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力士樂MTX micro數控係統在桁架自動線中的應用

2018-3-28 來源（yuán）：山東濱（bīn）州渤海活塞股份有限（xiàn）公司作者：王龍昌

摘要：文章介紹了力（lì）士樂推出的MTX micro數控係統在桁架自動線中的應用。該（gāi）係統具有雙通道功能，係統間聯網簡單易行、性價比高，非常適合該類自動線的（de）控製方案（àn）。該（gāi）控製方案能縮（suō）短在研發階（jiē）段大量的調試時間，可以靈活使（shǐ）用CPL高（gāo）級編程（chéng）實現自動線流程動作。相（xiàng）對於單通道PLC軸而言，能避免（miǎn）大量繁（fán）瑣複雜（zá）的PLC工作，給調試（shì）帶來了極大的方便。

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

從機械行業的展會看到，桁架自動線以洶湧之勢占據自動線大（dà）半天下（xià）。根據公司生產汽車配件的特點，自動線的快速發展之勢，公司自主研發了桁架式機械手自動生產線。該生產（chǎn）線節省了大量人力，避免了人員因素引起的產品加工（gōng）缺陷，產品工藝的一致性得到了保證，產品質（zhì）量得到了進一步（bù）的提升。

圖1

1　、項目介紹

力士樂IndraMotion MTX micro是一（yī）款為通用機床市場提供的緊湊、簡單、功能強大並且（qiě）經濟的CNC係（xì）統解決方案，它由多軸（zhóu）集成伺服驅動，高性能NC控製器和用戶友（yǒu）好的（de）人機（jī）界麵組成，帶有雙通道（dào）功能。功能強大的（de）32位處理器確保了較短的CNC和PLC處理時間。係統具備納米級精度、高分辨率的絕對編碼器。最大可以擴展為十二軸（zhóu），配備10.4＂彩（cǎi）色TFT顯示屏。

係統（tǒng）配置的伺服進給電機皆為絕對值編碼器，多圈編碼器（Hiperface）128線，8192倍頻，內部分辨（biàn） 1.048.576，絕對分辨4096圈。自帶內存的多圈編碼器帶來的優勢，無需極限開關無需電池，在斷電時仍保留軸（zhóu）絕對位置信息。無需軸回零，帶有電子銘牌使電機的調試變得簡單。自動線為“U型”布線方案，工件通過運送料道周轉到下一道工序，從而（ér）完成整個生產線的物流。整線由車床、鏜床、銑床等多種類型的設備組成，機械手由豎直運行軸（zhóu）（U軸）和水平運行軸（W軸）兩軸（zhóu）驅動，在控製方案中將機械（xiè）手的兩軸定義為第二通（tōng）道。機床的所（suǒ）有加工軸定義為第一通道。機械手的末端有裝載卡爪、卸載卡爪，能（néng）通過旋轉氣缸進行兩個卡爪的空間位置互換。機械手（shǒu）負責在裝載料道抓取工件通過桁架運

送到機床內，先用卸載卡爪卸載切削完成的工件，再將新（xīn）工件安裝到機床內。完成換料後，機械手把（bǎ）切削完成的工件送出機床，放置到卸載（zǎi）料道，再回（huí）到裝載料道裝夾工件。以此順序，不斷往複循環。

2、調試過程中的技術方案

2.1　聯網（wǎng）通訊（xùn），簡單易行

自動（dòng）線OP40、OP50是（shì）相同的工序（xù），使用了一台機械手。控製方案是機械（xiè）手的（de）控製配置在OP40係統（tǒng）內，OP50和機械手的通訊即是OP40、OP50之間的通訊。係統之間的（de）聯網，力（lì）士樂（lè）係統的通訊較為簡潔省力。軟（ruǎn）件通訊協議不占（zhàn）用硬件資源，且無硬件接線故障，通訊數（shù）據量（liàng）可以隨時增減，體現出了軟件協議通訊的優越（yuè）性。力士樂係統很多的案例中，例如多於十二軸的（de）要求，可以（yǐ）采用係統之間的（de）聯（lián）網，從而組成比較複雜的控製。和計算機的聯網相同，網線通過以太網交換機即可建立連接。改動一（yī）台係統的（de）IP地址，在PLC調用相應的功能塊即可實現係統間的數據通訊。其中：“ipadsdress”是另一台（tái）係統的IP地址；“SendDataAdr”是發送的數組地址；“RecvDataAdr”是收到（dào）的（de）數組地址；“SendDataAdr”和“RecvDataAdr”都是8個字節共計64位的（de）存儲區（qū）。在另一台設備（bèi）調用“IL_Udpcyclic”功能塊，即可建立（lì）兩台設（shè）備的數據通訊。按照如此方法（fǎ），僅使用一台交換（huàn）機，即可（kě）實現多台係統的聯網（wǎng）通訊（xùn）。

