IPG高功率激光器的羅克韋爾PLC控制

李 博， 陳 濤

（1.艾爾希慶華(西安)汽車有限公司， 陜西 西安 710000；2.西安航天自動(dòng)化股份有限公司， 陜西 西安 710065）

引言

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，激光焊接技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展成為汽車制造及精密加工行業(yè)焊接技術(shù)中不可分割的一部分。激光焊接具有焊縫深窄、深寬比高、焊接速度快、熱輸入低、焊縫熱影響區(qū)窄、焊接變形小、焊縫質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。激光焊接不僅工藝簡單，而且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)控制。本文主要是介紹如何實(shí)現(xiàn)AB CompactLogix系列PLC通過以太網(wǎng)協(xié)議控制IPG激光器，把零件焊接到支座上。

1 系統(tǒng)介紹

2.1 AB Compactlogix系列PLC配置

一套ABCompactLogix系列PLC，配置如圖1，PLC（1769-L33ERM），X/Y軸伺服2套（2097-V33PR3-L M），IO模塊若干個(gè)[1]。一套IPGYLS-4000（含冷水機(jī)）配置2路光閘，用于2個(gè)工位焊接。焊接工藝要求：將激光頭固定在工裝支架上，通過控制伺服的移動(dòng)帶動(dòng)工裝支架，實(shí)現(xiàn)激光按照設(shè)定要求焊接。本文側(cè)重于介紹AB PLC對一個(gè)工位的焊接控制。

圖1 AB Compactlogix系列PLC配置

2.2 通訊方式選擇

IPG激光器可提供EtherNet/IP接口和硬件I/O接口。

硬件接口缺點(diǎn)：PLC端增加DI/DO模塊，使用信號電纜進(jìn)行I/O交互和數(shù)據(jù)傳遞；IPG激光控制器端需要使用IPG激光器軟件LaserNet新建激光程序，并在激光程序中設(shè)定激光功率、激光出光時(shí)間等參數(shù)。每次修改參數(shù)比較麻煩，不同型號產(chǎn)品只能調(diào)用不同激光程序。

以太網(wǎng)接口優(yōu)點(diǎn)：以太網(wǎng)通訊，可節(jié)省電纜和I/O模塊等硬件成本。激光功率、激光出光時(shí)間、實(shí)際反饋功率等參數(shù)可以在PLC控制系統(tǒng)觸摸屏上修改。缺點(diǎn)是易受網(wǎng)絡(luò)影響，一旦發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障，設(shè)備則無法運(yùn)行。

綜合考慮后，采用ETHERNET/IP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議對IPG激光器進(jìn)行控制。

2 實(shí)施步驟

2.1 硬件安全回路

選擇配置IPG激光光閘Channel 1，將設(shè)備急停開關(guān)分出2對獨(dú)立無源觸點(diǎn)接入到IPG激光器的安全互鎖回路，確保設(shè)備出現(xiàn)緊急故障，操作人員通過拍急停按鈕，IPG激光器停止出光，防止意外事故發(fā)生。連接頭J21的1-2和3-4只許使用無電勢觸點(diǎn)連接。

另外需要在J42 MPI接口接一根網(wǎng)線，該端口用于激光器與PLC的通訊；在J37 ETHERNET接口接一根網(wǎng)線，該端口用于LaserNet軟件通訊，可監(jiān)控激光狀態(tài)；激光頭、冷水機(jī)、冷卻水回路安裝調(diào)試均由IPG公司工程師完成，不在此一一敘述。

2.2 軟件配置

2.2.1 建立PLC、筆記本電腦與IPG激光器的連接

若要建立IPG激光器、PLC、筆記本電腦之間的通訊連接，它們必須在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)。IPG激光器設(shè)備默認(rèn)的IP地址為192.168.100.1，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0。更改IP地址方法如下：首先配置筆記本電腦網(wǎng)卡到該網(wǎng)段，使用LaserNet軟件設(shè)置目標(biāo)地址為192.168.100.1，建立正常通訊后，更改權(quán)限為SUPERVISOR級別，可以有權(quán)限更改IPG激光器的IP地址（10.55.20.100）和EtherNet/IP地址（10.55.20.101）。LaserNet軟件連接成功后如圖2。

圖2 LaserNet軟件連接成功后

2.2.2 建立PLC與IPG激光器的連接

打開Rslogix5000軟件，在I/O Configurtion選項(xiàng)里的EtherNet添加EtherNet通訊模塊，型號為ETHERNET-MODULE Generic Ethernet Module。創(chuàng)建完成后，在其屬性選項(xiàng)里面用輸入IPG激光器的EtherNet/IP地址10.55.20.101，并設(shè)定通訊參數(shù)和數(shù)據(jù)收發(fā)長度。通訊數(shù)據(jù)格式選擇Data-SINT。軟件配置完成后，下載程序。PLC與IPG激光器如果通訊不正常，PLC的I/O Configurtion里的LaserModule會顯示嘆號，CPU的I/O狀態(tài)會綠燈閃爍。

2.2.3 建立自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

根據(jù)IPG公司激光器手冊提供的Ethernet/IP通訊接口定義，編寫激光器輸入輸出的自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分別命名為LaserStatus和LaserControl。建立自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是優(yōu)化程序的可讀性以及內(nèi)存的使用，減少內(nèi)存的使用，縮短通訊時(shí)間。

2.2.4 編制程序

IPG激光器手冊提供的控制流程圖如圖3所示，通過PLC編程切換激光光閘回路開關(guān)和激光程序號，達(dá)到控制啟停IPG激光器的目的。

控制思路：發(fā)送激光請求，在工位取得激光控制權(quán)后，切換光閘回路和旋轉(zhuǎn)激光程序號，啟動(dòng)伺服開始旋轉(zhuǎn)，同時(shí)啟動(dòng)激光，伺服完成旋轉(zhuǎn)角度要求后，停止伺服旋轉(zhuǎn)和激光，伺服回HOME位。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在觸摸屏上設(shè)置伺服旋轉(zhuǎn)的圓心坐標(biāo)、半徑、旋轉(zhuǎn)速度以及激光焊接功率。PLC程序邏輯在屏蔽IPG激光的條件下完成調(diào)試。PLC接收到實(shí)際焊接功率后，判定產(chǎn)品OK/NG。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，功能正常，安全可靠，生產(chǎn)節(jié)拍滿足生產(chǎn)需要。

圖3 IPG激光器控制流程圖

4 結(jié)語

隨著工業(yè)自動(dòng)化的迅猛發(fā)展，作為控制工廠調(diào)配運(yùn)輸、生產(chǎn)的“大腦”，PLC的地位也將不斷提高。通過編程實(shí)現(xiàn)羅克韋爾Compactlogix系列PLC對IPG激光器的控制，采用EtherNET/IP通訊協(xié)議和自定義數(shù)據(jù)類型進(jìn)行編程，通訊穩(wěn)定可靠，IPG激光參數(shù)修改方便快捷，減少硬接線I/O的信號故障點(diǎn)，值得大力推廣。