPU連接使用，所以采用了315T-2DP CPU連接IM174的控制方案, 它們之間通過SIMATIC T-CPU的DP (DRIVE) 通訊口連接，通過總線形式連接伺服驅(qū)動器（YASKAWA），組成運(yùn)動控制組件的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。從技術(shù)指標(biāo)上可以看出，SIMATIC T-CPU集成了傳統(tǒng)S7－300 PLC的優(yōu)秀特點(diǎn)和強(qiáng)大功能，同時集成了大量運(yùn)動控制相關(guān)的工藝對象功能，例如：凸輪開關(guān)，凸輪盤，電子齒輪，測量輸入，印刷位置糾偏功能，位置控制，同步控制，等等。在運(yùn)動控制對象上，各種品牌的變頻器，均可以非常方便地與SIMATIC T-CPU 相連,通過ET200進(jìn)行運(yùn)動控制功能擴(kuò)展，例如：硬件限位開關(guān)，找尋原點(diǎn)信號，凸輪開關(guān)，等等。同時，所有SIMATIC S7-300 PLC系列的AI/AO,DI/DO,CP,FM模板，均可以自由應(yīng)用。 3. 硬件配置如下： CPU模板 315T-2DP 6ES7 315-6TD10-0AB0 1塊 定位模板IM174 6ES7 174-0AA00-0AA0 2塊 擴(kuò)展模板ET200M 6ES7 153-2BA00-0XB0 1塊 數(shù)字量輸入量模板 6ES7 321-1BH10-0AA0 2塊 計數(shù)器模板FM350-1 6ES7 350-1AH03-0AE0 2塊 數(shù)字量輸入量模板SM321 6ES7 321-1BL00-0AA0 3塊 數(shù)字量輸出量模板SM322 6ES7 322-1BL00-0AA0 2塊 4. 硬件布置如圖三所示 （圖三） 三、控制系統(tǒng)完成的功能 1. 系統(tǒng)的要點(diǎn)構(gòu)成如圖四所示： （圖四） 2. 系統(tǒng)的人機(jī)界面，用的是聯(lián)想商用電腦，沒有用傳統(tǒng)的觸摸屏或工控機(jī)。因?yàn)?，我們是用VB6.0開發(fā)的上位機(jī)軟件，給用戶提供一個工件編程、CAD圖形處理、機(jī)床信息監(jiān)控等，商用機(jī)還是挺適合的。 3. PLC采用的是SIMATIC 315T-2DP CPU, 上面附有2個通訊口，上位機(jī)通過MPI/DP口與PLC CPU相連, 通訊電纜是USB接口PC Adapter電纜 (6ES79720CB200XA0) 。與CPU模板緊挨的是3塊數(shù)字量輸入模板，完成輸入伺服驅(qū)動的報警信號，變頻器的啟停與報警信息，位置開關(guān)和操作面板按鈕等等輸入信號。然后是2塊數(shù)字量輸出模板，通過中間繼電器，控制變頻器的啟停、各類電磁閥、指示燈等。2塊高速計數(shù)功能模板FM350-1, 其中一個作為工件高度檢測計數(shù)，另一個是作工件寬度檢測計數(shù)。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)工件變形是比較大的，如果工件的邊沿不能與加工基準(zhǔn)靠齊，那么在工件上孔群就會有誤差，通過檢測工件的變形量，并將補(bǔ)償量加在各軸的定位值上。 4. 本機(jī)床的7個定位軸，采用2塊IM174模板，用 Profibus DP總線與PLC的Profibus DP（DRIVE）口相連。特別強(qiáng)調(diào)的是：通訊是ISOCHRONE（等時同步）方式，它可以使PROFIBUS DP 的總線周期時間保持恒定，從而可以大大提高通訊的穩(wěn)定性。七個軸的伺服驅(qū)動器與電機(jī)，采用的是日本安川公司的產(chǎn)品，IM174可以很好地兼容非西門子的第三方驅(qū)動器（因?yàn)?，西門子伺服驅(qū)動器的價格太昂貴了）。但是，需要特別提醒注意的是，伺服驅(qū)動器參數(shù)中每伏電壓所對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)要設(shè)置準(zhǔn)確，否則，將會造成跟隨誤差報警錯誤，在軸的硬件組態(tài)里，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速是與10V電壓對應(yīng)的。IM174中剩余的最后一個通道，連接編碼器，作為工藝數(shù)字軸，用來作為送料裝置手臂的高度計數(shù)檢測。 5. 由于一個定位軸至少要有2個極限開關(guān)與一個原點(diǎn)開關(guān)，7個軸需要有21個數(shù)字輸入量才能滿足， IM174自身所帶的I/O點(diǎn)有限，于是通過ET200擴(kuò)展增加了2塊高速輸入數(shù)字量模板，ET200模塊是連在DP（DRIVE）總線模式下。整個系統(tǒng)的硬件組態(tài)。 三、項(xiàng)目運(yùn)行 1. 自2007年1月份投入使用后，歷時7個月的設(shè)備運(yùn)行，控制系統(tǒng)表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性。特別是定位的精度與可靠性提升很多。原先我們是采用的是三菱Q系列PLC，定位方案采用的定位模塊QD75系列。該模塊沒有位置反饋接口，開環(huán)位置控制，伺服驅(qū)動器為脈沖型，很容易受到外界干擾而引起定位不準(zhǔn)。 2. 上位機(jī)軟件與SIMATIC T-CPU通訊非常穩(wěn)定，監(jiān)控畫面沒有出現(xiàn)死機(jī)的現(xiàn)象。Prodave軟件與VB6.0結(jié)合起來，加之MPI電纜，使通訊可靠性大為增加，速度也非?？臁?nbsp; 3. 總之，本控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，使機(jī)床的控制水平上了一個新臺階，受到了用戶的好評。 |
