施耐德LMC058运动控制器在车台边梁冷弯成型生产线上的应用

发表时间:2021-01-28 文章出处:北京北成新控伺服技术有限公司人气:-

摘要: 

本文主要介绍了施耐德LMC058运动控制器与LXM23A伺服系统在车台边梁冷弯成型生产线上的成功案例,主要采用了 CANMotion 运动控制总线实现对伺服系统的控制,并可以执行由 CAD/CAM 软件生成的 G 代码文件,从而实现了 CNC 的功能,本文重点介绍了工艺原理、结构特点、工艺流程、控制方案等。




前言近年来,随着我国大规模的基建投资和工业化进程的快速推进,也为了解决城市有限的土地面积和越来越多的建设用地及停车位的需求,国家建设部在有效利用地下空间资源及地上空间资源上出台了新的政策,即要求新的住宅或写字楼,必须配有一定数量停车位,因此,立体停车设备近几年来得到了超速的发展。而本文中所描述的设备便是加工车台托盘边梁的重要设备,尤其重要的是可以对整卷钢板原材料进行加工,从放卷开始直至成品被输送出来全程均是通过此生产线完成控制。应用客户系专业从事特种加工设备的研发、制造和销售的中国顶级品牌企业,此设备填补了行业空白。



01

工艺简介

1、设备外观


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车台边梁冷弯成型生产线可通过 CAD/CAM 软件对加工图形进行转换,从而生成 G 代码文件,由伺服系统完成冲孔、等离子切割图形等加工工序;本设备具有倍率调整、紧急停止、暂停、单步执行、M 代码等功能;具有操作简单、性能可靠、技术先进、易于维修保养、加工精度高、重复定位精度高、生产效率高等优点。


2、结构特点

该设备由放卷机构、冲孔机构、裁切机构、冷弯成型机构、输送机构、等离子切割系统、液压系统、电气控制系统等组成,其中水平横移 X、Y 轴采用 LXM23A 系列伺服系统控制,提高了定位精度与工作效率。


3、工作原理

主要工序为原点回归,水平横移 X、Y 轴的手动操作,G 代码文件的执行,且在运行过程中可以调整倍率从而实现两轴的速度变换等,传动系统采用伺服系统与进口齿轮齿条,使定位精度可精确至 0.01 mm,重复定位精度至 0.01 mm,通过上位机可对加工工艺参数进行设置与监控。


为确保设备安全性,每个轴的机械限位信号(常闭信号)与原点信号直接接入伺服系统,在遇到机械限位信号或原点信号时,使伺服系统可以快速反应。


4、工艺流程


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如图所示,工艺流程如下:放卷 -- 放卷储料区 -- 夹钳夹紧 -- 定位冲孔 -- 等离子切割与废料回收 -- 去毛刺与裁切 -- 出料储料区 -- 冷弯成型 -- 成品裁切 -- 成品输送。


Ⅰ、点击“手动画面”可进入手动操作,如油泵启停、夹钳夹紧等动作,也可完成对水平横移 X、Y 轴的点动移动等动作,且可通过倍率旋钮实现速度变换;


Ⅱ、点击“原点回归”按钮,执行原点回归功能,原点回归采用查找到原点信号再反转找电机 Z 相的方式,提高原点回归的定位精度,同时,也可重复执行原点回归功能;


Ⅲ、点击“加载NC 程序”按钮,上位机软件自动按照每一段车台边梁的加工图形生成N 个G 代码文件,并自动定义文件名字为1.txt - 50.txt;


Ⅳ、点击“解码启动”按钮,首先执行对“1.txt”文件的解码工作,同时解码状态栏中会显示“正在解码中…”信息,当解码完成后,解码状态栏中会显示“解码完成”;


V、点击“定位启动”按钮,则系统立即执行G 代码文件,在运行过程中可以通过调整倍率旋钮实现速度变换,当倍率为零时,系统停止运行,不为零时,系统继续执行;发生紧急情况下可按下“紧急停止”按钮,则系统立即停止,当恢复“紧急停止”按钮时,按下“定位启动”可继续停止前的工作直至G 代码文件被完全执行完成;


