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力士樂MTX micro數控係統在桁架（jià）自動線中的應用

2016-8-25 來源：山東濱州渤海活塞股份有限公司作（zuò）者：王龍昌

摘要：文章介紹了力士樂推出的MTX micro數控係統在桁架自動線中的應用（yòng）。該係統具有雙通道功能，係統間聯網簡單易行、性價比高，非常（cháng）適（shì）合該類自動線（xiàn）的控（kòng）製方案。該控（kòng）製方案能縮短在研發階段大量（liàng）的調試時間，可（kě）以靈（líng）活使用CPL高（gāo）級編程實現自動線流程動作。相對於單通道PLC軸而言（yán），能避免大量繁瑣複（fù）雜的PLC工作，給調試帶來（lái）了極大（dà）的方便。

關鍵詞：數控係統；雙通道；CPL高級編（biān）程（chéng）；調試時間；桁架自動線　

從機械行業的展會看到，桁架自動線以洶湧（yǒng）之勢占據自動線大（dà）半天下（xià）。根據公司生產汽車配件的特點，自動線的（de）快速發展之勢，公司自主研發了（le）桁架（jià）式機械手自動（dòng）生產線。該生產線節省了大（dà）量人力，避免了人員（yuán）因素引起的產品加工缺陷，產品工藝的（de）一致性得到了保證，產品質量得到了進一步的（de）提升。

圖1

1、項目介紹

力士樂IndraMotion MTX micro是一款為通用機床市場提（tí）供的緊（jǐn）湊、簡單、功能強大並且經濟的CNC係統解決方案，它由多軸集（jí）成伺服（fú）驅動，高性能NC控製器和用戶友好的人機界麵組成，帶有雙通道功能（néng）。功能強大（dà）的32位處理器確保了較短（duǎn）的CNC和PLC處理時間。係統具備納米級精度、高分辨率的（de）絕對編碼（mǎ）器。最大可以擴展為（wéi）十二軸，配備10.4＂彩色TFT顯示屏。

係統（tǒng）配置的（de）伺服進給電機（jī）皆為（wéi）絕對值編碼器，多圈編碼器（Hiperface）128線，8192倍頻，內部分辨率1.048.576，絕對分辨4096圈。自（zì）帶內存的多圈編（biān）碼器帶來的優勢，無需極限開關無需（xū）電池，在斷電時仍保留軸絕對位置信息。無需軸（zhóu）回零，帶有電子銘牌使電機的調試變（biàn）得簡單。自動線（xiàn）為“U型”布線方案，工件通過運送（sòng）料道周轉到下一道工序，從而完成整個生產線的物流。整（zhěng）線由車（chē）床、鏜床、銑床等多種（zhǒng）類型的設備組（zǔ）成，機械手由豎直（zhí）運行（háng）軸（U軸（zhóu））和水平運行軸（W軸）兩（liǎng）軸驅動，在控製方案中將機（jī）械手的兩軸定（dìng）義為第（dì）二（èr）通道。機床的所有加工軸定義為第一通道。機械手的末端有（yǒu）裝載卡爪、卸（xiè）載卡爪，能通過旋轉氣缸進行兩個卡爪的空間位（wèi）置互換。機械手負責在裝載料道（dào）抓取工件通過（guò）桁架運送（sòng）到機床內，先用卸載卡爪卸（xiè）載切削完成的工件（jiàn），再將新工件安裝到（dào）機床內。完成換料後，機械手把切削（xuē）完成的（de）工件送出機床，放置到卸載料道，再回到裝載料道裝夾工件。以此順序，不斷往（wǎng）複循環。

2、調試過程中的技術方案

2.1、聯網通訊，簡單易行

自動線OP40、OP50是相同的工（gōng）序，使用了一台機械手。控（kòng）製方案是機械手的控製配（pèi）置在OP40係統內，OP50和機械手的通訊即是OP40、OP50之間的通訊。係（xì）統之間的聯網，力士樂係統的通訊（xùn）較（jiào）為簡（jiǎn）潔（jié）省力。軟件（jiàn）通訊協議不占用硬件資源，且無硬件接線故障，通（tōng）訊數據量可以隨時增減，體現出了軟件協議通（tōng）訊的優越性。力士樂係統很多的案（àn）例中，例（lì）如多於十二軸的要求，可以采（cǎi）用係統之間的聯網，從而組成比較複雜的（de）控製。和（hé）計算機的（de）聯（lián）網相同，網線通過以太網交換機即可建立連接。改動一台係統的IP地址，在PLC調用相應的（de）功能塊即可實現係統間（jiān）的數據（jù）通訊。其中：“ipadsdress”是另一台係統的IP地（dì）址；“SendDataAdr”是發送的數組地址；“RecvDataAdr”是收到（dào）的數組地址；“SendDataAdr”和“RecvDataAdr”都是8個（gè）字節共計64位的存儲區。在另一台設備調用“IL_Udpcyclic”功能塊，即可建立兩台設備的數據通訊。按照如此方（fāng）法，僅（jǐn）使用一台交換機，即可實現多台（tái）係統的聯網通訊。

