一種基于S7-1200控制技術(shù)的全向移動安裝裝置設(shè)計

蘆海濤

中航西安飛機工業(yè)集團股份有限公司 陜西 西安 710089

引言

針對傳統(tǒng)起落架安裝方式存在的不足,本文以S7-1200 PLC作為車載控制器,通過SINAMICS V90實現(xiàn)對麥克納姆輪驅(qū)動,設(shè)計了一臺可全方向移動的起落架運輸和安裝裝置,實現(xiàn)了某型機飛機起落架的快速對接裝配,解決了狹窄空間內(nèi)飛機起落架難以運輸、裝配的技術(shù)難題。

1 安裝裝置結(jié)構(gòu)組成及功能

安裝裝置由車體、車載控制器、蓄電池及驅(qū)動輪組、零重力裝置等部分組成。車載控制器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)計算和輪組運動控制,蓄電池組為控制系統(tǒng)和驅(qū)動器提供動力,驅(qū)動輪組負(fù)責(zé)起落架運輸及安裝定位,零重力裝置負(fù)責(zé)起落架姿態(tài)調(diào)整和安裝對接。

2 車載控制器選擇

本安裝裝置使用于工業(yè)控制現(xiàn)場,數(shù)據(jù)運算量適中,但要求車載控制器必須穩(wěn)定和可靠,擴展性要強,同時要便于現(xiàn)場調(diào)試和后續(xù)維護。綜合考慮上述因素,選用西門子S7-1200系列PLC作為導(dǎo)引車車載控制器。

3 驅(qū)動器選型與通訊方式選擇

3.1 驅(qū)動器選擇 自動導(dǎo)引車普遍采用蓄電池供電,其電壓一般在12V-72V左右,驅(qū)動器可以選擇低壓直流型伺服驅(qū)動器,也可以選擇交流伺服驅(qū)動器。選擇交流伺服驅(qū)動器需要配置交流逆變器,將直流電逆變?yōu)樾枰慕涣麟妷汉蠊┙o驅(qū)動器。

交流伺服電機維護方便,容易調(diào)速,控制精度高,本項目選用交流伺服驅(qū)動器。蓄電池輸出電壓直流48伏,采用逆變器將蓄電池輸出電壓逆變至交流220伏供給驅(qū)動器。

3.2 控制器與驅(qū)動器通訊協(xié)議選擇 Profinet是一種新型的以太網(wǎng)通訊系統(tǒng),基于工業(yè)以太網(wǎng),數(shù)據(jù)傳輸速率高,具有很好的實時性,可以直接連接現(xiàn)場設(shè)備。為便于項目調(diào)試和系統(tǒng)集成,本項目驅(qū)動器選擇與車載控制器同一品牌的Sinamcs V90驅(qū)動器。該驅(qū)動器具備高水平的快速定位精度和低紋波的轉(zhuǎn)速波動功能,支持Profinet協(xié)議,通過PROFINET接口,只需一根通訊電纜即可實時傳送運動控制指令并實時反饋驅(qū)動器轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等過程數(shù)據(jù)以及診斷數(shù)據(jù)。

4 輪組驅(qū)動方式選擇

差動輪通過兩輪的差動實現(xiàn)行走和轉(zhuǎn)向,可以實現(xiàn)原地回轉(zhuǎn)等動作,缺點是精度不高,無法適應(yīng)對精度要求較高的場合。舵輪常用于大噸位物料的搬運,體積較大,在狹小空間范圍內(nèi)使用時移動式靈活性不足。麥克納姆輪采用全向驅(qū)動技術(shù),體積較小,可以靈活的實現(xiàn)任意方向上的平移和原地回轉(zhuǎn),特別適用于在狹小的空間內(nèi)全方位移動,且運動精度較高。