VI、支持M 代码,在执行至M 代码时,可通过SMC_Interpolator 的wM 变量监控到执行M 代码的当前值,从而根据此数值进行逻辑部分的控制,当完成该步M 代码时,触发bAcknM 输入则继续执行G 代码文件;


VII、在G 代码文件执行过程中,可以获取当前G 代码的执行行号,从而获取G 代码文件的执行情况。


5、设备性能指标

工件宽度:420 mm ~ 470 mm

工件厚度:3 mm

最大冲孔直径:¢ 30 mm

最小冲孔直径:≥ 板厚

冲孔模位数:7

数控轴数:2 x 3 KW,转速:2000 r/min

定位精度:0.01 mm

重复定位精度:0.01 mm



控制系统的技术要求与控制方案

02


1、技术要求

运动控制器:开关量输入:158,24 VDC;晶体管输出:64,24 VDC,0.5A;高速计数输入:2 CH;内置 CANMotion 运动控制总线, Modbus TCP 工业以太网接口;支持 G代码文件的执行。


伺服系统:两台 3 KW 的 LXM23A 系列伺服控制系统,控制水平横移 X、Y 轴,无抱闸


2、控制方案

采用施耐德电气整体解决方案,并以LMC058 运动控制器为核心:


I、LMC058 与LXM23A 伺服系统之间采用CANMotion运动控制总线,从而实现两轴的点动、原点回归、相对与绝对定位控制、G 代码文件执行等功能,可实时获取当前位置、当前速度、工作状态等信息;


II、可实现倍率调整;


III、LMC058 与上位机之间采用工业以太网 Modbus TCP 协议实现数据采集与控制,上位机采用 VB 开发的界面,具有数据的监控与设置,NC 文件的修改、保存与导入等功能,G代码文件通过 FTP 的方式下载至 LMC058 中;


IV、所有控制部分全部采用 CANMotion 运动控制总线,具有安装操作方便、节约配线时间、减少了因硬件接线过多造成的潜在隐患点、抗干扰能力强、可扩展性等优势。

系统架构如下:


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3、控制难点分析

I、G 代码文件执行;常用的G 代码定义与标准的书写方式,如下:

N:行号或序列号

G00:快速定位

G01:直线插补定位

G02:CW(顺时针)圆弧/螺旋插补定位

G03:CCW(逆时针)圆弧/螺旋插补定位

G04:暂停延时

G17:XY 平面选择

G18:ZX 平面选择

G19:YZ 平面选择

G17/G18/G19:决定圆弧/螺旋插补的平面选择,对于直线插补无任何影响

G90:绝对坐标定位

G91:相对坐标定位

E:加速度与减速度

F:速度

I/J/K:在 G02/G03 指令中,定义圆弧/螺旋插补的参数,常用于圆弧的加工

R:在 G02/G03 指令中,定义圆弧/螺旋插补的参数,常用于整圆的加工,定义圆的半径

X/Y/Z:轴的设定位置,如 X-100.5 Y210.2 Z-300.0

M 码:用户自定义M 码的作用


标准的 G 代码格式

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 代码不能在同一行内,比如:N1 G90 G01 X1000 Y-100 F100

如上所示,如果已经声明了加速度与减速度,则在以下的G 代码中未声明加速度与减速度的,默认为上面设置的加速度与减速度;


II、因为生产线的钢板原材料是不间断进给的,因此,整条钢板需要加工N 个成品,如果按照整条钢板的加工量来生成G 代码文件时,所生成的G 代码行数可达2 万行,这大大超过了LMC058 可执行G 代码文件的处理能力,因此,我们在生成G 代码文件时,按照每一个成品所需要的G 代码数量来进行分割,将2 万行的G 代码文件分割为50 份或更多(占用内存约为40-50 Mb 之间,LMC058 的最大内存为128 Mb,完全满足应用要求),这样,我们将所有G 代码文件加载至LMC058 的内存中,但是在解码启动G 代码文件执行时,我们只解码“1.txt”,然后,当第一个成品加工完成时,定位机构需要退回至加工原点,我们在这个过程中,自动加载“2.txt”并对其进行解码,在达到加工条件时,可以不间断的进行定位冲孔等动作,依次类推,从而完成对整条钢板的不间断加工;


