一種基于p500控制器的剪切線多軸數(shù)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于P500控制器的剪切線多 軸數(shù)控系統(tǒng)，運(yùn)用于自動(dòng)化程度較高的數(shù)控控制場(chǎng)合。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上用于鋼板剪切線的電氣控制系統(tǒng)大多采用進(jìn)口剪板機(jī)數(shù)控系 統(tǒng)，再配搭可編程邏輯控制器PLC和人機(jī)界面終端操作器HMI構(gòu)成控制架構(gòu)，其中進(jìn)口剪 板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)大多選用荷蘭DELEM公司生產(chǎn)的DAC350、360或瑞士CYBELEC公司生產(chǎn)的 DNC61GCUT等剪板機(jī)專用數(shù)控系統(tǒng)。上述控制架構(gòu)不僅成本高，而且剪板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)和 PLC、HMI之間無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)總線通訊，數(shù)據(jù)交互性差，導(dǎo)致剪切線控制系統(tǒng)控制分散，操作 起來(lái)極為不便；尤其是進(jìn)口剪板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是為單臺(tái)剪板機(jī)的控制而設(shè)計(jì)生產(chǎn)，不僅價(jià)格 昂貴，而且功能已經(jīng)固化，僅用于控制單臺(tái)剪板機(jī)的剪切角、刀片間隙、剪程和擋料（X軸） 等動(dòng)作，無(wú)法控制剪切線前送料、側(cè)送料、后出料等輔助機(jī)構(gòu)的動(dòng)作；并且該剪板機(jī)數(shù)控系 統(tǒng)最多只能控制兩個(gè)數(shù)字軸，滿足不了剪切線上多軸控制的要求，而且還存在著多種功能 性弊端，調(diào)試非常不方便。鑒于上述情況，開發(fā)出一套性價(jià)比高、功能靈活、數(shù)據(jù)交互性良 好、便于集中控制、操作簡(jiǎn)單方便的高集合度剪切線數(shù)控系統(tǒng)就顯得尤為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是要解決當(dāng)前剪切線數(shù)控系統(tǒng)成本高，操作不方便，數(shù)據(jù)交互性 差，最多用于控制單臺(tái)剪板機(jī)上的兩個(gè)數(shù)字軸，不能做到多軸同時(shí)控制以實(shí)現(xiàn)對(duì)剪切線上 前送料、側(cè)送料和后送料等輔助機(jī)構(gòu)的動(dòng)作的問題，為此提供一種基于P500控制器的剪切 線多軸數(shù)控系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明的具體方案是：一種基于P500控制器的剪切線多軸數(shù)控系統(tǒng)，其特征是： 包括有P500控制器，P500控制器作為剪切線多軸數(shù)控系統(tǒng)的硬件載體，采用WindowsCE 6. 0操作系統(tǒng)，通過EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線分別與遠(yuǎn)程輸入/輸出模塊和至少三個(gè)伺服驅(qū)動(dòng) 單元進(jìn)行高速通訊，遠(yuǎn)程輸入/輸出模塊分別與數(shù)字量/模擬量器件和至少三個(gè)液壓執(zhí) 行單元進(jìn)行通訊連接，以完成剪切線在生產(chǎn)過程中各個(gè)數(shù)控軸的數(shù)據(jù)采集和精確定位；各 個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)單元依次編號(hào)為伺服驅(qū)動(dòng)單元1、伺服驅(qū)動(dòng)單元2......伺服驅(qū)動(dòng)單元 n，每個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)單元對(duì)應(yīng)與剪切線上用以驅(qū)動(dòng)各個(gè)數(shù)字軸（XI軸、X2軸......Xn 軸）的伺服電機(jī)相連接；各個(gè)液壓執(zhí)行單元依次編號(hào)為液壓執(zhí)行單元1、液壓執(zhí)行單元 2......液壓執(zhí)行單元n，每個(gè)液壓執(zhí)行單元對(duì)應(yīng)與剪切線上用以驅(qū)動(dòng)各個(gè)模擬軸（Ml 軸、M2軸......Mn軸）的電磁閥相連接；
