伺服驅(qū)動(dòng)器在30 MN鋁擠壓機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)后部堆垛中的應(yīng)用

王雪峰 張 維 陳英凱 強(qiáng)亞波 柴 華

(中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西710032)

鋁擠壓機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)后部的堆垛機(jī)，常采用變頻器配合外部絕對(duì)值編碼器，通過(guò)PLC的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)位置和速度的控制，這種控制方式對(duì)于小規(guī)模和自動(dòng)化要求不高的企業(yè)沒(méi)有問(wèn)題，但是隨著鋁加工行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)于大型的、有高度自動(dòng)化需求的企業(yè)，逐漸滿(mǎn)足不了用戶(hù)的生產(chǎn)要求，因?yàn)槠髽I(yè)對(duì)堆跺的效率和穩(wěn)定性要求也越來(lái)越高，逐漸成為考核鋁加工設(shè)備智能化水平高低的重要環(huán)節(jié)，也促進(jìn)了伺服系統(tǒng)在堆垛機(jī)行業(yè)的快速推廣和應(yīng)用。

以我院為土耳其提供的30 MN鋁擠壓機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)的配套后部設(shè)備——高速堆垛機(jī)為例，介紹伺服驅(qū)動(dòng)器的顯著特點(diǎn)及在高速堆垛機(jī)上的應(yīng)用。

1 單軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述及工作原理

該規(guī)格驅(qū)動(dòng)器具有良好的擴(kuò)展性和靈活性，它集矢量控制與伺服控制于一身，特別適用于速度、轉(zhuǎn)矩和定位控制，可以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的高性能設(shè)備。既支持標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS-DP，也具有PROFINET接口，通過(guò)這些接口，可方便地集成到上位自動(dòng)控制系統(tǒng)中，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、選型、組態(tài)、調(diào)試工具保證了使用的便捷性。該規(guī)格單軸驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)形式為整流單元和逆變單元集成在一起，本系統(tǒng)由CU310-2PN控制單元、PM240-2功率模塊、1FK7伺服電機(jī)以及采用DRIVE-CLiQ通訊方式的編碼器等組成。

2 伺服驅(qū)動(dòng)器在高速堆垛機(jī)上的解決方案

2.1 工藝流程

工藝流程：?jiǎn)?dòng)自動(dòng)程序→隔條上料電機(jī)運(yùn)行(只要有隔條就自動(dòng)啟動(dòng)并到前極限停止)→隔條旋轉(zhuǎn)盤(pán)電機(jī)運(yùn)行(檢測(cè)有隔條就運(yùn)行一次，即旋轉(zhuǎn)90°并送1根隔條)→隔條精準(zhǔn)輸送電機(jī)(檢測(cè)有隔條即運(yùn)行，輸送隔條數(shù)量HMI設(shè)定)→隔條發(fā)送完畢并精準(zhǔn)到位→抓料機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)下降(抓料機(jī)械手必須打開(kāi))→抓料機(jī)械手閉合(抓料機(jī)械手到下極限)→抓料機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)上升(抓料機(jī)械手必須關(guān)閉)→抓料機(jī)械手橫移電機(jī)前進(jìn)到位(抓料機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)上升到上極限位)→抓料機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)下降(下降極限位置隨料框內(nèi)料高的變化而變化)→抓料機(jī)械手打開(kāi)(抓料機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)到下極限)→抓料機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)上升到位→抓料機(jī)械手橫移電機(jī)后退并到位停(抓料機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)上升到上極限位)→自動(dòng)結(jié)束。

2.2 電控系統(tǒng)介紹

采用以S7-400系列CPU為載體，TIA Portal V15開(kāi)發(fā)軟件為平臺(tái)，伺服驅(qū)動(dòng)器為定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)，共同組成電氣控制系統(tǒng)。S7-400CPU可以通過(guò)PROFINET網(wǎng)絡(luò)同伺服驅(qū)動(dòng)器通信，S7-400CPU通過(guò)TIA Portal V15驅(qū)動(dòng)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)功能塊FB284來(lái)實(shí)現(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)器的基本定位(EPOS)控制，功能塊FB284可在循環(huán)組織塊OB1和循環(huán)中斷組織塊中進(jìn)行調(diào)用。