2.2、雙通道編程靈活（huó）

PLC讀寫變量，調（diào）用相應功能塊即可實現。可以使用符（fú）合DIN66025（包括補充標準）語法的NC函數。控製器提（tí）供（gòng）多種（zhǒng）NC函（hán）數，除了（le）DIN66025規定（dìng）的命（mìng）令之外，還包含G代（dài）碼中的重要補充（chōng）內容以及高級語言類型的語法元素。雙通道功（gōng）能是力士樂MTX micro係統高性價比（bǐ）的市場亮點，該價位的係統能（néng）提供雙通道功能確屬少見。高端數控係統所用的高（gāo）級編程語言REPEAT、WHILE、FOR等都可以在該係統編程使（shǐ）用。和（hé）單通道的PLC軸相比，有非常大的優（yōu）越性和靈活性。

雙通道的程序同步功能（程序（xù）等待）如表1所示：

表（biǎo）1

其中：SEV(1) 設（shè）置一個位（wèi）事件；WEV(1)WEV(2) 等待位事件；REV(1) 刪除一個（gè）位事件。

以上三條指令實現了雙通道的等待功（gōng）能，任何一個通道執行到該處，等待另一個通（tōng）道程序執行到該位置“同步”後，方可（kě）共同向下執行程序。

PlC對（duì）於（yú）CPL變量的讀寫：

圖2 圖3

首先要在係統（tǒng）文件（jiàn）/usrfep/wmhperm.dat中定義變量名字及類型。在PLC調用“MT_cplData”功能塊即可實現PLC讀、寫變量。

如上圖3為PLC寫（xiě）變量的截圖：@HYOK是變量名稱，可（kě）以（yǐ）在（zài）NC程序中直接訪問，QCH_HYD_OK是PLC處理邏輯的結果：液壓係統已啟動。結（jié）果（guǒ）：@HYOK=QCH_HYD_OK。

讀CPL變（biàn）量也是使用該（gāi）功能（néng）塊，將參數Mode設定為1，該功能塊即為讀CPL變量。

2.3　控製部分的安全保護

對（duì）於（yú）自動線，控製（zhì）方案的安全設（shè）計始終是一個關鍵的（de）問題，這關係到自動（dòng）線是否能穩定、可（kě）靠地運行，甚至說可以關係到整個生產線將來（lái）的推廣。我公（gōng）司多台進口的（de）大型設備，其安全部分設計得非常有特色，都具備相應的（de）安全保（bǎo）護等級。較為關鍵的地方使用了軟件、硬件的雙重保護。自動線的（de）優勢能（néng）不（bú）能（néng）正（zhèng）常發（fā）揮，維護信息能否完整、詳實，能否切實地（dì）提（tí）高工作效率，關鍵在於控製是（shì）否設計得人性化、合（hé）理（lǐ）化。這些是推（tuī）廣自動化的基礎，是自動化控（kòng）製正常運行的有力保證。對（duì）於該線安全方麵的設計方案，摘（zhāi）取三點說明如下：

2.3.1　急停回路和係統的連接。急（jí）停（tíng）回路設計了PILZ的急停模塊PNOZ S5。安全等級4級（根據EN954-1），具有強製斷開的繼（jì）電器觸點，能保證急停對於係統快速準確的響應。原理圖如下圖4：

圖4

2.3.2　軟件（jiàn）位置（zhì）開關實現區間的保護。MTX micro軟件位置開關最高可對（duì）整個係統中的48個位置（基準點）進行監控（kòng），可向每個軸分配最多8個基準點。隻要軸的當前實際位置大於或（huò）等於（yú）監控位置，即置位軸接口信號iAx_PosSwitch1至iAx_PosSwitch8。

