引言：華東地區(qū)一直是電工裝備設(shè)備使用大戶，尤其是變壓器鐵芯制造業(yè)。隨著國內(nèi)電力事業(yè)的發(fā)展，變壓器鐵芯橫剪線的應(yīng)用也越來越普遍。國外引進的產(chǎn)品價格高，國內(nèi)中小型企業(yè)無法承受，而且缺乏自主創(chuàng)新能力。本文就介紹了臺達10MC運動控制器、高速CANOPEN總線控制以及A2系列伺服在變壓器鐵芯橫剪線上的應(yīng)用，從而提高全伺服硅鋼片橫剪線的精度和速度。
1 前言
華東地區(qū)一直是電工裝備設(shè)備使用大戶，特別是變壓器鐵芯制造業(yè)。在國內(nèi)也不乏有電工裝備的制造企業(yè)，但在全伺服電動數(shù)控橫剪線方面，與國外同行相比還較落后，尤其是裝備于電力變壓器鐵芯制造的400型、600型、甚至900型的變壓器鐵芯橫剪線。這些年隨著國內(nèi)對電力行業(yè)的大力投入，電力設(shè)備行業(yè)一直處于上升態(tài)勢，很多企業(yè)已經(jīng)看好未來的市場，紛紛采購大型的變壓器橫剪線來裝備自己，從目前國內(nèi)變壓器鐵芯加工行業(yè)近年來對橫剪線的需求來看，液壓橫剪線、氣動橫剪線都因存在諸多的設(shè)計缺陷被逐步淘汰，而進口的加拿大MTM線、德國喬格線等價格太高，一般捉襟見肘的中小型企業(yè)無法承受。
目前，臺達通過與設(shè)備廠商深入合作，開發(fā)出了全伺服硅鋼片橫剪線，通過采用10MC運動控制器與高速CANOPEN總線控制、臺達A2系列伺服，使設(shè)備的精度與速度都達到或超過行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)。并且在控制架構(gòu)上，由于采用總線控制，當(dāng)客戶的設(shè)備需要有更多工位時，可以在不增加控制器成本的情況下，使全套設(shè)備升級，具有極高的可擴充性、靈活性與性價比。
2 設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理
設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 設(shè)備圖
此設(shè)備用于變壓器鐵芯的定長裁切，將成卷的硅鋼帶裁切成一定長度一定形狀的硅鋼片。設(shè)備組成部分(見圖1)包括放料機構(gòu)、送料單元、45度角裁切、135度角裁切、沖V形孔、軌道位置調(diào)整，另外，0度切和圓孔沖為選配。
此設(shè)備全線采用單邊定位、可全自動調(diào)寬。設(shè)備裁切出來的各種形狀的成品，通過相應(yīng)的疊裝法，組合成變壓器鐵芯的半成品，如圖2所示。
圖2 鐵芯的生產(chǎn)過程
圖3 45度與135度裁切 圖4 沖V形孔
設(shè)備工作時，用戶首先選擇想要裁切的硅鋼片形狀，并輸入相關(guān)參數(shù)，起動設(shè)備，PLC先會根據(jù)參數(shù)計算出各工位的動作順序及每一步的送料長度，然后再動作。
設(shè)備的生產(chǎn)過程，本質(zhì)上來說，屬于“停剪”，即先用伺服拖動送料輥，送出相應(yīng)長度鋼帶，然后，送料停止，氣缸壓緊鋼帶，再讓剪切工位動作，讓伺服帶動切刀上下切一次，將料切斷，再送料，周而復(fù)始。
剪切固定形狀的硅鋼片，較為簡單。我們在10MC程序中固化了幾種常用的片型形狀，客戶選擇后，輸入不超過4個參數(shù)，設(shè)備就可裁切出符合要求的硅鋼片。
此設(shè)備控制的真正難點在于，如何實現(xiàn)裁切客戶多種“非標(biāo)準(zhǔn)”片型。
3 電氣架構(gòu)及選型說明
通過詳細了解客戶設(shè)備的工藝(目前的設(shè)備為2剪1沖,配了5顆伺服)，我們給客戶配置了以下產(chǎn)品：PLC: DVP10MC11T+16SP11R×2、人機界面DOP-B10S615、ASDA-A2-M伺服2kW×5、CANOPEN專用電纜與終端電阻以及其它電氣配件。
圖5 控制架構(gòu)圖
4 部分程序說明
設(shè)備工作前，首先要設(shè)好系統(tǒng)參數(shù)，主要是機械相關(guān)參數(shù)。
圖6 系統(tǒng)參數(shù)界面
之后，要設(shè)置好設(shè)備上已裝好了的各工位相對位置，這里的參數(shù)非常重要，決定設(shè)備的裁切精度，及各工位工作時的先后順序。
圖7 刀具偏移量界面
