1 引言
多線切割機是利用金屬切割線切割硅、石英等硬脆材料的機器,主要原理就是把細的金屬切割線通過復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)和各種導(dǎo)線輪,按切割的工件的形狀編織成一定網(wǎng)狀,并在整個線網(wǎng)內(nèi)給定一個相對恒定的張力,然后多個伺服電機驅(qū)動切割線網(wǎng)高速的運轉(zhuǎn),最后在切割線網(wǎng)上噴灑細研磨砂漿,同時進給工作臺帶動切割線網(wǎng)進給,完成切割任務(wù)。
多線切割機控制系統(tǒng)由以下部分構(gòu)成:工控機和伺服驅(qū)動裝置包括主伺服驅(qū)動、從伺服驅(qū)動、導(dǎo)輪伺服驅(qū)動及收放線伺服和排布線伺服,砂漿供給變頻器、質(zhì)量流量計和其他的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)等組成。
線網(wǎng)的正常運轉(zhuǎn),需要多個伺服電機的高度同步來保證,切割線在運轉(zhuǎn)過程中放切割線的線輪和收切割線的線輪直徑不斷變化,要保持線網(wǎng)的張力不變,就要不斷調(diào)整放線輪和收線輪的速度和扭矩,所以對于自動控制及驅(qū)動系統(tǒng)要求非常嚴格,同時系統(tǒng)還要有人機界面來操作和監(jiān)控,切割過程中還要記錄系統(tǒng)運行情況。所以控制系統(tǒng)要具有快速的復(fù)雜數(shù)學(xué)計算和邏輯運算能力,同時把運算的結(jié)果盡快地傳給執(zhí)行機構(gòu)。
由于對控制系統(tǒng)要求比較苛刻,控制設(shè)備量大,各個設(shè)備間密切配合如果采用傳統(tǒng)的控制方案,勢必要敷設(shè)大量的控制和信號電纜,浪費大量的人力和物力,十分不經(jīng)濟,同時使系統(tǒng)復(fù)雜,可靠性降低 。采用目前比較流行的profibus現(xiàn)場總線技術(shù),可以降低成本,同時提高系統(tǒng)的可靠性,使系統(tǒng)易于擴展和維護。
2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和說明
首先工控機設(shè)定切割需要的給定值,包括線速度、線張力、砂漿流量和砂漿溫度等,給定值傳給主驅(qū)動伺服,同時工控機與各伺服傳動之間通過Profibus高速數(shù)據(jù)傳輸,將給定值和主驅(qū)動的數(shù)據(jù)快速傳遞給3個從驅(qū)動伺服和收放線輪伺服以及排線伺服,同步的實現(xiàn)依靠每個報文的同步字符,線張力由工控機通過Profibus總線傳給收放線伺服,然后通過伺服I/O接口輸出給氣動調(diào)節(jié)閥控制張力臂。切割過程中,工控機通過Profibus總線適時讀取角度傳感器測得張力臂的張力以及收放線電機的扭矩,根據(jù)張力值和電機的扭矩計算線輪直徑,不斷調(diào)整收線和放線電機的角速度。從而保證切割的線速度和線張力恒定。
圖1 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖
3 系統(tǒng)軟件
主控單元工控機的控制程序主要采用Step7軟件進行編寫,同時使用VB腳本和C腳本編寫和組態(tài)了人機界面程序,該程序采用模塊化編程結(jié)構(gòu),便于系統(tǒng)維護和擴展。由于系統(tǒng)軟件邏輯運算和數(shù)學(xué)運算的復(fù)雜性,限于篇幅,下面只列出放線輪建立線網(wǎng)過程和主程序的程序流程圖[5][6]
自動切割過程如下,首先建立線網(wǎng),從放線輪開始,放線輪建立起張力后,操作人員用專用的工具拖動切割鋼線,繞導(dǎo)輪轉(zhuǎn)動將鋼線編織成所需的網(wǎng)狀方式,一直到收線輪,將鋼線固定在收線輪,然后按下收線輪啟動按鈕,收線輪建立張力。接著將工件裝夾到工作臺,啟動主電機,同時按同步控制方式啟動從電機、導(dǎo)輪電機,點動升速按鈕,線網(wǎng)低速運轉(zhuǎn),操作人員檢查接地和跳槽報警功能,正常后,向下移動線網(wǎng),當線網(wǎng)要接近工件時,按下初始化按鈕。啟動砂漿泵,使能斷線檢測功能。當切割條件,如切割張力,砂漿流量、溫度,冷卻水流量、溫度等達到切割要求是,按下自動運行按鈕,開始切割。
圖2 右線輪建立線網(wǎng)流程圖
4 采用Profibus通訊的優(yōu)點
1、安裝在現(xiàn)場的分布式I/O站點最大限度地減少控制信號傳輸電纜的數(shù)量和布線距離,降低了系統(tǒng)安裝成本,縮短了安裝調(diào)試周期;
2、系統(tǒng)擴展容易,充分利用PROFIBUS總線的開放性,來自不同廠商的執(zhí)行器件均可以通過現(xiàn)場總線連接,方便地構(gòu)成分布式控制系統(tǒng);
3、各設(shè)備作為控制系統(tǒng)的一個組成部分,與整個控制系統(tǒng)只通過一根電纜相連。設(shè)備的增減對系統(tǒng)而言只需極少電纜連接的改動和控制程序的少量修改;
4、控制器件的選擇充分考慮開放性軟件設(shè)計的主流,大大提高了控制軟件的可重用性和對維護人員的開放性;
5、基于PROFIBUS總線的編程更簡單。編程設(shè)備可從總線上的任一節(jié)點接入,系統(tǒng)維護方便,降低了系統(tǒng)調(diào)試強度;
6、由于現(xiàn)場總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化,與模擬信號相比,從根本上提高了測量與控制精度,也提高了系統(tǒng)的可靠性;
圖3 主程序流程圖
7、現(xiàn)場總線是專為現(xiàn)場環(huán)境設(shè)計的,可工作在比較惡劣的環(huán)境中,且具有很強的抗干擾能力,保證系統(tǒng)更穩(wěn)定的運行。
5 結(jié)束語
Profibus技術(shù)從2008年開始已成功應(yīng)用于多線切割機,特別是在多線切方機系列產(chǎn)品的控制系統(tǒng)中,現(xiàn)場設(shè)備的控制全部采用了Profibus技術(shù),包括西門子的伺服驅(qū)動裝置、通用變頻器、德國科隆質(zhì)量流量計、分布IO模塊等,得到了用戶的高度評價。尤其是與傳統(tǒng)集中控制比較,從系統(tǒng)設(shè)計、安裝調(diào)試、維護及擴展上,現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)勢十分明顯。
（轉(zhuǎn)載）