2.3 對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行項(xiàng)目配置

使用調(diào)試軟件Starter對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行項(xiàng)目配置。

2.3.1 配置裝置基本參數(shù)

在驅(qū)動(dòng)器選項(xiàng)下點(diǎn)擊插入驅(qū)動(dòng)器，在驅(qū)動(dòng)器類(lèi)型里選擇類(lèi)型：選擇“servo”伺服，在功能選擇中，選擇“Basic position”激活基本定位，在STARTER軟件，伺服驅(qū)動(dòng)器硬件配置結(jié)束后在線(xiàn)，連接驅(qū)動(dòng)器，打開(kāi)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)列表，r108.3=1，r108.4=1(activated)，表示定位功能已激活。如有其他要求，可選擇相應(yīng)選項(xiàng)，選擇不同選項(xiàng)后會(huì)對(duì)后面配置有影響，研究?jī)H側(cè)重于基本定位功能，其它的參數(shù)設(shè)置可根據(jù)電機(jī)的實(shí)際情況依次設(shè)定。

2.3.2 配置通信西門(mén)子報(bào)文111

在通訊報(bào)文配置中添加111報(bào)文，見(jiàn)圖1，并按順序排列，且此順序圖應(yīng)與PLC軟件的硬件組態(tài)一致。

圖1 配置驅(qū)動(dòng)器的機(jī)械參數(shù)Figure 1 Mechanical parameters allocation of driver

2.3.3 配置驅(qū)動(dòng)器的機(jī)械參數(shù)

在“mechanics”對(duì)話(huà)框界面中配置驅(qū)動(dòng)器的機(jī)械參數(shù)，Load revolutions和Motor revolutions設(shè)置電機(jī)和負(fù)載的機(jī)械齒輪比，LU per load revolution設(shè)置負(fù)載側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈物體移動(dòng)距離對(duì)應(yīng)的數(shù)值，如果負(fù)載移動(dòng)10 mm，則此時(shí)10000LU 對(duì)應(yīng)10 mm；Modulo range and Activate modulo correction設(shè)置模態(tài)軸功能，模態(tài)軸是指運(yùn)行距離達(dá)到模態(tài)范圍后清零的功能，適合旋轉(zhuǎn)軸使用，如圖2。

圖2 “mechanics”對(duì)話(huà)框界面中配置驅(qū)動(dòng)器的機(jī)械參數(shù)Figure 2 Mechanical parameters allocation of driver on “mechanics” dialog interface

2.3.4 配置驅(qū)動(dòng)器的軟硬限位參數(shù)

在“Limit”對(duì)話(huà)框界面中配置驅(qū)動(dòng)器的軟限位和硬限位參數(shù)，Positive end position和Negative end position參數(shù)界面輸入軟限位的正負(fù)限幅值；Minus stop output cam Plus stop output cam設(shè)置外部限位開(kāi)關(guān)的硬限位信號(hào)點(diǎn)(該信號(hào)需要保持高電平)。

2.3.5 配置驅(qū)動(dòng)器相關(guān)運(yùn)行動(dòng)態(tài)參數(shù)

在圖3界面中配置驅(qū)動(dòng)器的相關(guān)運(yùn)行動(dòng)態(tài)參數(shù)。Max velocity設(shè)置最大速度，Max acceleration和Max deceleration設(shè)置最大的加減速度，Max Jerk設(shè)置最大的加減速度變化率，Jerk limitation activation設(shè)置Max Jerk參數(shù)是否生效。

圖3 配置驅(qū)動(dòng)器的相關(guān)運(yùn)行動(dòng)態(tài)參數(shù)Figure 3 Related operation dynamic parameters allocation of driver