2.2　雙通道編程靈活

PLC讀寫變量，調用相應功能塊（kuài）即可實現（xiàn）。可以使用符合（hé）DIN66025（包括補充標準）語法的NC函數。控製器提供多種NC函數，除了DIN66025規定的命令之外，還包含G代碼中（zhōng）的重要補充（chōng）內容以及高級語言類型的語法元素。雙通道功能是力士樂MTX micro係統高性價比的市場亮（liàng）點，該價位的係（xì）統能提供雙通道功能確屬少見。高端數控係統所用的高級編程語言REPEAT、WHILE、FOR等都可以在該係統（tǒng）編程使用。和單通道（dào）的PLC軸相比，有非常大的（de）優越性和靈活性。

雙通道的程序同步功能（程序等待）如表1所示：

表1

其中：SEV(1) 設置一個（gè）位事件；WEV(1)WEV(2) 等待（dài）位事件；REV(1) 刪除一個位事件。

以上三條指令實現了雙通道的（de）等（děng）待功能，任何一個通道執行到該處，等待另一個通道程序執行到該位置“同步”後（hòu），方可共同向下執行程序。PlC對於CPL變量的（de）讀寫：

圖2 圖3

首先要在係統文件/usrfep/wmhperm.dat中定義變量名字及類（lèi）型。在PLC調（diào）用“MT_cplData”功能塊即可實現PLC讀、寫變量。

如上圖3為PLC寫變量的截圖（tú）：@HYOK是變（biàn）量（liàng）名稱，可以（yǐ）在NC程序中直（zhí）接訪問，QCH_HYD_OK是PLC處理邏輯（jí）的結果：液壓係統已啟動。結（jié）果：@HYOK=QCH_HYD_OK。讀（dú）CPL變量也是（shì）使用該功能塊，將（jiāng）參數Mode設定為1，該功能塊即為讀CPL變量。

2.3　控製（zhì）部分的安全保護

對於自動線，控製方案的安全設計始終是一個（gè）關鍵的問（wèn）題，這（zhè）關係到（dào）自動線是否能（néng）穩定、可（kě）靠（kào）地運行，甚至說可以關係到整（zhěng）個生產線將（jiāng）來的推廣。我公司多台進口的大型設備，其安全部分（fèn）設計得非（fēi）常有特色（sè），都具（jù）備相應的安全保護等級。較為關鍵的地方使用了軟件、硬件的雙重保護。自動線的優勢能（néng）不能正常發揮，維護信息能否完整、詳實，能否切實（shí）地提高工作效率，關鍵在於控製是否設計得人（rén）性化（huà）、合理化（huà）。這些是推廣自動化（huà）的基礎，是自動化控製正常運（yùn）行的有（yǒu）力保證。對於該線安全方麵的設（shè）計方案，摘取三點說明如下：

2.3.1　急停回路和係統的連接。急停（tíng）回路設計了

PILZ的急停模塊PNOZ S5。安（ān）全等級4級（根據EN954-1），具有強製斷開的繼（jì）電器觸（chù）點，能保證急停對於係統快速（sù）準確的響（xiǎng）應。原理圖如下（xià）圖4：

圖4

2.3.2　軟件位置開關實現區間的保護。MTX micro軟件位置開關（guān）最高可（kě）對整個係統中的48個位置（基準點）進行監控，可向每個軸分（fèn）配最（zuì）多8個基準點。隻要軸的當（dāng）前實際位置大於或等於監控位置，即置位軸接口信號iAx_PosSwitch1至iAx_PosSwitch8。