III、重复定位精度;LXM23A 伺服系统的原点回归方式选择为7 或11,描述为:以第一速度查找原点信号,当遇到原点信号时,电机反转,以第二速度离开原点信号的下降沿后,查找到电机的Z 相信号后停止,但由于LXM23A 的原点回归在找到Z相信号后,会有一个减速过程,从而产生了一个小的位置偏差,无法保证不同回原点速度下的位置偏差相同;


解决方案:在原点回归完成后立即执行一次MC_MoveAbsolute 绝对定位使其找到真正的电机Z 相信号,此时,坐标系的位置全部为零;


IV、伺服系统每次原点回归的位置不一致?原点回归模式为遇到原点信号之后反转找到伺服系统的 Z 相后停止,在原点信号非常接近伺服系统 Z 相信号的情况下,如果原点信号响应时间快,则会发生反转时立刻就会抓到伺服 Z 相的现象,而原点信号响应时间慢时,则会发生反转时伺服 Z 相到达而原点信号还未到达的现象,造成原点回归停止在伺服第二次 Z相信号位置;

解决方案:轻微移动原点信号,使其在触发时大约在伺服相对 Z 相点的半圈位置。

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4、NC 文件的加载

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根据客户需要,使用VB 开发了使用FTP 方式传输NC 文件的工具软件,此软件可以集成在上位机系统中,或者二次开发均可;

软件启动后,会在D:\根目录下创建一个“NCFiles”文件夹;

传送单个文件时,传输至LMC058 的NC 文件名字指定为“NC.txt”;传送多个文件时,会将D:\NCFiles 文件夹下的所有*.txt 传输至LMC058,但不会更改文件的名字,需要使用某一个文件时,需要在LMC058 的程序功能块中设置文件名字。


5、如何验证G 代码文件生成的图形

在实际应用中,用户常常使用不同的软件进行G 代码文件的生成,因此,这里有一个问题,就是其中G 代码的小数点保留位数的问题,举例来讲,我们使用一个第三方的软件生成G 代码文件下载至LMC058 后,发现应该是一个整圆的动作,但是执行的效果却是不符的,通过第三方的NC 路径查看软件验证此图形是正确的,经过自己分析G 代码文件后,发现在G02 指令中的I 参数正确的数值应该为10.6235,但是在第三方软件生成时,变为了I10.623,因此LMC058 无法正确的识别这个G 代码,从而产生了不同的执行结果;

解决方法:尽可能的保留生成G 代码文件中的数值的小数点位数,如7 位或8 位。


为了避免此类情况的发生,有两种方式可以实现对G 代码的验证:

I、新建一个LMC058 的工程,添加“CNC”,将G 代码复制至编辑框内,则自动生成所描

述的图形,如下:


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如果G 代码文件在这种方式下,不能生成正确的图形,则需要检查G 代码文件的正确性

II、使用权威的第三方NC View 软件进行图形查看,进一步验证



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03

应用总结


本系统采用了施耐德电气整体解决方案,具有以下几大优势:

□ 采用CANMotion运动控制总线,消除了常规控制方式所带来的种种不安全潜在因素,不需要改变任何硬件接线的多模式自由切换方式使控制更加灵活,数据信息的实时反馈确保系统稳定运行,通过总线控制方式,有效降低了生产成本,减少了配线工作量,为未来设备的扩展与更新提供了便利条件;


□ 提高了设备运行的稳定性;


□ 提高了设备生产效率。采用施耐德电气方案后,生产速度可达10 m/min。生产速度提高10%,设备运行稳定性相比以前提高10%;


□ 人性化的编程界面,多种语言混合编程模式,操作简单,使用方便。


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