锦州市西门子PLC代理商

1、 数控车床的功能需求

　随着电子技术、计算机技术、自动控制与自动检测等技术的高速发展，反映到控制系统中来，它既能帮助车床自动化，又能提高加工准确度，因而就发展成为数控系统。

一、拖动系统的特点

　　金属切削车床的基本运动是切削运动，即工件与刀具之间的相对运动，切削运动由主运动和进给运动组成。在切削运动中，承受主要切削功率的运动称为主运动。在车床中，主运动是工件运动。

　　金属切削车床的主运动都要求调速，并且调速的范围往往较大。金属切削车床主运动的调速。一般都在停机的情况下进行，在切削过程中是不进行调速的

二、主运动的负载性质

　　通用车床的低段速，允许的大进刀量都是相同的，负载转矩也相同，属于恒转矩区；而在高速段，由于受床身机械强度和振动以及刀具强度等的影响，速度越高，允许的大进刀量越小，负载转矩也越小，但切削功率保持相同，属于恒功率区。恒转矩区和恒功率区的分界转数称为计算转数，用nD表示。计算转速大小的规定大致如下：一般规定，从低速起，以全部级数的1/3的高速作为计算转速。随着刀具强度和切削技术的提高，计算速度已大为提高，通常的规定是：以高转速的（1/4~1/2）作为计算转速：nD≈nmax/(2~4)

三、车床的大致构造与拖动

　　1.以车床的主要部件有：

　　①头架：用于固定工件，内藏齿轮箱，是主要的传动机之一。

　　②尾架：用于顶住工件，是固定工件用的辅助部件。

　　③刀架，用于固定车刀。

　　④床身，用于安置所有部件。

　　2.拖动系统：主要包括以下两种运动：

　　①主运动：工件的旋转运动为主运动，带动工件旋转的拖动系统。

　　②进给系统：主要是刀架的移动。

　　3.主运动系统阻转矩的形成：主运动系统的阻转矩就是工件在切削过程中形成的阻转矩，切削功率用于切削的剥落和变形，故切削力正比于被切削的材料性质和截面积，切削面积由切削深度和走刀量决定，而切削转矩则取决于切削力和工件回转半径的乘积，其大小与下列因素有关：

　　①切削深度，

　　②进刀量，

　　③工件的材质与直径等。

2  系统监控通讯要求
丝网印花机是一个由印花工位、烘干工位、拖膜工位、收料工位组成的系统，其中印花工位为重要，如何保证每一个印花工位所印制的花色能够准备无误地套在前一个色上是控制系统必须实现的功能之一。印花工位1(道工位)处于整条生产线的前端，在这个工位上印制到花色，在该工位印制到花色后，后面的几个工位在印制前要确保所印制花色的位置与到花色位置成一定位置关系，否则就会出现错位的现象。因个工位处于系统前面，所以无需要进行误差检测。印花工位2/3/4/5/6/7/8(第2/3/4/5/6/7/8道工位)处于整条生产线的后端，在这几个工位上印花前，必需确保所印制花色的位置与到花色的位置成一定位置关系，否则就会出现印花错位的现象；因此在这几个工位上有一个专门的色标检测电眼，通过电眼来检测前一到工位所印花色的位置，从而调整本到工位应该印制的位置，进而起到校准的作用。

3  方案分析
3.1 早期rs-485解决方案
   早期丝网商标印刷机rs-485解决方案整套系统中plc之间采用485的通讯方式，主站plc通过485来协调下面各个工位plc之间的动作并交换各种数据，交换的数据包括报警信息、印制长度等，整套系统中所使用的plc根据工位的增加而增加。方案缺点：
    (1)通讯速度慢、响应不及时：采用485通讯方式，由于目前设备较长(8色机长度达到40米)，要赢得稳定的通讯，必须使用较低的通讯速率，因此整套系统响应比较慢；
    (2)编程量大：系统中采用了多台plc，而plc之间的数据交换必须通过编程来完成，每个plc均要进行独立的编程操作，因此给编程、维护造成了大量的工作量；
    (3)印刷速度慢、效率低：一个工作流程中各个工位与主plc间交换数据的次数多，系统在交换数据上花费了太多时间，造成了系统效率低下，印刷速度提不上去；
    (4)升级能力不足：由于系统的印花数跟控制器有关，如果想增加新的花色还需要购买新的控制器和相关附件，因此增加了系统的改造成本；同时系统使用的主plc也属于小型plc，如果新增工位，必然会对系统的整体性能产生较大影响，因此不利于系统的升级换代； 
    (5) 系统成本高：每一个工位使用单独的plc进行控制，增加了系统成本；
    (6)接线量大、距离长、抗干扰能力差：系列中每个印花工位都有汽缸，而这些汽缸都是统一由主plc控制，系统从生产线的头段到后一个汽缸之间的距离很长，导致系统接线距离长，同时成本高，而且布线不便，故障检查繁琐等等问题。