設(shè)備系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定好后，就可以正常生產(chǎn)了。首先，選擇片型，并設(shè)好硅鋼片原料的寬度。如圖8所示，然后輸入加工的長度及片數(shù)，按下啟動按鈕后，設(shè)備生產(chǎn)開始。
圖8 加工長度及片數(shù)設(shè)置界面
上文中提到，如果客戶想要生產(chǎn)非標(biāo)準(zhǔn)片型，怎么辦?在這里，我們?yōu)榭蛻籼峁┝丝晒┢渥杂删庉媱幼鞑襟E的畫面，如送料多少，然后，哪把切刀動，再送料多少，再動哪把切刀等等。
每個客戶自定義的片型有50步加工程序，HMI中一共可存80組片型的數(shù)據(jù)，并且可以給每個片型起名。實現(xiàn)這個功能是利用了臺達屏的配方功能。如圖9所示。
圖9 程序編輯界面
在屏的程序里，我們已將為設(shè)備日后升級成“3剪2沖”做了準(zhǔn)備(多了零度切和圓孔沖)，這樣，不管客戶設(shè)備的配置如何，操作界面是統(tǒng)一的，方便操作人員的使用。
10MC處理上面的用戶自定義片型的方法是：通過將配方從HMI調(diào)回PLC，再通過相應(yīng)運算(由子程序完成)，將數(shù)據(jù)算好，然后由主程序調(diào)用。
圖10 PLC程序
點動調(diào)機主要用于設(shè)備初期調(diào)試與后期的故障排除，如圖11所示。
圖11 點動調(diào)機界面
5 PLC程序說明
10MC使用雙CPU控制，一個CPU執(zhí)行運動控制程序，用CANOPEN BUILDER軟件編程;一個CPU為標(biāo)準(zhǔn)PLC，用臺達WPLSOFT軟件編程，兩個CPU之間通過共用的數(shù)據(jù)交換區(qū)交換數(shù)據(jù)(D6000到D6476)。
根據(jù)10MC自身的特點，在編程時，我們將控制A2伺服的程序編寫在運動控制程序中，共有5個子程序(任務(wù))，分別是CFC1-SON(控制伺服使能及原點初使化)，CFC-JOG(在點動調(diào)機時，控制各伺服)，CFC03-MAIN(設(shè)備正常工作時，控制并協(xié)調(diào)各伺服的動作)，CFC04-STOP(保護功能)，CFC05-READ(將伺服的當(dāng)前位置及速度等相關(guān)參數(shù)讀回，并傳給PLC程序控制相關(guān)氣缸)。
圖12 控制程序界面
PLC部分的程序主要是運算和邏輯處理，讓運動CPU與普通PLC CPU分工處理設(shè)備的程序，使程序結(jié)構(gòu)清晰，調(diào)試方便。
圖13中的PLC程序為點動調(diào)機功能，通過觸發(fā)相關(guān)位信號(如M171,M172等等)，并通過公共數(shù)據(jù)交換區(qū)(這里是D6252，D6253)將信號傳給運動控制CPU，然后運動控制CPU再解析每個位的作用，控制相應(yīng)伺服(如上圖用的是MC MOVE VELOCITY指令)。
圖13 點動調(diào)機功能實現(xiàn)程序
6 伺服調(diào)試簡要說明
臺達A2伺服具有很多工作模式，本文中選擇的是其CANOPEN控制模式，通過DS402協(xié)議控制伺服運轉(zhuǎn)。由于是采用通訊，參數(shù)設(shè)置主要為增益參數(shù)(本文中使用的是半自動增益調(diào)整，頻寬40，開啟共振抑制P2-47=1)、通訊參數(shù)(P3-00到P3-09)。如果現(xiàn)場對通訊的干擾大時，可將通訊參數(shù)P3-09的個位數(shù)由小調(diào)大，并正確使用終端電阻，可解決此問題。
7 結(jié)束語
經(jīng)過調(diào)試，該設(shè)備性能達到同行業(yè)領(lǐng)先水平。由于采用了CANOPEN控制架構(gòu)，接線少，程序以模塊化編輯，方便升級。送料，沖、剪都采用臺達A2系列高響應(yīng)伺服電機驅(qū)動，高效、低噪音。后續(xù)此機型可能配置更多的伺服(最多10顆)，這樣10MC控制器的省配線及成本的優(yōu)勢就更能顯現(xiàn)出來。
作者簡介：
張根軍，出生于1981 年 10 月，畢業(yè)于江蘇技術(shù)師范學(xué)院機械制造與自動化教育專業(yè)，現(xiàn)就職于臺達股份有限公司南京分公司，主要專注于臺達自動化產(chǎn)品在江蘇市場的技術(shù)支持工作。
（轉(zhuǎn)載）
