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力士樂MTX micro數(shù)控系統(tǒng)在桁架自動(dòng)線中的應(yīng)用

2018-3-28 來源：山東濱州渤海活塞股份有限公司作者：王龍昌

摘要：文章介紹了力士樂推出的MTX micro數(shù)控系統(tǒng)在桁架自動(dòng)線中的應(yīng)用。該系統(tǒng)具有雙通道功能，系統(tǒng)間聯(lián)網(wǎng)簡單易行、性價(jià)比高，非常適合該類自動(dòng)線的控制方案。該控制方案能縮短在研發(fā)階段大量的調(diào)試時(shí)間，可以靈活使用CPL高級(jí)編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)線流程動(dòng)作。相對(duì)于單通道PLC軸而言，能避免大量繁瑣復(fù)雜的PLC工作，給調(diào)試帶來了極大的方便。

關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)；雙通道；CPL高級(jí)編程；調(diào)試時(shí)間；桁架自動(dòng)線　

從機(jī)械行業(yè)的展會(huì)看到，桁架自動(dòng)線以洶涌之勢(shì)占據(jù)自動(dòng)線大半天下。根據(jù)公司生產(chǎn)汽車配件的特點(diǎn)，自動(dòng)線的快速發(fā)展之勢(shì)，公司自主研發(fā)了桁架式機(jī)械手自動(dòng)生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線節(jié)省了大量人力，避免了人員因素引起的產(chǎn)品加工缺陷，產(chǎn)品工藝的一致性得到了保證，產(chǎn)品質(zhì)量得到了進(jìn)一步的提升。

圖1

1　、項(xiàng)目介紹

力士樂IndraMotion MTX micro是一款為通用機(jī)床市場提供的緊湊、簡單、功能強(qiáng)大并且經(jīng)濟(jì)的CNC系統(tǒng)解決方案，它由多軸集成伺服驅(qū)動(dòng)，高性能NC控制器和用戶友好的人機(jī)界面組成，帶有雙通道功能。功能強(qiáng)大的32位處理器確保了較短的CNC和PLC處理時(shí)間。系統(tǒng)具備納米級(jí)精度、高分辨率的絕對(duì)編碼器。最大可以擴(kuò)展為十二軸，配備10.4＂彩色TFT顯示屏。

系統(tǒng)配置的伺服進(jìn)給電機(jī)皆為絕對(duì)值編碼器，多圈編碼器（Hiperface）128線，8192倍頻，內(nèi)部分辨 1.048.576，絕對(duì)分辨4096圈。自帶內(nèi)存的多圈編碼器帶來的優(yōu)勢(shì)，無需極限開關(guān)無需電池，在斷電時(shí)仍保留軸絕對(duì)位置信息。無需軸回零，帶有電子銘牌使電機(jī)的調(diào)試變得簡單。自動(dòng)線為“U型”布線方案，工件通過運(yùn)送料道周轉(zhuǎn)到下一道工序，從而完成整個(gè)生產(chǎn)線的物流。整線由車床、鏜床、銑床等多種類型的設(shè)備組成，機(jī)械手由豎直運(yùn)行軸（U軸）和水平運(yùn)行軸（W軸）兩軸驅(qū)動(dòng)，在控制方案中將機(jī)械手的兩軸定義為第二通道。機(jī)床的所有加工軸定義為第一通道。機(jī)械手的末端有裝載卡爪、卸載卡爪，能通過旋轉(zhuǎn)氣缸進(jìn)行兩個(gè)卡爪的空間位置互換。機(jī)械手負(fù)責(zé)在裝載料道抓取工件通過桁架運(yùn)

送到機(jī)床內(nèi)，先用卸載卡爪卸載切削完成的工件，再將新工件安裝到機(jī)床內(nèi)。完成換料后，機(jī)械手把切削完成的工件送出機(jī)床，放置到卸載料道，再回到裝載料道裝夾工件。以此順序，不斷往復(fù)循環(huán)。

