• 施耐德LMC058運動控制器在車臺邊梁冷彎成型生產線上的應用

    發表時間:2021-01-28 文章出處:北京北成新控伺服技術有限公司人氣:-

    摘要: 

    本文主要介紹了施耐德LMC058運動控制器與LXM23A伺服系統在車臺邊梁冷彎成型生產線上的成功案例,主要采用了 CANMotion 運動控制總線實現對伺服系統的控制,并可以執行由 CAD/CAM 軟件生成的 G 代碼文件,從而實現了 CNC 的功能,本文重點介紹了工藝原理、結構特點、工藝流程、控制方案等。




    前言近年來,隨著我國大規模的基建投資和工業化進程的快速推進,也為了解決城市有限的土地面積和越來越多的建設用地及停車位的需求,國家建設部在有效利用地下空間資源及地上空間資源上出臺了新的政策,即要求新的住宅或寫字樓,必須配有一定數量停車位,因此,立體停車設備近幾年來得到了超速的發展。而本文中所描述的設備便是加工車臺托盤邊梁的重要設備,尤其重要的是可以對整卷鋼板原材料進行加工,從放卷開始直至成品被輸送出來全程均是通過此生產線完成控制。應用客戶系專業從事特種加工設備的研發、制造和銷售的中國頂級品牌企業,此設備填補了行業空白。



    01

    工藝簡介

    1、設備外觀


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    車臺邊梁冷彎成型生產線可通過 CAD/CAM 軟件對加工圖形進行轉換,從而生成 G 代碼文件,由伺服系統完成沖孔、等離子切割圖形等加工工序;本設備具有倍率調整、緊急停止、暫停、單步執行、M 代碼等功能;具有操作簡單、性能可靠、技術先進、易于維修保養、加工精度高、重復定位精度高、生產效率高等優點。


    2、結構特點

    該設備由放卷機構、沖孔機構、裁切機構、冷彎成型機構、輸送機構、等離子切割系統、液壓系統、電氣控制系統等組成,其中水平橫移 X、Y 軸采用 LXM23A 系列伺服系統控制,提高了定位精度與工作效率。


    3、工作原理

    主要工序為原點回歸,水平橫移 X、Y 軸的手動操作,G 代碼文件的執行,且在運行過程中可以調整倍率從而實現兩軸的速度變換等,傳動系統采用伺服系統與進口齒輪齒條,使定位精度可精確至 0.01 mm,重復定位精度至 0.01 mm,通過上位機可對加工工藝參數進行設置與監控。


    為確保設備安全性,每個軸的機械限位信號(常閉信號)與原點信號直接接入伺服系統,在遇到機械限位信號或原點信號時,使伺服系統可以快速反應。


    4、工藝流程


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    如圖所示,工藝流程如下:放卷 -- 放卷儲料區 -- 夾鉗夾緊 -- 定位沖孔 -- 等離子切割與廢料回收 -- 去毛刺與裁切 -- 出料儲料區 -- 冷彎成型 -- 成品裁切 -- 成品輸送。


    Ⅰ、點擊“手動畫面”可進入手動操作,如油泵啟停、夾鉗夾緊等動作,也可完成對水平橫移 X、Y 軸的點動移動等動作,且可通過倍率旋鈕實現速度變換;


    Ⅱ、點擊“原點回歸”按鈕,執行原點回歸功能,原點回歸采用查找到原點信號再反轉找電機 Z 相的方式,提高原點回歸的定位精度,同時,也可重復執行原點回歸功能;


    Ⅲ、點擊“加載NC 程序”按鈕,上位機軟件自動按照每一段車臺邊梁的加工圖形生成N 個G 代碼文件,并自動定義文件名字為1.txt - 50.txt;


    Ⅳ、點擊“解碼啟動”按鈕,首先執行對“1.txt”文件的解碼工作,同時解碼狀態欄中會顯示“正在解碼中…”信息,當解碼完成后,解碼狀態欄中會顯示“解碼完成”;


    V、點擊“定位啟動”按鈕,則系統立即執行G 代碼文件,在運行過程中可以通過調整倍率旋鈕實現速度變換,當倍率為零時,系統停止運行,不為零時,系統繼續執行;發生緊急情況下可按下“緊急停止”按鈕,則系統立即停止,當恢復“緊急停止”按鈕時,按下“定位啟動”可繼續停止前的工作直至G 代碼文件被完全執行完成;


