王雪峰 張 維 陳英凱 強亞波 柴 華

(中國重型機械研究院股份公司，陜西710032)

鋁擠壓機生產(chǎn)線后部的堆垛機，常采用變頻器配合外部絕對值編碼器，通過PLC的控制來實現(xiàn)位置和速度的控制，這種控制方式對于小規(guī)模和自動化要求不高的企業(yè)沒有問題，但是隨著鋁加工行業(yè)的飛速發(fā)展，對于大型的、有高度自動化需求的企業(yè)，逐漸滿足不了用戶的生產(chǎn)要求，因為企業(yè)對堆跺的效率和穩(wěn)定性要求也越來越高，逐漸成為考核鋁加工設備智能化水平高低的重要環(huán)節(jié)，也促進了伺服系統(tǒng)在堆垛機行業(yè)的快速推廣和應用。

以我院為土耳其提供的30 MN鋁擠壓機生產(chǎn)線的配套后部設備——高速堆垛機為例，介紹伺服驅動器的顯著特點及在高速堆垛機上的應用。

1 單軸驅動系統(tǒng)概述及工作原理

該規(guī)格驅動器具有良好的擴展性和靈活性，它集矢量控制與伺服控制于一身，特別適用于速度、轉矩和定位控制，可以滿足日益增長的高性能設備。既支持標準的PROFIBUS-DP，也具有PROFINET接口，通過這些接口，可方便地集成到上位自動控制系統(tǒng)中，同時標準化設計、選型、組態(tài)、調試工具保證了使用的便捷性。該規(guī)格單軸驅動器結構形式為整流單元和逆變單元集成在一起，本系統(tǒng)由CU310-2PN控制單元、PM240-2功率模塊、1FK7伺服電機以及采用DRIVE-CLiQ通訊方式的編碼器等組成。

2 伺服驅動器在高速堆垛機上的解決方案

2.1 工藝流程

工藝流程：啟動自動程序→隔條上料電機運行(只要有隔條就自動啟動并到前極限停止)→隔條旋轉盤電機運行(檢測有隔條就運行一次，即旋轉90°并送1根隔條)→隔條精準輸送電機(檢測有隔條即運行，輸送隔條數(shù)量HMI設定)→隔條發(fā)送完畢并精準到位→抓料機械手升降機構下降(抓料機械手必須打開)→抓料機械手閉合(抓料機械手到下極限)→抓料機械手升降機構上升(抓料機械手必須關閉)→抓料機械手橫移電機前進到位(抓料機械手升降機構上升到上極限位)→抓料機械手升降機構下降(下降極限位置隨料框內(nèi)料高的變化而變化)→抓料機械手打開(抓料機械手升降機構到下極限)→抓料機械手升降機構上升到位→抓料機械手橫移電機后退并到位停(抓料機械手升降機構上升到上極限位)→自動結束。

2.2 電控系統(tǒng)介紹

采用以S7-400系列CPU為載體，TIA Portal V15開發(fā)軟件為平臺，伺服驅動器為定位執(zhí)行機構，共同組成電氣控制系統(tǒng)。S7-400CPU可以通過PROFINET網(wǎng)絡同伺服驅動器通信，S7-400CPU通過TIA Portal V15驅動庫中的標準功能塊FB284來實現(xiàn)伺服驅動器的基本定位(EPOS)控制，功能塊FB284可在循環(huán)組織塊OB1和循環(huán)中斷組織塊中進行調用。

2.3 對伺服驅動器進行項目配置

使用調試軟件Starter對伺服驅動器進行項目配置。

2.3.1 配置裝置基本參數(shù)

在驅動器選項下點擊插入驅動器，在驅動器類型里選擇類型：選擇“servo”伺服，在功能選擇中，選擇“Basic position”激活基本定位，在STARTER軟件，伺服驅動器硬件配置結束后在線，連接驅動器，打開對應驅動器的參數(shù)列表，r108.3=1，r108.4=1(activated)，表示定位功能已激活。如有其他要求，可選擇相應選項，選擇不同選項后會對后面配置有影響，研究僅側重于基本定位功能，其它的參數(shù)設置可根據(jù)電機的實際情況依次設定。

2.3.2 配置通信西門子報文111

在通訊報文配置中添加111報文，見圖1，并按順序排列，且此順序圖應與PLC軟件的硬件組態(tài)一致。

圖1 配置驅動器的機械參數(shù)Figure 1 Mechanical parameters allocation of driver

2.3.3 配置驅動器的機械參數(shù)

