施耐德LMC058運(yùn)動(dòng)控制器在成型機(jī)上的應(yīng)用

許志勝，劉 英

（1.大連三壘機(jī)器股份有限公司，大連 116000；2.大連博瑞重工有限公司，大連 116000）

施耐德LMC058運(yùn)動(dòng)控制器在成型機(jī)上的應(yīng)用

許志勝1，劉 英2

（1.大連三壘機(jī)器股份有限公司，大連 116000；2.大連博瑞重工有限公司，大連 116000）

介紹了在成型機(jī)上應(yīng)用施耐德新一代LMC058運(yùn)動(dòng)控制器與CANmotion機(jī)器總線以及XBTGT5230觸摸屏構(gòu)成了成型機(jī)的控制系統(tǒng)，采用電子凸輪功能實(shí)現(xiàn)對(duì)成型機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。整機(jī)自動(dòng)化水平高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

LMC058運(yùn)動(dòng)控制器；成型機(jī)；電子凸輪

0　引言

在橡塑行業(yè)中，成型機(jī)作為整務(wù)生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備，在將PP、PE、PVC等原材料到波紋管成型的過(guò)程中，起了非常重要的作用。以前的成型機(jī)均以立式成型機(jī)為主，但其模塊上下開(kāi)合，占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，但模塊更換較困難，特別是大口徑模塊的更換；同時(shí)模塊對(duì)數(shù)多，更換時(shí)間長(zhǎng)，模塊不易采用水冷，影響生產(chǎn)效率。新一代的成型機(jī)以臥式為主，而本文所介紹的是臥式成型機(jī)的升級(jí)產(chǎn)品：梭式成型機(jī)。它采用運(yùn)動(dòng)控制器和伺服進(jìn)行控制，具有自動(dòng)回位，定位糾偏等優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)不同的管材時(shí)，可以根據(jù)管材型號(hào)進(jìn)行更換模具即可，而且生產(chǎn)速度更快，生產(chǎn)的管材質(zhì)量更好。

1　成型機(jī)介紹

波紋管成型機(jī)是生產(chǎn)波紋管的核心設(shè)備，由成型模具，傳動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成。成型模具一般由30～40對(duì)上下（或水平）對(duì)開(kāi)的模片組成，沿一定的軌跡移動(dòng)，模具閉合構(gòu)成圓形管子的成型腔，模具打開(kāi)，使制品脫模，模具可由水或空氣冷卻。其成型過(guò)程為：從擠出機(jī)擠出管在一定的水壓下，經(jīng)過(guò)真空吸附，使內(nèi)外壁分別貼合在成型模具和內(nèi)定棒上成型。而本文所介紹的新一代梭式傳動(dòng)的成型機(jī)，可以減少模塊的數(shù)量，進(jìn)而減少投資成本。波紋管成型機(jī)的關(guān)鍵就是成型模具運(yùn)行軌跡的確定，首先建立模具運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型，然后打印出其軌跡，最后按照這一軌跡組合模具。

2　電氣系統(tǒng)構(gòu)成

2.1施耐德LMC058運(yùn)動(dòng)控制器的特點(diǎn)

性能方面，LMC058運(yùn)動(dòng)控制器擁有雙核處理器：

圖1　雙壁波紋管生產(chǎn)線

內(nèi)核1專門(mén)用于管理程序任務(wù)，并且為同步軸控制和應(yīng)用代碼的實(shí)時(shí)執(zhí)行提供最大的資源。

內(nèi)核2專門(mén)用于執(zhí)行通訊任務(wù)，程序執(zhí)行的性能從此不再受影響。

為提高設(shè)備的性能和可靠性，LMC058運(yùn)動(dòng)控制器有一個(gè)用于主編碼器（增量式或SSI）的15針SUB-D連接。

LMC058的執(zhí)行速度可以達(dá)到22ns每指令、即每毫秒可以執(zhí)行超過(guò)45，000務(wù)布爾指令，最大可管理2400個(gè)I/O，64MB RAM用于程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)提供128 MB閃存用于應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)的備份，LMC058運(yùn)動(dòng)控制器能夠消除您對(duì)設(shè)備能力的各種顧慮。

在開(kāi)發(fā)LMC058運(yùn)動(dòng)控制器時(shí)，充分考慮了為客戶節(jié)約成本的因素，CPU的標(biāo)準(zhǔn)配置。

包含：

42個(gè)離散量I/O

內(nèi)置串口和以太網(wǎng)口

4路模擬量輸入 （型號(hào)LMC058 LF424）

1個(gè)CANopen主站

1個(gè)CANmotion主站

與以往獨(dú)立的CPU與的運(yùn)動(dòng)控制器不同的是LMC058將邏輯控制與運(yùn)動(dòng)控制集中到一個(gè)CPU中，省去了以前麻煩的握手信號(hào)，符合IEE61131-3的編程標(biāo)準(zhǔn)以及符合PLCOpen標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制功能塊［2］。功能塊方面有強(qiáng)大的電子凸輪MC_Camin，電子齒輪MC_ GearIn，梯形模式凸輪等功能MC_Movelink，能夠很好的滿足客戶在工藝方面的控制需求。

