摘要：

本文主要介紹了SoMachineM258系列PLC在數(shù)控雙頭精密切割鋸上的成功案例，主要采用了CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制部分的數(shù)據(jù)采集與控制，本文重點(diǎn)介紹了工藝原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝流程、控制方案等。

01、前言

近年來，隨著我國(guó)大規(guī)模的基建投資和工業(yè)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，鋁型材作為建筑領(lǐng)域和機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域里重要的應(yīng)用材料，其整個(gè)行業(yè)的產(chǎn)量和消費(fèi)量迅猛增長(zhǎng)，我國(guó)也一躍成為世界最大的鋁型材生產(chǎn)基地和消費(fèi)市場(chǎng)。

本文中的應(yīng)用客戶系專業(yè)從事塑料門窗加工設(shè)備的研發(fā)、制造和銷售的中國(guó)頂級(jí)品牌企業(yè)，在國(guó)內(nèi)率先研發(fā)出數(shù)控雙頭精密切割鋸、木門窗加工中心等高精尖設(shè)備，填補(bǔ)了行業(yè)空白。

該設(shè)備主要用于鋁、塑門窗及幕墻等型材的角度鋸切加工，兩個(gè)鋸頭可單獨(dú)工作，也可同時(shí)工作，在45°到157.5°之間可實(shí)現(xiàn)任意角度旋轉(zhuǎn)。該設(shè)備具有操作簡(jiǎn)單、性能可靠、技術(shù)先進(jìn)、易于維修保養(yǎng)、切削速度高、加工精度高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。

02、工藝簡(jiǎn)介

1、設(shè)備外觀

數(shù)控雙頭精密切割鋸LJB2B-CNC-500X5000是生產(chǎn)塑鋼、鋁型材門窗的主要切割設(shè)備，可完成對(duì)型材的長(zhǎng)度、兩側(cè)傾斜角度的精確切割。

2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該設(shè)備由定位機(jī)構(gòu)、左鋸頭、右鋸頭、氣動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)組成，其中定位機(jī)構(gòu)采用全閉環(huán)控制方式，提高了定位精度與工作效率;同時(shí)，具有型材切割優(yōu)化功能，使每一根型材在切割完成后所產(chǎn)生的廢料減少至最小，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。

電氣控制系統(tǒng)全部采用施耐德電氣整體解決方案，PLC與伺服系統(tǒng)之間采用CANopen總線控制方式，PLC與HMI之間采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus總線控制方式，PLC與上位機(jī)之間采用工業(yè)以太網(wǎng)控制方式，安裝方便、減少了硬件接線過多造成的潛在隱患點(diǎn)、抗干擾能力強(qiáng)。

3、工作原理

主要工序?yàn)殇徢卸ㄎ?、型材壓緊、型材定位、鋸切等，傳動(dòng)系統(tǒng)采用伺服系統(tǒng)與進(jìn)口減速機(jī)進(jìn)行控制，使定位精度精確至0.1MM，切割角度精度精確至0.01°，通過HMI對(duì)加工工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，由上位機(jī)管理軟件對(duì)型材進(jìn)行優(yōu)化切割，將控制數(shù)據(jù)傳輸至PLC中。

4、工藝流程

Ⅰ、設(shè)備上電后，按下“回零”按鈕，定位機(jī)構(gòu)與兩個(gè)鋸切機(jī)構(gòu)執(zhí)行回原點(diǎn)功能，原點(diǎn)回歸完成后，將實(shí)際定位數(shù)據(jù)寫入至伺服系統(tǒng);原點(diǎn)回歸采用反轉(zhuǎn)找Z相的方式，提高原點(diǎn)回歸的定位精度，同時(shí)，可重復(fù)執(zhí)行原點(diǎn)回歸功能。

Ⅱ、按下“鋸切電機(jī)”按鈕，啟動(dòng)鋸片旋轉(zhuǎn);通過HMI設(shè)定加工型材的加工數(shù)據(jù)，并選擇適合的工作模式，這些數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)在PLC中。

Ⅲ、按下“定位運(yùn)行”按鈕，定位機(jī)構(gòu)定位至設(shè)定長(zhǎng)度位置，鋸切機(jī)構(gòu)定位至切割角度位置。

Ⅳ、放入后型材，按下“啟動(dòng)”按鈕，型材夾緊-鋸片前進(jìn)-鋸片后退-夾緊松開-取下型材。

5、設(shè)備性能指標(biāo)

電源：三相四線，380V，50Hz

鋸切電機(jī)：2×2.2KW，轉(zhuǎn)速：2800r/min

伺服電機(jī)：3×0.75KW，轉(zhuǎn)速：3000r/min

工作壓力：0.5～0.8Mpa

供氣量：60L/min

鋸切長(zhǎng)度：900mm，max5000mm，min480mm

鋸切長(zhǎng)度：450mm，max5000mm，min760mm

鋸切寬度：120mm

鋸切高度：230mm

鋸切角度：45°～90°～157.5°之間任意角度旋轉(zhuǎn)