2、調(diào)試過程中的技術(shù)方案

2.1　聯(lián)網(wǎng)通訊，簡單易行

自動(dòng)線OP40、OP50是相同的工序，使用了一臺(tái)機(jī)械手。控制方案是機(jī)械手的控制配置在OP40系統(tǒng)內(nèi)，OP50和機(jī)械手的通訊即是OP40、OP50之間的通訊。系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)，力士樂系統(tǒng)的通訊較為簡潔省力。軟件通訊協(xié)議不占用硬件資源，且無硬件接線故障，通訊數(shù)據(jù)量可以隨時(shí)增減，體現(xiàn)出了軟件協(xié)議通訊的優(yōu)越性。力士樂系統(tǒng)很多的案例中，例如多于十二軸的要求，可以采用系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)，從而組成比較復(fù)雜的控制。和計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)相同，網(wǎng)線通過以太網(wǎng)交換機(jī)即可建立連接。改動(dòng)一臺(tái)系統(tǒng)的IP地址，在PLC調(diào)用相應(yīng)的功能塊即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊。其中：“IpAddress”是另一臺(tái)系統(tǒng)的IP地址；“SendDataAdr”是發(fā)送的數(shù)組地址；“RecvDataAdr”是收到的數(shù)組地址；“SendDataAdr”和“RecvDataAdr”都是8個(gè)字節(jié)共計(jì)64位的存儲(chǔ)區(qū)。在另一臺(tái)設(shè)備調(diào)用“IL_Udpcyclic”功能塊，即可建立兩臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊。按照如此方法，僅使用一臺(tái)交換機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)通訊。

2.2　雙通道編程靈活

PLC讀寫變量，調(diào)用相應(yīng)功能塊即可實(shí)現(xiàn)。可以使用符合DIN66025（包括補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)）語法的NC函數(shù)。控制器提供多種NC函數(shù)，除了DIN66025規(guī)定的命令之外，還包含G代碼中的重要補(bǔ)充內(nèi)容以及高級(jí)語言類型的語法元素。雙通道功能是力士樂MTX micro系統(tǒng)高性價(jià)比的市場亮點(diǎn)，該價(jià)位的系統(tǒng)能提供雙通道功能確屬少見。高端數(shù)控系統(tǒng)所用的高級(jí)編程語言REPEAT、WHILE、FOR等都可以在該系統(tǒng)編程使用。和單通道的PLC軸相比，有非常大的優(yōu)越性和靈活性。

雙通道的程序同步功能（程序等待）如表1所示：

表1

其中：SEV(1) 設(shè)置一個(gè)位事件；WEV(1)WEV(2) 等待位事件；REV(1) 刪除一個(gè)位事件。

以上三條指令實(shí)現(xiàn)了雙通道的等待功能，任何一個(gè)通道執(zhí)行到該處，等待另一個(gè)通道程序執(zhí)行到該位置“同步”后，方可共同向下執(zhí)行程序。PlC對(duì)于CPL變量的讀寫：

圖2 圖3

首先要在系統(tǒng)文件/usrfep/wmhperm.dat中定義變量名字及類型。在PLC調(diào)用“MT_cplData”功能塊即可實(shí)現(xiàn)PLC讀、寫變量。

如上圖3為PLC寫變量的截圖：@HYOK是變量名稱，可以在NC程序中直接訪問，QCH_HYD_OK是PLC處理邏輯的結(jié)果：液壓系統(tǒng)已啟動(dòng)。結(jié)果：@HYOK=QCH_HYD_OK。讀CPL變量也是使用該功能塊，將參數(shù)Mode設(shè)定為1，該功能塊即為讀CPL變量。

2.3　控制部分的安全保護(hù)

對(duì)于自動(dòng)線，控制方案的安全設(shè)計(jì)始終是一個(gè)關(guān)鍵的問題，這關(guān)系到自動(dòng)線是否能穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，甚至說可以關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線將來的推廣。我公司多臺(tái)進(jìn)口的大型設(shè)備，其安全部分設(shè)計(jì)得非常有特色，都具備相應(yīng)的安全保護(hù)等級(jí)。較為關(guān)鍵的地方使用了軟件、硬件的雙重保護(hù)。自動(dòng)線的優(yōu)勢(shì)能不能正常發(fā)揮，維護(hù)信息能否完整、詳實(shí)，能否切實(shí)地提高工作效率，關(guān)鍵在于控制是否設(shè)計(jì)得人性化、合理化。這些是推廣自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是自動(dòng)化控制正常運(yùn)行的有力保證。對(duì)于該線安全方面的設(shè)計(jì)方案，摘取三點(diǎn)說明如下：

2.3.1　急停回路和系統(tǒng)的連接。急停回路設(shè)計(jì)了

PILZ的急停模塊PNOZ S5。安全等級(jí)4級(jí)（根據(jù)EN954-1），具有強(qiáng)制斷開的繼電器觸點(diǎn)，能保證急停對(duì)于系統(tǒng)快速準(zhǔn)確的響應(yīng)。原理圖如下圖4：

圖4

2.3.2　軟件位置開關(guān)實(shí)現(xiàn)區(qū)間的保護(hù)。MTX micro軟件位置開關(guān)最高可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中的48個(gè)位置（基準(zhǔn)點(diǎn)）進(jìn)行監(jiān)控，可向每個(gè)軸分配最多8個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。只要軸的當(dāng)前實(shí)際位置大于或等于監(jiān)控位置，即置位軸接口信號(hào)iAx_PosSwitch1至iAx_PosSwitch8。