5 系統(tǒng)硬件組態(tài)配置

5.1 車載控制器硬件組態(tài)配置 控制系統(tǒng)由西門子S7-1200控制器和SINAMICS V90伺服驅(qū)動器組成,電機選用1FL系列自冷卻永磁同步電機。

打開TIA Portal軟件,新建項目,在添加新設(shè)備窗口中選擇CPU 1215C及對應(yīng)版本。在網(wǎng)絡(luò)視圖中為CPU1215C建立PROFINT網(wǎng)絡(luò),并從右側(cè)的硬件目錄“其他現(xiàn)場設(shè)備→PROFINETIO→Drives→Siemens AG→SINAMICS”中選擇“SINAMICS V90 PN V1.0”,鼠標(biāo)左鍵點擊PROFINT IO網(wǎng)絡(luò),在屬性窗口中,為PLC和V90PN分配IP地址。完成所有驅(qū)動器IP地址設(shè)置后將上面的設(shè)置下載至S7-1200。接下來組態(tài)V90的報文,網(wǎng)絡(luò)視圖中打開V90的設(shè)備視圖,從右側(cè)目錄中“標(biāo)準(zhǔn)報文3,PZD-5/9”拖到左側(cè)的地址列表中。

在工藝對象中插入TO_Positioning Axis,然后對該軸進行組態(tài)。將“軸類型”設(shè)置為線性軸,硬件接口參數(shù)中驅(qū)動裝置類型選擇“PROFIdrive”,再選擇驅(qū)動裝置報文“SINAMICS-V90-PN.驅(qū)動_1”,其余參數(shù)均保持默認(rèn)。

5.2 SINAMICS V90伺服驅(qū)動器參數(shù)配置 SINAMICS V-ASSISTANT工具用于調(diào)試和診斷帶有PROFINET接口的SINAMICS V90驅(qū)動器,用于修改SINAMICS V90 PN的參數(shù)并監(jiān)控其狀態(tài)。

選擇目標(biāo)驅(qū)動器,建立SINAMICSV-ASSISTANT與驅(qū)動之間的通訊。單擊在線,V-ASSISTANT自動從所連驅(qū)動上讀取所有參數(shù)設(shè)置,并在窗口顯示驅(qū)動器和電機型號、電源規(guī)格、額定功率、電流、編碼器類型等相關(guān)信息。

在主界面左側(cè)選擇“設(shè)置PROFINET”菜單,選擇驅(qū)動器所需報文并進行網(wǎng)絡(luò)IP地址設(shè)置,此處IP地址和子站名稱設(shè)置必須與S7-1200控制器硬件組態(tài)相同。根據(jù)控制要求點擊下拉列表并選擇所需報文。

在主界面左側(cè)選擇“參數(shù)”菜單,分別對電機減速比、速度、硬件限位、軟件限位、扭矩保護、控制模式等參數(shù)進行設(shè)置。

6 系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)麥克納姆輪結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu),運行速度與輪組角速度關(guān)系的數(shù)學(xué)模型計算如圖1所示,其中l(wèi)為半車寬,L為半車長,R為輪子半徑,α為小輥子與輪軸夾角,θ1、θ2、θ3、θ4分別為四個輪組的角速度。

圖1 速度計算數(shù)學(xué)模型

7 結(jié)束語

近年來,隨著智能化概念的普及,我國開始大力發(fā)展智能制造技術(shù),特別是航空航天制造領(lǐng)域,許多傳統(tǒng)工藝裝備通過融合智能制造技術(shù)進行了升級換代,實現(xiàn)了智能化運輸和裝配。本文深入探究了如何以S7-1200作為車載控制器,通過選用合適的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和控制算法,設(shè)計了一臺可全方向移動的起落架運輸和安裝裝置,實現(xiàn)了某型機飛機起落架的快速對接裝配,解決了飛機起落架裝配空間小、姿態(tài)調(diào)整難的技術(shù)難題。該裝置已投入生產(chǎn)使用,行走方便,功能完整,運行安全可靠。