[0005] 所述剪切線多軸數(shù)控系統(tǒng)軟件架構(gòu)包括有以下單元：
[0006] 人機(jī)界面模塊：實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的可視化功能，通過組態(tài)界面將剪切線各運(yùn)動(dòng)部分的 當(dāng)前狀態(tài)以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形和文字的方式表現(xiàn)出來(lái)，并通過界面上組態(tài)的輸入域、按鈕、選擇 切換開關(guān)等接受用戶數(shù)據(jù)編程和控制指令，有效地控制剪切線運(yùn)行，同時(shí)設(shè)備運(yùn)行過程中 若出現(xiàn)報(bào)警、故障時(shí)，將以文字閃爍的形式提供報(bào)警消息功能，并通過聲光報(bào)警方式告知操 作者，如此形成良好的人機(jī)交互；
[0007] PLC邏輯處理模塊：類似于一個(gè)內(nèi)置式的PLC運(yùn)行模塊，其時(shí)鐘掃描周期根據(jù)工程 項(xiàng)目控制架構(gòu)的容量和各個(gè)運(yùn)動(dòng)裝置的需求，通過軟件編輯和設(shè)定，負(fù)責(zé)處理工程項(xiàng)目的 邏輯功能控制，并與WindowsCE6. 0操作系統(tǒng)、嵌入式高精度實(shí)時(shí)系統(tǒng)模塊、人機(jī)界面模塊 以及各個(gè)數(shù)字軸/模擬軸運(yùn)動(dòng)控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以完成剪切線上各個(gè)機(jī)床所需的各 種功能；
[0008] 嵌入式高精度實(shí)時(shí)系統(tǒng)模塊：作為嵌入在Windows CE 6.0操作系統(tǒng)中的軟件模 塊，為人機(jī)界面模塊、PLC邏輯處理模塊、數(shù)字軸/模擬軸運(yùn)動(dòng)控制模塊和同步子模塊提供 定時(shí)服務(wù)，并使各個(gè)模塊在固定的時(shí)間周期中執(zhí)行相應(yīng)的事務(wù)；
[0009] 數(shù)字軸運(yùn)動(dòng)控制模塊：通過各個(gè)位置反饋單元所反饋的數(shù)字軸的位置信息，實(shí)時(shí) 驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的數(shù)字軸上的伺服驅(qū)動(dòng)單元（每個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)單元與每個(gè)位置反饋單元相對(duì)應(yīng)）， 以實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)字軸（最多64軸）的精準(zhǔn)定位。其模塊編輯顯示器界面（Visualization) 可根據(jù)需要自由組態(tài)，可配置各種控制模塊、圖片等，通過可視化管理器，非常直觀地進(jìn)行 尋零、Jogging、急停、運(yùn)行速度及啟停加速度等參數(shù)的設(shè)置和模擬調(diào)試；
[0010] 同步子模塊：基于數(shù)字軸運(yùn)動(dòng)控制模塊，與各個(gè)位置反饋單元進(jìn)行交互通訊，負(fù)責(zé) 各數(shù)控軸之間的過程同步，采用主從式同步設(shè)計(jì)方案，將一個(gè)軸設(shè)定為主軸，其他所選軸為 從軸，同時(shí)采用位置同步跟隨誤差方式，通過高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘對(duì)各個(gè)所選數(shù)控軸之間的 誤差進(jìn)行循環(huán)掃描，并根據(jù)誤差的情況相應(yīng)地調(diào)整從軸的運(yùn)行速度，以確保數(shù)控系統(tǒng)多軸 的位置同步；
[0011] 模擬軸運(yùn)動(dòng)控制模塊：負(fù)責(zé)通過遠(yuǎn)程輸入/輸出模塊采集各個(gè)模擬軸的模擬量信 號(hào)，并將各個(gè)位置反饋單元所反饋的位置信息，經(jīng)過內(nèi)部轉(zhuǎn)換和函數(shù)計(jì)算，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的 模擬軸上的液壓執(zhí)行單元（每個(gè)液壓執(zhí)行單元與每個(gè)位置反饋單元相對(duì)應(yīng)），用于完成位 置顯示和控制多個(gè)模擬軸的自動(dòng)定位。
