SoMachineM258系列PLC在數控雙頭精密切割鋸上的應用

發表時間:2018-08-07 文章出處:北京北成新控伺服技術有限公司人氣:-

摘要:

本文主要介紹了SoMachineM258系列PLC在數控雙頭精密切割鋸上的成功案例,主要采用了CANopen現場總線實現對運動控制部分的數據采集與控制,本文重點介紹了工藝原理、結構特點、工藝流程、控制方案等。

01、前言

近年來,隨著我國大規模的基建投資和工業化進程的快速推進,鋁型材作為建筑領域和機械工業領域里重要的應用材料,其整個行業的產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基地和消費市場。

本文中的應用客戶系專業從事塑料門窗加工設備的研發、制造和銷售的中國頂級品牌企業,在國內率先研發出數控雙頭精密切割鋸、木門窗加工中心等高精尖設備,填補了行業空白。

該設備主要用于鋁、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°之間可實現任意角度旋轉。該設備具有操作簡單、性能可靠、技術先進、易于維修保養、切削速度高、加工精度高、生產效率高等優點。

02、工藝簡介

1、設備外觀

數控雙頭精密切割鋸LJB2B-CNC-500X5000是生產塑鋼、鋁型材門窗的主要切割設備,可完成對型材的長度、兩側傾斜角度的精確切割。

2、結構特點

該設備由定位機構、左鋸頭、右鋸頭、氣動系統、電氣控制系統組成,其中定位機構采用全閉環控制方式,提高了定位精度與工作效率;同時,具有型材切割優化功能,使每一根型材在切割完成后所產生的廢料減少至最小,大大節約了生產成本。

電氣控制系統全部采用施耐德電氣整體解決方案,PLC與伺服系統之間采用CANopen總線控制方式,PLC與HMI之間采用標準Modbus總線控制方式,PLC與上位機之間采用工業以太網控制方式,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。

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,傳動系統采用伺服系統與進口減速機進行控制,使定位精度精確至0.1MM,切割角度精度精確至0.01°,通過HMI對加工工藝參數進行設置,由上位機管理軟件對型材進行優化切割,將控制數據傳輸至PLC中。

4、工藝流程

Ⅰ、設備上電后,按下“回零”按鈕,定位機構與兩個鋸切機構執行回原點功能,原點回歸完成后,將實際定位數據寫入至伺服系統;原點回歸采用反轉找Z相的方式,提高原點回歸的定位精度,同時,可重復執行原點回歸功能。

Ⅱ、按下“鋸切電機”按鈕,啟動鋸片旋轉;通過HMI設定加工型材的加工數據,并選擇適合的工作模式,這些數據全部存儲在PLC中。

Ⅲ、按下“定位運行”按鈕,定位機構定位至設定長度位置,鋸切機構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-鋸片后退-夾緊松開-取下型材。

5、設備性能指標

電源:三相四線,380V,50Hz

鋸切電機:2×2.2KW,轉速:2800r/min

伺服電機:3×0.75KW,轉速:3000r/min

工作壓力:0.5~0.8Mpa

供氣量:60L/min

鋸切長度:900mm,max5000mm,min480mm

鋸切長度: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

進刀速度:0~3m/min

移動速度:0~20m/min

鋸片規格:φ500×4.4×φ30,Z=120

外形尺寸:6800mm×1500mm×2040mm

重量:2500kg

03、控制系統的技術要求與控制方案

1、技術要求

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

HMI:7寸,65535色,TFT,RS485。

Motion:一臺LXM32M控制定位機構,外部磁柵尺接入LXM32M,形成全閉環控制,確保定位精度,兩臺LXM23A控制鋸切機構上位機系統:采用VB開發的界面,具有型材優化,加工樣式保存與導入等功能,與PLC之間采用工業以太網通訊。

2、控制方案

控制系統以M258系列PLC為核心,通過集成的CANopen主站通訊口連接1臺Lexium32M系列伺服系統和兩臺Lexium23A系列伺服系統,實現點動、回原點、絕對定位控制等功能。

PLC與伺服系統之間通過CANopen總線的PDO或SDO數據交換方式,可實時獲取當前位置、當前速度、狀態字等信息,也可修改及調用伺服系統的各內部運動任務,實現設備的控制需求。PLC與HMI之間采用標準Modbus通訊協議進行交換數據,各工藝參數均可通過HMI進行設置或監控。上位機采用VB開發的界面,具有型材優化,加工樣式保存與導入等功能,與PLC之間采用工業以太網通訊實現數據交換,對設備各工藝環節的監控。

3、控制難點分析

Ⅰ、定位精度;定位機構最大行程為5M,傳動機構為同步帶,常規的脈沖控制難以解決機械誤差造成的定位精度等問題,如果使用補償的方式也可保證定位精度,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:在整個定位機構的導軌上安裝一個外部磁柵尺,直接接入至LXM32M伺服系統,使外部磁柵尺與伺服系統行成全閉環,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,在設置切割長度時,我們是以切割型材的兩個底邊的長度來設置的,由于兩個側邊需要切割角度的不同,定位機構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的運算,同時,還要把鋸片的厚度也要計算在三角函數內。

通過SoM中靈活的編程語言,使用ST語言對這些數據機型高精度浮點數運算后,再轉換為脈沖數控制伺服系統進行定位。

Ⅲ、伺服系統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找到伺服系統的Z相后停止,在原點信號非常接近伺服系統Z相信號的情況下,如果原點信號響應時間快,則會發生反轉時立刻就會抓到伺服Z相的現象,而原點信號響應時間慢時,則會發生反轉時伺服Z相到達而原點信號還未到達的現象,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,使其在觸發時大約在伺服相對Z相點的半圈位置。

04、應用總結

本系統采用了施耐德電氣整體解決方案,具有以下幾大優勢:

●PLC與伺服系統之間采用CANopen總線控制方式,消除了常規控制方式所帶來的種種不安全潛在因素,不需要改變任何硬件接線的多模式自由切換方式使控制更加靈活,數據信息的實時反饋確保系統穩定運行,通過總線控制方式,有效降低了生產成本,減少了配線工作量,為未來設備的擴展與更新提供了便利條件;

●提高了設備運行的穩定性。由于原方案的三臺伺服采用脈沖信號控制,設備經常出現運行不穩定的現象,且無法實時反饋伺服系統的數據信息,改善了此弊端;

●提高了設備生產效率。采用施耐德電氣方案后,生產速度可達20m/min。生產速度提高10%,設備運行穩定性相比以前提高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。


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