    VI、支持M 代碼,在執行至M 代碼時,可通過SMC_Interpolator 的wM 變量監控到執行M 代碼的當前值,從而根據此數值進行邏輯部分的控制,當完成該步M 代碼時,觸發bAcknM 輸入則繼續執行G 代碼文件;


    VII、在G 代碼文件執行過程中,可以獲取當前G 代碼的執行行號,從而獲取G 代碼文件的執行情況。


    5、設備性能指標

    工件寬度:420 mm ~ 470 mm

    工件厚度:3 mm

    最大沖孔直徑:¢ 30 mm

    最小沖孔直徑:≥ 板厚

    沖孔模位數:7

    數控軸數:2 x 3 KW,轉速:2000 r/min

    定位精度:0.01 mm

    重復定位精度:0.01 mm



    控制系統的技術要求與控制方案

    02


    1、技術要求

    運動控制器:開關量輸入:158,24 VDC;晶體管輸出:64,24 VDC,0.5A;高速計數輸入:2 CH;內置 CANMotion 運動控制總線, Modbus TCP 工業以太網接口;支持 G代碼文件的執行。


    伺服系統:兩臺 3 KW 的 LXM23A 系列伺服控制系統,控制水平橫移 X、Y 軸,無抱閘


    2、控制方案

    采用施耐德電氣整體解決方案,并以LMC058 運動控制器為核心:


    I、LMC058 與LXM23A 伺服系統之間采用CANMotion運動控制總線,從而實現兩軸的點動、原點回歸、相對與絕對定位控制、G 代碼文件執行等功能,可實時獲取當前位置、當前速度、工作狀態等信息;


    II、可實現倍率調整;


    III、LMC058 與上位機之間采用工業以太網 Modbus TCP 協議實現數據采集與控制,上位機采用 VB 開發的界面,具有數據的監控與設置,NC 文件的修改、保存與導入等功能,G代碼文件通過 FTP 的方式下載至 LMC058 中;


    IV、所有控制部分全部采用 CANMotion 運動控制總線,具有安裝操作方便、節約配線時間、減少了因硬件接線過多造成的潛在隱患點、抗干擾能力強、可擴展性等優勢。

    系統架構如下:


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    3、控制難點分析

    I、G 代碼文件執行;常用的G 代碼定義與標準的書寫方式,如下:

    N:行號或序列號

    G00:快速定位

    G01:直線插補定位

    G02:CW(順時針)圓弧/螺旋插補定位

    G03:CCW(逆時針)圓弧/螺旋插補定位

    G04:暫停延時

    G17:XY 平面選擇

    G18:ZX 平面選擇

    G19:YZ 平面選擇

    G17/G18/G19:決定圓弧/螺旋插補的平面選擇,對于直線插補無任何影響

    G90:絕對坐標定位

    G91:相對坐標定位

    E:加速度與減速度

    F:速度

    I/J/K:在 G02/G03 指令中,定義圓弧/螺旋插補的參數,常用于圓弧的加工

    R:在 G02/G03 指令中,定義圓弧/螺旋插補的參數,常用于整圓的加工,定義圓的半徑

    X/Y/Z:軸的設定位置,如 X-100.5 Y210.2 Z-300.0

    M 碼:用戶自定義M 碼的作用


    標準的 G 代碼格式

    N0 E500 E-500

    N1 G01 X1000 Y-100 F100

    N2 G00 Z-10 F200

    N3 G01 X500 Y-50 F60

    不同的 G 代碼不能在同一行內,比如:N1 G90 G01 X1000 Y-100 F100

    如上所示,如果已經聲明了加速度與減速度,則在以下的G 代碼中未聲明加速度與減速度的,默認為上面設置的加速度與減速度;


    II、因為生產線的鋼板原材料是不間斷進給的,因此,整條鋼板需要加工N 個成品,如果按照整條鋼板的加工量來生成G 代碼文件時,所生成的G 代碼行數可達2 萬行,這大大超過了LMC058 可執行G 代碼文件的處理能力,因此,我們在生成G 代碼文件時,按照每一個成品所需要的G 代碼數量來進行分割,將2 萬行的G 代碼文件分割為50 份或更多(占用內存約為40-50 Mb 之間,LMC058 的最大內存為128 Mb,完全滿足應用要求),這樣,我們將所有G 代碼文件加載至LMC058 的內存中,但是在解碼啟動G 代碼文件執行時,我們只解碼“1.txt”,然后,當第一個成品加工完成時,定位機構需要退回至加工原點,我們在這個過程中,自動加載“2.txt”并對其進行解碼,在達到加工條件時,可以不間斷的進行定位沖孔等動作,依次類推,從而完成對整條鋼板的不間斷加工;