在“mechanics”對話框界面中配置驅動器的機械參數(shù)，Load revolutions和Motor revolutions設置電機和負載的機械齒輪比，LU per load revolution設置負載側轉動一圈物體移動距離對應的數(shù)值，如果負載移動10 mm，則此時10000LU 對應10 mm；Modulo range and Activate modulo correction設置模態(tài)軸功能，模態(tài)軸是指運行距離達到模態(tài)范圍后清零的功能，適合旋轉軸使用，如圖2。

圖2 “mechanics”對話框界面中配置驅動器的機械參數(shù)Figure 2 Mechanical parameters allocation of driver on “mechanics” dialog interface

2.3.4 配置驅動器的軟硬限位參數(shù)

在“Limit”對話框界面中配置驅動器的軟限位和硬限位參數(shù)，Positive end position和Negative end position參數(shù)界面輸入軟限位的正負限幅值；Minus stop output cam Plus stop output cam設置外部限位開關的硬限位信號點(該信號需要保持高電平)。

2.3.5 配置驅動器相關運行動態(tài)參數(shù)

在圖3界面中配置驅動器的相關運行動態(tài)參數(shù)。Max velocity設置最大速度，Max acceleration和Max deceleration設置最大的加減速度，Max Jerk設置最大的加減速度變化率，Jerk limitation activation設置Max Jerk參數(shù)是否生效。

圖3 配置驅動器的相關運行動態(tài)參數(shù)Figure 3 Related operation dynamic parameters allocation of driver

2.3.6 配置驅動器點動運行參數(shù)

在“Jog”界面中配置驅動器的點動運行參數(shù)。EPOS Jog1/Jog2 velocity setpoint設置速度點動的給定值，EPOS Jog1/Jog2 traversing distance設置距離點動的給定值。管腳點動方式對應的點動速度設定值同此。

2.3.7 對絕對值編碼器校準

在圖4界面中對絕對值編碼器校準。

圖4 對絕對值編碼器校準Figure 4 Correction of absolute values encoder

2.4 TIA Portal軟件中配置伺服驅動器

在網(wǎng)絡視圖中添加伺服驅動器設備，設置IP地址及設備名稱。在伺服驅動器的設備視圖中插入DO SERVO，并為DO SERVO選擇控制報文SIEMENS telegram 111，需要注意添加的模塊和報文順序必須和STARTER(圖1)軟件一致，見圖5。

圖5 TIA Portal軟件中配置Figure 5 allocation in TIA Portal software

2.5 功能塊FB284

功能塊FB284可在循環(huán)組織塊和循環(huán)中斷組織塊中調用，以提高該功能塊的掃描周期，在OB1中將DriveLib_S7_300_400中的SINA_POS(FB284)功能塊拖拽到編程網(wǎng)絡中，見圖6。

圖6 在OB1中將FB284功能塊拖拽到編程網(wǎng)絡中Figure 6 FB284 function block in OB1 moved to programming network

FB284功能塊的管腳ModePos輸入用于運行模式的選擇?？筛鶕?jù)設備工藝的要求，在不同的運行模式下進行切換，如需要工作在相對定位模式，讓ModePos=1；如果需要工作在絕對定位模式，讓ModePos=2；同理，需要工作連續(xù)運行模式，讓ModePos=3，可以很方便地根據(jù)設備工藝要求，選擇對應的控制方式，實現(xiàn)對設備高速精準定位控制。該功能塊的常用管腳設置：

(1)CancelTraversing：一般常置1，即不取消當前運行命令。

(2)IntermediateStop：連接急停信號，伺服運行前必須接通。

(3)FlyRef：如果需要運行過程中回零，則該管腳置1，否則置0。

(4)ExecuteMode：激活請求模式，上升沿。

(5)OverV：設定速度百分比，設置為100。

(6)OverAcc：設定加速度百分比，設置為100。

(7)OverDec：設定加速度百分比，設置為100。

(8)ConfigEPos：可通過此參數(shù)控制基本定位的相關功能，設置為3，即位0和位1置1，OFF2和OFF3停止無效。

3 應用效果分析

應用效果見表1。

表1 應用效果Table 1 Application effect

4 結語

該伺服驅動器在30 MN鋁擠壓機生產(chǎn)線后部堆垛中的應用，極大地提高了生產(chǎn)效率，該系統(tǒng)操作方便、定位精確、運行穩(wěn)定、大大提高了成品件的合格率，提高了產(chǎn)品質量，完全滿足系統(tǒng)設計要求。