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力士樂MTX micro數控係統在桁架自動線中的應用

2018-5-23 來源：山東濱州渤海活塞股份有限公司（sī）作者：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（yì）行、性價比（bǐ）高，非常適合該類自動（dòng）線的控製方案。該控製方案能縮短在研發階段大量的調試（shì）時間（jiān），可以靈活使用CPL高級編程實現自動線流程動作。相對於單通道PLC軸而言，能避免大量繁瑣複雜的PLC工作，給調試帶來了極大的方便（biàn）。

關鍵詞：數（shù）控係統；雙通（tōng）道；CPL高（gāo）級編程；調試時間；桁（héng）架（jià）自動線

從機械（xiè）行業的展會看到，桁（héng）架自動線以洶湧之勢占據自動線大半天下。根據公司（sī）生產汽車（chē）配件的特點，自動線（xiàn）的快速發展之勢，公司自主研發（fā）了桁架式（shì）機械手自動生產線。該生產線節省了大量人力，避免了（le）人員因素引起的產品加（jiā）工缺陷，產品（pǐn）工藝的一致性得到了保證，產品質量得到了進一步的提升。

1、項目介紹

力士樂Indra Motion MTX micro是一款為通用機床市場提供的緊湊、簡（jiǎn）單、功（gōng）能強大並且經濟的CNC係統解決方案，它由多軸（zhóu）集成伺（sì）服驅動，高性能NC控製器和戶（hù）友好的人機界麵組成，帶有雙通道功能。功（gōng）能強大的32位處理（lǐ）器確保（bǎo）了較（jiào）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（kuò）展（zhǎn）為十二軸，配備10.4＂彩色TFT顯示屏。係統配置的伺服進給電機（jī）皆為絕對值編碼器，多圈編碼器（qì）（Hiperface）128線，8192倍頻，內部分辨率1.048.576，絕對分辨4096圈。自帶內（nèi）存的多圈（quān）編碼器帶來（lái）的優勢，無需極限（xiàn）開關無需電池，在斷電時仍保留軸絕對位置信（xìn）息。無需軸回零，帶有（yǒu）電子銘牌使電機的調試變得簡單（dān）。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（xù），從而完成整個生產線的物流。整線由車床、鏜床（chuáng）、銑床等多種類型的設備組成（chéng），機械手由豎直運行軸（U軸）和水平運行（háng）軸（W軸）兩（liǎng）軸驅動，在控製方案中將機械手的兩軸定義為（wéi）第（dì）二通道。機床的所有加工軸定義為第一通道。機械（xiè）手的末端有裝載卡爪、卸（xiè）載卡爪，能通過旋轉氣缸進行兩個卡爪的空間位置互換。機械手負（fù）責在裝載料道抓取（qǔ）工件通過桁架運送到機床內，先用卸載卡爪卸載切（qiē）削完成的工（gōng）件，再將新工件安（ān）裝到機床內。完成換料後，機械手把切削完成（chéng）的工件送（sòng）出機床，放（fàng）置到卸載料道，再回到裝（zhuāng）載料道裝夾工（gōng）件。以此順序，不斷往複循環。

2、調（diào）試過程中的技術方案

2.1　聯網通訊，簡單易行

自動線（xiàn）OP40、OP50是相同的工序，使用了一（yī）台機（jī）械手。控製方案是機械手的控製配置在OP40係統內，OP50和（hé）機械手的通訊即是OP40、OP50之間的通訊。係統之間的聯網，力士樂（lè）係統的通訊較為簡潔省（shěng）力。軟件（jiàn）通訊協（xié）議不（bú）占用硬件資源，且無硬件接線（xiàn）故（gù）障，通訊數據量可以隨時增（zēng）減，體現出（chū）了軟件協議通訊的優越性。力士樂（lè）係統很多的案例（lì）中，例如多於十二軸的要求，可以采用係統之間的聯網，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的數據通訊。其中：“Ip Address”是另一台係統的IP地（dì）址（zhǐ）；“Send Data Adr”是發送（sòng）的數組地址（zhǐ）；“Recv Data Adr”是收到的數組地址；“Send Data Adr”和“Recv Data Adr”都是8個字節共計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（zhào）如此方法，僅使用一（yī）台交換機，即可實現多台（tái）係統的聯網通訊。

2.2　雙（shuāng）通道（dào）編程靈活

PLC讀寫變量，調用相應功能塊即可實現（xiàn）。可（kě）以使用符合DIN66025（包括補充標準）語法的（de）NC函數。控製器提供多（duō）種NC函數，除了DIN66025規定（dìng）的命令之外，還包含G代碼中的重要補充內容以及高級語言類型的語法元素。雙通道功能是力（lì）士樂MTX micro係統高性價比的市場（chǎng）亮點，該（gāi）價位的係統能提（tí）供雙通（tōng）道（dào）功能確屬（shǔ）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（xì）統編程使用（yòng）。和單通道的PLC軸相比，有非常大的優越性和靈活性。雙通道的程序同步功能（程序等待）如表1所示：

其中：SEV(1) 設置一個（gè）位事件；WEV(1)WEV(2) 等待位事件（jiàn）；REV(1) 刪除一個位事件。以上三條指令（lìng）實（shí）現了雙通道的等待功能，任何一個通道（dào）執行（háng）到該處，等待（dài）另（lìng）一個通道程（chéng）序執行（háng）到該位置（zhì）“同步”後（hòu），方可共同向下執行程序（xù）。