   丝网印刷机canopen总线解决方案解决方案如图2所示。canopen总线解决方案所有的硬件设备均连接到can总线上，设备间的数据交换通过总线来完成，由于具有很高的数据传输率，因此系统具有很高的实时性和很强的数据处理能力。主plc与各个工位之间的通讯全部采用总线，交换的数据可以更多，速度也更快，系统中印花工位的增加对控制器没有任何成本影响，而且对整个系统的性能影响也甚小。can总线解决方案比传统方案的优势: 
    (1)效率更高、速度更快：采用数字伺服控制控制、驱动技术，伺服能够工作在加速、运速、减速三种模式下；由于采用总线，系统的协调性更好，减去了很多中间数据传输环节，从而极大的提高了印刷速度；
    (2)实时性更强：由于采用can总线通讯，通讯波特率能够高达1m，因此系统的实时响应能力得到了很大的提升，主站与各个工位之间数据通讯更流畅、更及时；
    (3)减少工作量：整个系统采用一个主plc控制，plc只需要把所要传输的数据发送到总线上，每个工位的从站(伺服驱动器)会自动接收所需要的数据并自动进行处理，因此极大的减少了工程的编程和维护量；
    (4)便于系统扩展：采用了can总线方案，系统中所有设备均连接到总线上，由主plc进行调度，如果不需要某个工位或者要添加一个工位，那么只需把工位上的伺服驱动器折掉或连接到总线上，而不需添加别的任何控制设备，程序的改动量也很少，从而有效地减少客户开支；
    (5)节约成本：省去了各个工位的控制器及其他相关设备，因此系统的成本得到了有效降低，同时plc具有以太网、电话线接口，可以远程诊断和维护，减少系统维护成本；
    (6)可靠性增强：can总线具有强大的容错、监控、错误处理能力，可以很轻易的发现问题的所在，并能自动处理出现的各种故障并及时显示各个节点所出现的报警信息，如果其中一个节点出现问题，只需更换该节点即可；
    (7)网络化管理：plc具有以太网接口，可以接入上层管理网络(比如erp)，实现管理层对现场设备的监控，可以根据生产线情况安排生产调度，进而实现清晰和有效的计划管理；
    (8)控制更灵活：ed系列驱动器是智能化伺服驱动器，具有很强的可编程能力，并具有di/do，是一个带plc功能的伺服驱动器，可以满足一些小型场合的应用，一些i/o点可以直接接入驱动器进行处理，而不需plc参与，为系统节省了大量i/o点；
    (9)开放及模块化的系统设计，确保投资价值：该系统采用当前流行的控制方式，可以保证技术长期不过时，开发和模块化设计保证系统可以任意扩展并实时升级，从而可以确保赢得长期收益，终确保投资价值。

4  系统设计
4.1 系统配置(附表)
4.2 印花工位控制
   印花工位的控制是整个控制系统的核心，分为色标电机控制和刮刀电机控制两部分，控制要求即是在前一个色印刷完成后，本工位如何通过色标来检查误差，然后把这个误差传输到刮刀电机，由刮刀电机来补偿这个误差，由此来实现准确的套色。
    (1)工位操作面板设计：印刷左移：控制伺服电机带动印刷臂左移；印刷右移：控制伺服电机带动印刷臂右移；追色左移：控制色标电机带动色标左移；追色右移：控制色标电机带动色标右移。工位操作面板设计如下所示。这4个按钮开关信号均直接接入ed伺服驱动器，通过在伺服驱动器内部对这4个输入信号进行编程，即可实现对伺服电机的控制，不需plc再发送任何信号，为plc节省了资源。另外ed系列伺服驱动器可以通过数字输入接口进行位置、速度、扭矩控制的功能：多可以存储256段包含位置、速度、加速度等控制指令的运动控制程序，可通过多达8个的数字输入信号选择执行不同的运动控制程序，另外ed系列伺服还具有两个可编程设定的数字输出反馈信号，可以通过这两个信号去控制汽缸等外部装置。

    (2)色标补偿电机控制：色标补偿电机的控制采用定位模式和3模式来完成，在拖膜完成后，plc通过can总线发送pdo命令到色标伺服驱动器，然后色标伺服驱动器即控制误差补偿步进电机以定位的方式运行到目标位置，然后自动切换成3模式返回，返回过程中检查到色标，即停止运行，同时记录下误差；
    (3)刮刀电机控制：刮刀电机的控制采用定位模式，刮刀长度、刮刀速度均通过can传送给伺服驱动器。刮刀目标位置由色标补偿伺服驱动器把检测到的误差通过can总线传递给刮刀伺服，然后由刮刀伺服自动计算出电机运行目标位置，这个计算过程直接由工位上的两台伺服完成，无需plc参与计算。刮板动作的开始与停止均通过plc发送pdo来实现；
    (4)刮板气缸控制：刮板气缸的启动和停止通过plc来完成，但气缸的状态则由伺服驱动器自身所带di接收，然后通过can传送给plc。
4.3 印花工位控制流程
    (1)pdo1：拖膜伺服走完定长后，需要给每个工位的色标电机启动运行信号，发送内容为0x6041、0x2170，色标伺服收到信息后则触发sequence(伺服内部程序段，ed伺服内部可编写256段程序)进入查找色标状态；
    (2)pdo2：色标伺服在找到色标后，把实际位置和输入状态发送到刮刀伺服驱动器(即当前位置值0x6063、输入端状态(0x2170)，刮刀伺服通过接收0x6063并计算得到所实际的误差值，再在刮刀电机目标位置上加上该误差，得到新的刮刀电机的目标位置；而0x2170的作用是触发刮刀电机进入刮刀工作模式；当然0x2170也可以通过硬件方式实现，即色标电机找到色标后，输出一个out信号，再把这个out信号连接到刮刀电机的输入端，通过输入端去触发一个sequence使电机进入刮刀模式。印花工位控制流程如图3所示。