圖2　系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

2.2控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

整套控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用CANmotion以及EtherNet網(wǎng)絡(luò)，LMC058運(yùn)動(dòng)控制器與Lexium32伺服之間采用CANmotion網(wǎng)絡(luò)，觸摸屏與LMC058之間采用EtherNet網(wǎng)絡(luò)。此CANmotion連接可在250kbps與1Mbps之間配置， 并可提供對(duì)多達(dá)8個(gè)Lexium32伺服驅(qū)動(dòng)器和/或Lexium SD3步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行配置和控制的選擇。CANmotion總線循環(huán)時(shí)間可確保軸位置得以刷新。為確保運(yùn)動(dòng)總線上的最高性能，建議采用菊花鏈連線架構(gòu)。

3　控制難點(diǎn)以及解決方案

圖3為成型機(jī)模塊某一運(yùn)動(dòng)瞬間的運(yùn)動(dòng)軌跡圖，從圖中可以看出：

1）在返回區(qū)域成型模塊以加快速度返回，這樣，可以減少模塊的數(shù)量，進(jìn)而減少投資成本。

2）成型模塊在中央成型區(qū)的進(jìn)入處和返回處的過(guò)渡，不通過(guò)曲線導(dǎo)軌，模塊以直角的形式進(jìn)入中央成型區(qū)并從其返回，因而減少了機(jī)器的寬度。

3）成型模塊的全部動(dòng)作都通過(guò)伺服電機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而保證了成型機(jī)高度平穩(wěn)的運(yùn)行并生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。

大連三壘臥式成型機(jī)SBZ500S在控制系統(tǒng)上主要由四軸伺服構(gòu)成，分別為主軸、輸送軸、合模軸和分模軸。有些同類型的成型機(jī)也由五軸來(lái)構(gòu)成，第五軸為上分模軸。工作原理為成型模塊從左右通道返回成型通道的開(kāi)始位置，然后以垂直的角度進(jìn)行成型通道，運(yùn)行的軌跡為矩形而不是橢圓形［3］，如圖3所示。

圖3　臥式成型機(jī)模塊排列圖

模塊要按照設(shè)計(jì)好的曲線來(lái)運(yùn)行，才能保證管材的成型。LMC058運(yùn)動(dòng)控制器使用SoMachine軟件的Trace功能，通過(guò)在軟件中預(yù)先輸入需要監(jiān)控的伺服參數(shù)，啟動(dòng)數(shù)據(jù)跟蹤功能，就可以監(jiān)控到實(shí)際曲線。例，伺服軸的位置曲線監(jiān)控如圖4所示。

圖4　各軸曲線軌跡表

系統(tǒng)的難點(diǎn)在于伺服軸之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，以主軸位置為參考，進(jìn)行相應(yīng)的位置移動(dòng)。而解決這一問(wèn)題的最好方法就是電子凸輪功能。電子凸輪由機(jī)械凸輪演變而來(lái)，相對(duì)于機(jī)械凸輪，具有數(shù)據(jù)可修改行性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。LMC058中提供了電子凸輪功能，根據(jù)設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)建立凸輪表，首先，MC_Home通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)在控制系統(tǒng)及機(jī)械系統(tǒng)間建立位置關(guān)聯(lián)。然后，正常運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)各個(gè)軸與主軸之間的MC_CamIn指令，在啟動(dòng)主軸的MC_MoveVelocity速度控制，就能保證各個(gè)伺服軸按照上述的曲線運(yùn)行。如果在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)由于某一個(gè)伺服軸滯后，也可以使用MC_MoveSuperimposed來(lái)對(duì)當(dāng)前滯后的伺服軸進(jìn)行位置的追趕。系統(tǒng)還具有保護(hù)功能，如果出現(xiàn)某一個(gè)伺服軸或者其他影響生產(chǎn)的錯(cuò)誤報(bào)警，通過(guò)對(duì)此伺服軸以及報(bào)警代碼的監(jiān)控，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行停機(jī)。

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4　結(jié)束語(yǔ)

大連三壘的成型機(jī)是最早使用施耐德LMC058運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)備，同時(shí)使用XBTGT5230觸摸屏進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，報(bào)警監(jiān)控，凸輪曲線監(jiān)視等。操作簡(jiǎn)單，各項(xiàng)工藝指標(biāo)滿足生產(chǎn)工藝的技術(shù)要求，自調(diào)試完畢后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定， 已經(jīng)投入到實(shí)際生產(chǎn)中，效果良好。

［1］ 任忠恩.“梭式傳動(dòng)”SBZ800雙壁波紋管成型機(jī)［C］.全國(guó)市政建設(shè)應(yīng)用管材管件及新技術(shù)與產(chǎn)品推廣交流研討會(huì)，2003.

Application of schneider LMC058 motion controller in forming machine

XU Zhi-sheng1， LIU Ying2

TP273

B

1009-0134（2016）10-0033-02

2016-06-13

許志勝（1975 -），男，黑龍江人，工程師，本科，研究方向?yàn)樗芰显O(shè)備制造。