Pl C對於CPL變量的讀寫（xiě）：

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

如上圖3為PLC寫變量的截（jié）圖：@HYOK是變量名稱，可以在NC程序中直接訪問，QCH_HYD_OK是PLC處理邏輯的結（jié）果：液壓係統已啟動（dòng）。結果：@HYOK=QCH_HYD_OK。讀CPL變量（liàng）也是使用該功能塊，將參數Mode設（shè）定為1，該功能塊即為讀CPL變量。

2.3　控製部分的安全保（bǎo）護

對於自（zì）動線，控製方案的安全設計始終是一個關鍵（jiàn）的問題，這關係到自動線是否能穩定、可靠地運行，甚至說可以關（guān）係到整個生產線將來的推廣。我公司多台進口的大型設備，其（qí）安全部分設計（jì）得非常有特色，都具備相應的安（ān）全保護等（děng）級。較為關鍵的地方使用了軟件、硬件的雙重（chóng）保護。自動線（xiàn）的優勢能不能正常發揮，維護信息能否完整、詳實，能（néng）否切實地提高工作效率，關鍵（jiàn）在於控製是否設計得人性（xìng）化、合理化。這些是推廣自動化的基礎，是自動化控製正常運行的有力保證。對於該線安（ān）全方麵的設計方案，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（de）急停模塊PNOZ S5。安全等級4級（根據EN954-1），具有強製斷開（kāi）的繼電器觸點，能保證急（jí）停對於係統快速準確的響（xiǎng）應。原理圖如下圖4:

2.3.2　軟件位置開關實現區間的保護（hù）。MTX micro軟（ruǎn）件位置開關最高可對整個係統中的48個（gè）位置（基準點）進（jìn）行監控，可向每個軸分配最多（duō）8個基（jī）準點。隻（zhī）要軸的當前（qián）實際位置大於或等於監（jiān）控位置，即置位軸（zhóu）接口信號i Ax_Pos Switch1至i Ax_Pos Switch8。

根據軸接口信號的變化，從而（ér）編程相應的邏輯保護。當機（jī）械（xiè）手移動到機床上方（fāng）換（huàn）料位（wèi）置區域內，從PLC程（chéng）序的邏（luó）輯（jí）結果可看出Qch2.qch_Custom1應有相應（yīng）的輸出，可以使（shǐ）用該信號（hào）做運動互（hù）鎖邏輯。例如，在機械手卸載位置、裝載（zǎi）位置、換料位置都設（shè）置（zhì）了軟件位置（zhì）開關，機械手隻有運行到這些（xiē）區域內，方能豎直方向（xiàng）運行。

2.3.3　硬件接近傳感器對於機（jī）械手特定位置的檢測。軟件位置開（kāi）關限製了（le）機械手隻有在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（què）。電機自（zì）身所帶編碼器是半閉環（huán）控製，沒有全閉環的位置檢測。如果聯軸器等機械環節造成連接鬆動，軟件位置開關是（shì）無法檢（jiǎn）測出來的。為此設計了硬件接近傳感器，使用多個（gè）固定位置的機（jī）械檔塊來激活（huó）該開關。對於該生產線至少安裝（zhuāng）了以下兩個重要位置的位置檢測檔（dàng）塊（kuài）：（1）水平方向（W軸）：機械手裝載工件位置、卸載工件位置、換料位置（zhì）（機床上（shàng）方（fāng））；（2）豎直方向（U軸）：當機械手（shǒu）在豎直方向提升（shēng）到（dào）能使機械手水平移動的位置，該位置標（biāo）示機械手已提升到安全位置，水平方向（xiàng）可以（yǐ）進行移動。

以下是使用（yòng）M功能來判斷U軸的硬件開關位置是否到達：

……

N610 U=[SAFE_U]；變（biàn）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]

……

M87功能即是（shì）檢查到位開關的狀態（tài），如（rú）圖6所示，

“AUXF_Interface.Ch2_M87”串聯的輸入信號（硬件到位（wèi）開關）狀態有誤，則會產生1086的報警信息，程序停止，告之硬件檢測（cè）開關位（wèi）置沒有到（dào）達（dá）。這（zhè）一硬件保護措施從根本（běn）上解決了係統運行的（de）安全問題（tí）。在程序運行各個分支（zhī）的U=[SAFE_U]後，都要檢測一次硬件開關是否激活。為了檢測該硬（yìng）件開關是否（fǒu）故（gù）障（擊穿或者（zhě）斷線等故障），設計了硬件開關的狀態自檢。在開（kāi）關沒有被觸發的其他區（qū）間，PLC檢測開關的狀態（tài）是（shì）否正確。即對於硬件開關的自檢，PLC檢（jiǎn）測開關沒有（yǒu）激活的狀態（應該為0），NC程序使用M功能檢測激活的狀（zhuàng）態（應該為1）。為機械手的硬件位（wèi）置開關正常工作提供了檢測保障，是比

較完善的自檢保證措施。

如圖6所示的（de）最後兩個網絡，是PLC對於U軸和W軸（zhóu）硬（yìng）件開關在一（yī）定區間的（de）狀態自檢，如果該狀態不正常，則會有相（xiàng）應的報警。機械手往複運（yùn）行（háng）一次，PLC、NC則會多次檢測開關（guān）狀態是否正常。

3、結語

該係統使（shǐ）用四年多來，運行正常。數（shù）控係統顯示了極高的穩定性，安全功能有效地實現了相應級別的安全保護，雙通道的性能得到了（le）極致的發揮。該生產（chǎn）線性能可靠，由（yóu）於MTX micro的高性（xìng）價（jià）比，使得該自動生產線的現場應用得到了不斷的功能擴展。和（hé）進口的自動線相比，性價比、實用性都得到了驗（yàn）證，優勢明顯（xiǎn）。近幾年，公司已經推廣該生產線十餘條，為大眾、康明斯等（děng）多家知名公司配套產品。

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