    III、重復定位精度;LXM23A 伺服系統的原點回歸方式選擇為7 或11,描述為:以第一速度查找原點信號,當遇到原點信號時,電機反轉,以第二速度離開原點信號的下降沿后,查找到電機的Z 相信號后停止,但由于LXM23A 的原點回歸在找到Z相信號后,會有一個減速過程,從而產生了一個小的位置偏差,無法保證不同回原點速度下的位置偏差相同;


    解決方案:在原點回歸完成后立即執行一次MC_MoveAbsolute 絕對定位使其找到真正的電機Z 相信號,此時,坐標系的位置全部為零;


    IV、伺服系統每次原點回歸的位置不一致?原點回歸模式為遇到原點信號之后反轉找到伺服系統的 Z 相后停止,在原點信號非常接近伺服系統 Z 相信號的情況下,如果原點信號響應時間快,則會發生反轉時立刻就會抓到伺服 Z 相的現象,而原點信號響應時間慢時,則會發生反轉時伺服 Z 相到達而原點信號還未到達的現象,造成原點回歸停止在伺服第二次 Z相信號位置;

    解決方案:輕微移動原點信號,使其在觸發時大約在伺服相對 Z 相點的半圈位置。

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    4、NC 文件的加載

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    根據客戶需要,使用VB 開發了使用FTP 方式傳輸NC 文件的工具軟件,此軟件可以集成在上位機系統中,或者二次開發均可;

    軟件啟動后,會在D:\根目錄下創建一個“NCFiles”文件夾;

    傳送單個文件時,傳輸至LMC058 的NC 文件名字指定為“NC.txt”;傳送多個文件時,會將D:\NCFiles 文件夾下的所有*.txt 傳輸至LMC058,但不會更改文件的名字,需要使用某一個文件時,需要在LMC058 的程序功能塊中設置文件名字。


    5、如何驗證G 代碼文件生成的圖形

    在實際應用中,用戶常常使用不同的軟件進行G 代碼文件的生成,因此,這里有一個問題,就是其中G 代碼的小數點保留位數的問題,舉例來講,我們使用一個第三方的軟件生成G 代碼文件下載至LMC058 后,發現應該是一個整圓的動作,但是執行的效果卻是不符的,通過第三方的NC 路徑查看軟件驗證此圖形是正確的,經過自己分析G 代碼文件后,發現在G02 指令中的I 參數正確的數值應該為10.6235,但是在第三方軟件生成時,變為了I10.623,因此LMC058 無法正確的識別這個G 代碼,從而產生了不同的執行結果;

    解決方法:盡可能的保留生成G 代碼文件中的數值的小數點位數,如7 位或8 位。


    為了避免此類情況的發生,有兩種方式可以實現對G 代碼的驗證:

    I、新建一個LMC058 的工程,添加“CNC”,將G 代碼復制至編輯框內,則自動生成所描

    述的圖形,如下:


    5.png



    如果G 代碼文件在這種方式下,不能生成正確的圖形,則需要檢查G 代碼文件的正確性

    II、使用權威的第三方NC View 軟件進行圖形查看,進一步驗證



    6.png




    03

    應用總結


    本系統采用了施耐德電氣整體解決方案,具有以下幾大優勢:

    □ 采用CANMotion運動控制總線,消除了常規控制方式所帶來的種種不安全潛在因素,不需要改變任何硬件接線的多模式自由切換方式使控制更加靈活,數據信息的實時反饋確保系統穩定運行,通過總線控制方式,有效降低了生產成本,減少了配線工作量,為未來設備的擴展與更新提供了便利條件;


    □ 提高了設備運行的穩定性;


    □ 提高了設備生產效率。采用施耐德電氣方案后,生產速度可達10 m/min。生產速度提高10%,設備運行穩定性相比以前提高10%;


    □ 人性化的編程界面,多種語言混合編程模式,操作簡單,使用方便。


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