[0012] 本發(fā)明中所述遠(yuǎn)程輸入/輸出模塊中集成有模擬量輸入計(jì)數(shù)模塊和數(shù)字量輸入 計(jì)數(shù)模塊，其中模擬量輸入計(jì)數(shù)模塊用于采集剪切線上用于控制信號(hào)輸入的直線/旋轉(zhuǎn)電 位器的模擬量信號(hào)，反饋主/側(cè)剪板機(jī)的剪切角、刀片間隙和剪程的當(dāng)前位置；數(shù)字量輸入 計(jì)數(shù)模塊用于采集剪板機(jī)刀架下行沿信號(hào)，以完成剪切自動(dòng)計(jì)數(shù)功能。
[0013] 本發(fā)明中所述P500控制器作為數(shù)控系統(tǒng)的核心中樞，將運(yùn)動(dòng)控制（MOTION)、邏輯 控制（PLC)和可視化功能（HMI)完美融合于一個(gè)設(shè)備中，主要用于實(shí)現(xiàn)集中式運(yùn)動(dòng)控制，并 采用控制面板式結(jié)構(gòu)，小巧緊湊，性能優(yōu)異，功能強(qiáng)大，其硬件配置數(shù)據(jù)如下：
[0014]
[0016] 本發(fā)明中所述EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線采用一個(gè)封閉的Ethernet系統(tǒng)，由于使用基于 主從的環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在每一個(gè)總線循環(huán)中只有一個(gè)報(bào)文發(fā)送給總線，因此總線循環(huán)時(shí)間 在每個(gè)周期內(nèi)保持完全一致，波特率高達(dá)100Mbps，理論上可連接256個(gè)節(jié)點(diǎn)，兩節(jié)點(diǎn)間電 纜最大長(zhǎng)度可達(dá)l〇〇m;另外針對(duì)每一個(gè)Tx/Rx最大可達(dá)32個(gè)過程數(shù)據(jù)（每次總量達(dá)100字 節(jié)）可以映射到節(jié)點(diǎn)設(shè)備或與其進(jìn)行交換；根據(jù)CoE(CANoverEtherCAT)EtherCAT規(guī)范和 FoEEtherCAT文件服務(wù)（固件下載），EtherCAT提供參數(shù)通道。
[0017] 本發(fā)明中P500控制器采用插入式SD存儲(chǔ)卡，該存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)容量大而且更換方便， 可用于保存用戶編寫的加工程序（最多250個(gè)，每個(gè)加工程序最大15步）、消息、報(bào)警記錄 和設(shè)備操作者的日常登陸記錄等。對(duì)應(yīng)某種規(guī)格的產(chǎn)品，會(huì)有一套諸如產(chǎn)品材料、尺寸、剪 板機(jī)剪切角、刀片間隙、剪程、X/Z軸位置、速度及各個(gè)輔助功能等參數(shù)，一旦設(shè)定調(diào)試好，可 將這些參數(shù)以加工程序形式保存在數(shù)控系統(tǒng)中，便于下次直接調(diào)用，大大提高了生產(chǎn)效率。
[0018] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] (1)本發(fā)明成本低，性價(jià)比極高，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。
[0020] 當(dāng)前，一條普通的數(shù)控剪切生產(chǎn)線在工作時(shí)，需要配置兩臺(tái)進(jìn)口剪板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、 一臺(tái)可編程邏輯控制器PLC、一臺(tái)人機(jī)界面終端操作器HMI和數(shù)套伺服驅(qū)動(dòng)單元，成本動(dòng)輒 數(shù)十萬(wàn)元，而本發(fā)明將剪板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、PLC和HMI集合于一臺(tái)P500控制器中，通過自主編 寫的數(shù)控軟件，實(shí)現(xiàn)了使用一臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)整條剪切線的集中控制，大大降低了設(shè)備成本； 同時(shí)還可通過在P50