圖5

根據(jù)軸接口信號(hào)的變化，從而編程相應(yīng)的邏輯保護(hù)。當(dāng)機(jī)械手移動(dòng)到機(jī)床上方換料位置區(qū)域內(nèi)，從PLC程序的邏輯結(jié)果可看出Qch2.qch_Custom1應(yīng)有相應(yīng)的輸出，可以使用該信號(hào)做運(yùn)動(dòng)互鎖邏輯。例如，在機(jī)械手卸載位置、裝載位置、換料位置都設(shè)置了軟件位置開關(guān)，機(jī)械手只有運(yùn)行到這些區(qū)域內(nèi)，方能豎直方向運(yùn)行。

2.3.3　硬件接近傳感器對(duì)于機(jī)械手特定位置的檢測(cè)。軟件位置開關(guān)限制了機(jī)械手只有在特定的位置才能進(jìn)行豎直的運(yùn)行，但還不能保證位置的絕對(duì)準(zhǔn)確。電機(jī)自身所帶編碼器是半閉環(huán)控制，沒有全閉環(huán)的位置檢測(cè)。如果聯(lián)軸器等機(jī)械環(huán)節(jié)造成連接松動(dòng)，軟件位置開關(guān)是無法檢測(cè)出來的。為此設(shè)計(jì)了硬件接近傳感器，使用多個(gè)固定位置的機(jī)械檔塊來激活該開關(guān)。對(duì)于該生產(chǎn)線至少安裝了以下兩個(gè)重要位置的位置檢測(cè)檔塊：（1）水平方向（W軸）：機(jī)械手裝載工件位置、卸載工件位置、換料位置（機(jī)床上方）；（2）豎直方向（U軸）：當(dāng)機(jī)械手在豎直方向提升到能使機(jī)械手水平移動(dòng)的位置，該位置標(biāo)示機(jī)械手已提升到安全位置，水平方向可以進(jìn)行移動(dòng)。

以下是使用M功能來判斷U軸的硬件開關(guān)位置是否到達(dá)：

圖6

M87功能即是檢查到位開關(guān)的狀態(tài)，如圖6所示“AUXF_Interface.Ch2_M87”串聯(lián)的輸入信號(hào)（硬件到位開關(guān)）狀態(tài)有誤，則會(huì)產(chǎn)生1086的報(bào)警信息，程序停止，告之硬件檢測(cè)開關(guān)位置沒有到達(dá)。這一硬件保護(hù)措施從根本上解決了系統(tǒng)運(yùn)行的安全問題。在程序運(yùn)行各個(gè)分支的U=[SAFE_U]后，都要檢測(cè)一次硬件開關(guān)是否激活。為了檢測(cè)該硬件開關(guān)是否故障（擊穿或者斷線等故障），設(shè)計(jì)了硬件開關(guān)的狀態(tài)自檢。在開關(guān)沒有被觸發(fā)的其他區(qū)間，PLC檢測(cè)開關(guān)的狀態(tài)是否正確。即對(duì)于硬件開關(guān)的自檢，PLC檢測(cè)開關(guān)沒有激活的狀態(tài)（應(yīng)該為0），NC程序使用M功能檢測(cè)激活的狀態(tài)（應(yīng)該為1）。為機(jī)械手的硬件位置開關(guān)正常工作提供了檢測(cè)保障，是比較完善的自檢保證措施。

如圖6所示的最后兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，是PLC對(duì)于U軸和W軸硬件開關(guān)在一定區(qū)間的狀態(tài)自檢，如果該狀態(tài)不正常，則會(huì)有相應(yīng)的報(bào)警。機(jī)械手往復(fù)運(yùn)行一次，PLC、NC則會(huì)多次檢測(cè)開關(guān)狀態(tài)是否正常。

3、結(jié)語

該系統(tǒng)使用四年多來，運(yùn)行正常。數(shù)控系統(tǒng)顯示了極高的穩(wěn)定性，安全功能有效地實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)級(jí)別的安全保護(hù)，雙通道的性能得到了極致的發(fā)揮。該生產(chǎn)線性能可靠，由于MTX micro的高性價(jià)比，使得該自動(dòng)生產(chǎn)線的現(xiàn)場應(yīng)用得到了不斷的功能擴(kuò)展。和進(jìn)口的自動(dòng)線相比，性價(jià)比、實(shí)用性都得到了驗(yàn)證，優(yōu)勢(shì)明顯。近幾年，公司已經(jīng)推廣該生產(chǎn)線十余條，為大眾、康明斯等多家知名公司配套產(chǎn)品。

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