進(jìn)刀速度：0～3m/min

移動(dòng)速度：0～20m/min

鋸片規(guī)格：φ500×4.4×φ30，Z=120

外形尺寸：6800mm×1500mm×2040mm

重量：2500kg

03、控制系統(tǒng)的技術(shù)要求與控制方案

1、技術(shù)要求

PLC：DI：26點(diǎn)，24VDC;DO：16點(diǎn)，Tr，24VDC，0.5A。

HMI：7寸，65535色，TFT，RS485。

Motion：一臺(tái)LXM32M控制定位機(jī)構(gòu)，外部磁柵尺接入LXM32M，形成全閉環(huán)控制，確保定位精度，兩臺(tái)LXM23A控制鋸切機(jī)構(gòu)上位機(jī)系統(tǒng)：采用VB開發(fā)的界面，具有型材優(yōu)化，加工樣式保存與導(dǎo)入等功能，與PLC之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊。

2、控制方案

控制系統(tǒng)以M258系列PLC為核心，通過集成的CANopen主站通訊口連接1臺(tái)Lexium32M系列伺服系統(tǒng)和兩臺(tái)Lexium23A系列伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)、回原點(diǎn)、絕對(duì)定位控制等功能。

PLC與伺服系統(tǒng)之間通過CANopen總線的PDO或SDO數(shù)據(jù)交換方式，可實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前位置、當(dāng)前速度、狀態(tài)字等信息，也可修改及調(diào)用伺服系統(tǒng)的各內(nèi)部運(yùn)動(dòng)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制需求。PLC與HMI之間采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊協(xié)議進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，各工藝參數(shù)均可通過HMI進(jìn)行設(shè)置或監(jiān)控。上位機(jī)采用VB開發(fā)的界面，具有型材優(yōu)化，加工樣式保存與導(dǎo)入等功能，與PLC之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，對(duì)設(shè)備各工藝環(huán)節(jié)的監(jiān)控。

3、控制難點(diǎn)分析

Ⅰ、定位精度;定位機(jī)構(gòu)最大行程為5M，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為同步帶，常規(guī)的脈沖控制難以解決機(jī)械誤差造成的定位精度等問題，如果使用補(bǔ)償?shù)姆绞揭部杀ＷC定位精度，但在一定程度上犧牲了定位速度，降低了工作效率。

解決方案：在整個(gè)定位機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌上安裝一個(gè)外部磁柵尺，直接接入至LXM32M伺服系統(tǒng)，使外部磁柵尺與伺服系統(tǒng)行成全閉環(huán)，不但可以確保定位精度，也可保證定位速度，提高工作效率。

Ⅱ、切割長(zhǎng)度計(jì)算;解決方案：如圖所示，在設(shè)置切割長(zhǎng)度時(shí)，我們是以切割型材的兩個(gè)底邊的長(zhǎng)度來設(shè)置的，由于兩個(gè)側(cè)邊需要切割角度的不同，定位機(jī)構(gòu)所要走的距離也會(huì)不同，實(shí)際行走的距離=切割長(zhǎng)度-型材度/Sina-型材高度/Sinb，里面涉及到三角函數(shù)的運(yùn)算，同時(shí)，還要把鋸片的厚度也要計(jì)算在三角函數(shù)內(nèi)。

通過SoM中靈活的編程語言，使用ST語言對(duì)這些數(shù)據(jù)機(jī)型高精度浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算后，再轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)控制伺服系統(tǒng)進(jìn)行定位。

Ⅲ、伺服系統(tǒng)每次原點(diǎn)回歸的位置不一致?原點(diǎn)回歸模式為遇到原點(diǎn)信號(hào)之后反轉(zhuǎn)找到伺服系統(tǒng)的Z相后停止，在原點(diǎn)信號(hào)非常接近伺服系統(tǒng)Z相信號(hào)的情況下，如果原點(diǎn)信號(hào)響應(yīng)時(shí)間快，則會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)時(shí)立刻就會(huì)抓到伺服Z相的現(xiàn)象，而原點(diǎn)信號(hào)響應(yīng)時(shí)間慢時(shí)，則會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)時(shí)伺服Z相到達(dá)而原點(diǎn)信號(hào)還未到達(dá)的現(xiàn)象，造成原點(diǎn)回歸停止在伺服第二次Z相信號(hào)位置;

解決方案：輕微移動(dòng)原點(diǎn)信號(hào)，使其在觸發(fā)時(shí)大約在伺服相對(duì)Z相點(diǎn)的半圈位置。

04、應(yīng)用總結(jié)

本系統(tǒng)采用了施耐德電氣整體解決方案，具有以下幾大優(yōu)勢(shì)：

●PLC與伺服系統(tǒng)之間采用CANopen總線控制方式，消除了常規(guī)控制方式所帶來的種種不安全潛在因素，不需要改變?nèi)魏斡布泳€的多模式自由切換方式使控制更加靈活，數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)反饋確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，通過總線控制方式，有效降低了生產(chǎn)成本，減少了配線工作量，為未來設(shè)備的擴(kuò)展與更新提供了便利條件;

●提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。由于原方案的三臺(tái)伺服采用脈沖信號(hào)控制，設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定的現(xiàn)象，且無法實(shí)時(shí)反饋伺服系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，改善了此弊端;

●提高了設(shè)備生產(chǎn)效率。采用施耐德電氣方案后，生產(chǎn)速度可達(dá)20m/min。生產(chǎn)速度提高10%，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性相比以前提高10%;

●人性化的編程界面，多種語言混合編程模式，操作簡(jiǎn)單，使用方便。