2.3.6 配置驅(qū)動(dòng)器點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行參數(shù)

在“Jog”界面中配置驅(qū)動(dòng)器的點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行參數(shù)。EPOS Jog1/Jog2 velocity setpoint設(shè)置速度點(diǎn)動(dòng)的給定值，EPOS Jog1/Jog2 traversing distance設(shè)置距離點(diǎn)動(dòng)的給定值。管腳點(diǎn)動(dòng)方式對(duì)應(yīng)的點(diǎn)動(dòng)速度設(shè)定值同此。

2.3.7 對(duì)絕對(duì)值編碼器校準(zhǔn)

在圖4界面中對(duì)絕對(duì)值編碼器校準(zhǔn)。

圖4 對(duì)絕對(duì)值編碼器校準(zhǔn)Figure 4 Correction of absolute values encoder

2.4 TIA Portal軟件中配置伺服驅(qū)動(dòng)器

在網(wǎng)絡(luò)視圖中添加伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，設(shè)置IP地址及設(shè)備名稱(chēng)。在伺服驅(qū)動(dòng)器的設(shè)備視圖中插入DO SERVO，并為DO SERVO選擇控制報(bào)文SIEMENS telegram 111，需要注意添加的模塊和報(bào)文順序必須和STARTER(圖1)軟件一致，見(jiàn)圖5。

圖5 TIA Portal軟件中配置Figure 5 allocation in TIA Portal software

2.5 功能塊FB284

功能塊FB284可在循環(huán)組織塊和循環(huán)中斷組織塊中調(diào)用，以提高該功能塊的掃描周期，在OB1中將DriveLib_S7_300_400中的SINA_POS(FB284)功能塊拖拽到編程網(wǎng)絡(luò)中，見(jiàn)圖6。

圖6 在OB1中將FB284功能塊拖拽到編程網(wǎng)絡(luò)中Figure 6 FB284 function block in OB1 moved to programming network

FB284功能塊的管腳ModePos輸入用于運(yùn)行模式的選擇?？筛鶕?jù)設(shè)備工藝的要求，在不同的運(yùn)行模式下進(jìn)行切換，如需要工作在相對(duì)定位模式，讓ModePos=1；如果需要工作在絕對(duì)定位模式，讓ModePos=2；同理，需要工作連續(xù)運(yùn)行模式，讓ModePos=3，可以很方便地根據(jù)設(shè)備工藝要求，選擇對(duì)應(yīng)的控制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備高速精準(zhǔn)定位控制。該功能塊的常用管腳設(shè)置：

(1)CancelTraversing：一般常置1，即不取消當(dāng)前運(yùn)行命令。

(2)IntermediateStop：連接急停信號(hào)，伺服運(yùn)行前必須接通。

(3)FlyRef：如果需要運(yùn)行過(guò)程中回零，則該管腳置1，否則置0。

(4)ExecuteMode：激活請(qǐng)求模式，上升沿。

(5)OverV：設(shè)定速度百分比，設(shè)置為100。

(6)OverAcc：設(shè)定加速度百分比，設(shè)置為100。

(7)OverDec：設(shè)定加速度百分比，設(shè)置為100。

(8)ConfigEPos：可通過(guò)此參數(shù)控制基本定位的相關(guān)功能，設(shè)置為3，即位0和位1置1，OFF2和OFF3停止無(wú)效。

3 應(yīng)用效果分析

應(yīng)用效果見(jiàn)表1。

表1 應(yīng)用效果Table 1 Application effect

4 結(jié)語(yǔ)

該伺服驅(qū)動(dòng)器在30 MN鋁擠壓機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)后部堆垛中的應(yīng)用，極大地提高了生產(chǎn)效率，該系統(tǒng)操作方便、定位精確、運(yùn)行穩(wěn)定、大大提高了成品件的合格率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，完全滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。