圖5

根據軸接口信號的變化，從而編程相應的邏輯保護。當機械手移動到（dào）機床上方換料位置區域（yù）內，從PLC程序的邏輯結果可看出Qch2.qch_Custom1應有相應的輸出，可以使用該信號做運動互鎖邏輯。例如，在機械手卸（xiè）載位置、裝載位置、換料位置都設置了軟件位置開關，機械手隻有運行到這（zhè）些區（qū）域內（nèi），方能豎直（zhí）方向運行。

2.3.3　硬件接近傳感器對（duì）於（yú）機械手特定位置（zhì）的檢測。軟件（jiàn）位置開關限（xiàn）製了機械手隻有在（zài）特定的位置才能進行豎直的運行，但還不能保證位置的絕對準確。電機自身所帶編碼器是半閉環控製，沒有全閉環的位置檢測。如果聯軸器等機械環節（jiē）造成（chéng）連接鬆（sōng）動，軟件位置開（kāi）關是無法檢測出來的。為此設計了硬件接近傳感（gǎn）器，使（shǐ）用多個固定位置的機械檔（dàng）塊來激活該開關。對於該生產線至少安裝了以下兩個重要位置的位置檢測檔塊：（1）水平方向（W軸）：機（jī）械手裝載工件位置、卸載工件位置、換料位置（機床上（shàng）方）；（2）豎直方向（U軸）：當機械手在豎直方向提升（shēng）到能使機（jī）械手（shǒu）水平移動的（de）位置（zhì），該位置標示機（jī）械手已提升到安全位置，水平方向可以進行移動（dòng）。

以下是使（shǐ）用（yòng）M功（gōng）能來（lái）判斷U軸的硬件（jiàn）開關位置是否到達：

……

N610 U=[SAFE_U]；變量[SAFE_U]數值為豎直方向的U軸安全位置值

N620 M87;IF U_SAFE SWITCH IS CLOSED

N630 M69;UNLODING FINISH

N640 W=[LOAD_W]

……

圖6

M87功能即是檢查到位開關的狀態，如圖（tú）6所示，

“AUXF_Interface.Ch2_M87”串聯的輸入信號（硬件（jiàn）到位開關）狀態有誤，則會產生1086的報警信息，程序停（tíng）止，告之硬件（jiàn）檢測開關（guān）位置沒有到達。這一硬件保護措施從根本上解決了係（xì）統運行的安全問（wèn）題。在程（chéng）序運行各（gè）個分支的U=[SAFE_U]後，都要檢測一次硬件開關是否激活。為了檢（jiǎn）測該硬件開關是否故障（擊穿或者斷線（xiàn）等故障），設計了（le）硬件開關的狀態自檢。在（zài）開關沒（méi）有（yǒu）被觸發的其他區間，PLC檢（jiǎn）測開關（guān）的狀態是否正確。即對於硬件開關的自檢，PLC檢測開關沒有激活的狀（zhuàng）態（tài）（應該為0），NC程序使用（yòng）M功能檢測激活（huó）的狀（zhuàng）態（應該為（wéi）1）。為機械手的（de）硬件位置開關正常工作（zuò）提供了檢測保障，是比較完善的自（zì）檢保證措施。

如圖6所示的（de）最（zuì）後兩個網絡（luò），是PLC對於U軸和W軸硬件開關在一定（dìng）區間的狀（zhuàng）態自檢（jiǎn），如果該狀態不正常，則會有相應（yīng）的報警（jǐng）。機械手往複運行一次（cì），PLC、NC則會多次檢測（cè）開關狀態是否（fǒu）正常。

3、結語

該係統使用四年多來，運行正常（cháng）。數控係統顯示了極高的穩定性，安全功能有（yǒu）效地實現了相應級別的安全保護，雙通道的性能得到了（le）極（jí）致（zhì）的發揮。該生產線性能可靠，由於MTX micro的（de）高（gāo）性價比（bǐ），使得該自動生產線的現場應用得到了不（bú）斷的功能擴（kuò）展。和進口的自動線相比，性價比、實（shí）用性都得到（dào）了驗（yàn）證，優勢明顯。近幾年，公（gōng）司已經推廣該生產線十餘條（tiáo），為大（dà）眾、康明斯等多家知名公（gōng）司配套產品。

參考文獻

[1]　 MTX micro針對通用機床的CNC係統解決方（fāng）案[S]．

[2]　 MTX micro技術描述[S]．

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