圖（tú）5

根據軸接口信號的變化，從（cóng）而編程相應的邏輯保護。當機械手移動到機床上方換料位置區域內，從PLC程序（xù）的邏輯結果可看出Qch2.qch_Custom1應有相應的輸出，可以使（shǐ）用（yòng）該信號做運動互鎖邏（luó）輯。例如，在機械手卸（xiè）載位置、裝（zhuāng）載位置、換料位置都設置了軟件（jiàn）位置開關，機械手隻有運行到這（zhè）些區域內，方能豎直方向運行。

2.3.3　硬件接近傳感器對於機械手特（tè）定位置的檢測。軟件位（wèi）置開關限製了機械手隻有在（zài）特定的位置才能進行豎直的運行，但還不能保證（zhèng）位置的絕對（duì）準確。電機自身所帶編（biān）碼器（qì）是半閉環控（kòng）製，沒有（yǒu）全閉環的位置檢（jiǎn）測。如果聯軸器等機械環節（jiē）造成連接鬆動，軟件位置開關是無法檢測出（chū）來的。為此設計了（le）硬件接（jiē）近傳感器，使（shǐ）用多個固（gù）定位置的機械檔塊來激活該開關。對於該生產線至少安裝了以下兩（liǎng）個重要位置的位置檢測檔塊：（1）水平方向（W軸）：機械手（shǒu）裝載工件（jiàn）位置、卸載工件位置、換料位置（機（jī）床（chuáng）上方）；（2）豎直方向（U軸）：當機械手在豎直方（fāng）向提升到（dào）能使機械手水（shuǐ）平移動的位置，該位置標示機械（xiè）手已提（tí）升到（dào）安全位置，水平方向可以進行（háng）移（yí）動。

以下是使用M功能來判斷（duàn）U軸的硬件開關位置是否到達：

圖6

M87功能即是檢查到位開關的狀（zhuàng）態，如圖6所示“AUXF_Interface.Ch2_M87”串聯的輸入信（xìn）號（硬件到位（wèi）開關）狀（zhuàng）態有誤，則會產生1086的報警信息（xī），程序停止，告之硬件（jiàn）檢測開關位（wèi）置沒有到達。這一硬（yìng）件保護措施從根本上解（jiě）決了係統運行的安全問題。在程序運行各（gè）個分支的U=[SAFE_U]後，都（dōu）要檢測一次（cì）硬件開關是否激活。為了檢（jiǎn）測該硬件開關是否故障（擊穿（chuān）或者斷線等故障），設計了硬件開關的狀（zhuàng）態自（zì）檢。在開關沒有被觸發的其他區間，PLC檢測（cè）開關的狀態是（shì）否（fǒu）正確。即對於硬（yìng）件開關的自檢，PLC檢測開關沒有激活的狀態（應該為0），NC程序使用M功能檢測激活的狀態（應該為1）。為機械手的（de）硬件（jiàn）位置開關正常工作提供了檢測保障，是比較完（wán）善的自（zì）檢保證措施（shī）。

如圖6所示的最（zuì）後兩個網絡，是PLC對於U軸和（hé）W軸硬件開關在一定區間的狀（zhuàng）態自（zì）檢，如果該狀態不正常（cháng），則會有相應的報警。機械手往複運行一次，PLC、NC則會多次檢測開關狀態是否正常。

3、結語

該係統使用（yòng）四年多來，運行正常（cháng）。數控係統顯（xiǎn）示了極高的穩定性，安全功能有效地實現了（le）相應（yīng）級別的安全保護，雙通道的性能得到了（le）極（jí）致的發揮。該生產線性能可靠，由於MTX micro的高性價比（bǐ），使得（dé）該自動生產線的現場應用得到了不斷的功（gōng）能擴展。和進口的自動線（xiàn）相比，性價比、實用性都得到（dào）了驗證，優勢明顯。近（jìn）幾年，公司已經推廣該生產線十餘條，為大眾、康明斯等多家（jiā）知名公（gōng）司配套產品。

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