摘要：
本文主要介紹了 SoMachine M258 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)場總線實現(xiàn)對運動控制部分的數(shù)據(jù)采集與控制，本文重點介紹了工藝原理、結(jié)構(gòu)特點、工藝流程、控制方案等。
關(guān)鍵字：PLC、CANopen、Modbus、LXM32M、LXM23A、全閉環(huán)
01、前言
近年來，隨著我國大規(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，其整個行業(yè)的產(chǎn)量和消費量迅猛增長，我國也一躍成為世界最大的鋁型材生產(chǎn)基地和消費市場。
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)、制造和銷售的中國頂級品牌企業(yè)，在國內(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，兩個鋸頭可單獨工作，也可同時工作，在 45°到 157.5 °之間可實現(xiàn)任意角度旋轉(zhuǎn)。該設(shè)備具有操作簡單、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。
02、工藝簡介
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，可完成對型材的長度、兩側(cè)傾斜角度的精確切割。
2、結(jié)構(gòu)特點
該設(shè)備由定位機(jī)構(gòu)、左鋸頭、右鋸頭、氣動系統(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，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、抗干擾能力強(qiáng)。
3、工作原理
主要工序為鋸切定位、型材壓緊、型材定位、鋸切等，傳動系統(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 對加工工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，由上位機(jī)管理軟件對型材進(jìn)行優(yōu)化切割，將控制數(shù)據(jù)傳輸至 PLC 中。
4、工藝流程
?、?、設(shè)備上電后，按下“回零”按鈕，定位機(jī)構(gòu)與兩個鋸切機(jī)構(gòu)執(zhí)行回原點功能，原點回歸完成后，將實際定位數(shù)據(jù)寫入至伺服系統(tǒng);原點回歸采用反轉(zhuǎn)找 Z 相的方式，提高原點回歸的定位精度，同時，可重復(fù)執(zhí)行原點回歸功能。
?、?、按下“鋸切電機(jī)”按鈕，啟動鋸片旋轉(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)全部存儲在 PLC 中。
Ⅲ、按下“定位運行”按鈕，定位機(jī)構(gòu)定位至設(shè)定長度位置，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”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)： 2×2.2 KW，轉(zhuǎn)速：2800 r/min
伺服電機(jī)： 3×0.75 KW，轉(zhuǎn)速：3000 r/min
工作壓力： 0.5～0.8 Mpa
供 氣 量： 60 L/min
鋸切長度： 900 mm，max 5000 mm，min 480 mm
鋸切長度： 450 mm，max 5000 mm，min 760 mm
鋸切寬度： 120 mm
鋸切高度： 230 mm
鋸切角度： 45°～90°～157.5°之間任意角度旋轉(zhuǎn)
進(jìn)刀速度： 0～3 m/min
移動速度： 0～20 m/min
鋸片規(guī)格： φ500×4.4×φ30，Z=120
外形尺寸： 6800 mm×1500 mm×2040 mm
重 量： 2500 kg
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，24VDC;DO：16 點，Tr，24VDC，0.5A。
HMI：7 寸，65535 色，TFT，RS485。
Motion：一臺 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 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Lexium32M系列伺服系統(tǒng)和兩臺Lexium23A系列伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)點動、回原點、絕對定位控制等功能。
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，可實時獲取當(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)部運動任務(wù)，實現(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)通訊實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，對設(shè)備各工藝環(huán)節(jié)的監(jiān)控。
3、控制難點分析
Ⅰ、定位精度;定位機(jī)構(gòu)最大行程為5M，傳動機(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：在整個定位機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌上安裝一個外部磁柵尺，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、切割長度計算;解決方案：如圖所示，在設(shè)置切割長度時，我們是以切割型材的兩個底邊的長度來設(shè)置的，由于兩個側(cè)邊需要切割角度的不同，定位機(jī)構(gòu)所要走的距離也會不同，實際行走的距離=切割長度-型材度/Sina-型材高度/Sinb，里面涉及到三角函數(shù)的運算，同時，還要把鋸片的厚度也要計算在三角函數(shù)內(nèi)。
通過SoM中靈活的編程語言，使用ST語言對這些數(shù)據(jù)機(jī)型高精度浮點數(shù)運算后，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)每次原點回歸的位置不一致?原點回歸模式為遇到原點信號之后反轉(zhuǎn)找到伺服系統(tǒng)的 Z 相后停止，在原點信號非常接近伺服系統(tǒng) Z 相信號的情況下，如果原點信號響應(yīng)時間快，則會發(fā)生反轉(zhuǎn)時立刻就會抓到伺服 Z 相的現(xiàn)象，而原點信號響應(yīng)時間慢時，則會發(fā)生反轉(zhuǎn)時伺服 Z 相到達(dá)而原點信號還未到達(dá)的現(xiàn)象，造成原點回歸停止在伺服第二次 Z相信號位置;
解決方案：輕微移動原點信號，使其在觸發(fā)時大約在伺服相對 Z 相點的半圈位置。
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：
● 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)信息的實時反饋確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行，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)備運行的穩(wěn)定性。由于原方案的三臺伺服采用脈沖信號控制，設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)運行不穩(wěn)定的現(xiàn)象，且無法實時反饋伺服系統(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)20 m/min。生產(chǎn)速度提高10%，設(shè)備運行穩(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，操作簡單，使用方便。
（轉(zhuǎn)載）
