西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8大量供应
引言：
自动化行业在对高速度/高精度要求不断提高的对操作的亲和性与方便性的要求也不断提升。下面借压模冲孔机的应用介绍中达数控与台达伺服在该方面应用的经验与之供享。
一、规格与技术要求
压模冲头由液压驱动，工作速度: 200次/分钟
X，Y工作台由伺服电机驱动。
传动为滚珠丝杠，直径D=25mm 螺距:T=10mm
X轴滚珠丝杠长度 L=1100mm
Y轴滚珠丝杠长度 L=1100mm
快速定位:20000mm/min
定位精度: 0.02mm
重复定位精度:0.005mm
机械原点返回精度:0.005mm
工件存储能力:1000组
工件个数记忆能力
优化工件密排
二、系统方案比较与确定
原方案采用PLC+步进马达来实现。此方案速度低冲压速度80—100次/分钟，定位精度差，且为单一工件程序存储能力，不能完全满足上述的要求。现方案采用CNC数控系统+2套ASDA伺服马达，完全满足上述的技术要求。
三、可行性分析
1.伺服马达的选型
a）快速定位 滚珠丝杠的螺矩=10mm
本机械采用直连方式;伺服马达转速2000转/分钟;直线速度 F= T＊n =10＊2000=20000mm/min 满足快速要求。
b）负载惯量计算
计算JL之公式
计算得知负载惯量：30.05 Kg.c㎡
伺服马达的惯量为: 6kg. c㎡
Tl=（F＊L/2πμ）+T0
式中:Tl—折算到电机轴上的负载转矩（N.M）
F—轴向移动工作台时所需要的力
L—电机轴每转的机械位移量（M）
To—滚珠丝杠螺母，轴承部分摩擦转矩折算到伺服电机轴上的值（N.M）
Μ—驱动系统的效率
计算得知负载转矩:4.29N.M
故此选用ASDA 1kw中惯量的伺服电机。
额定转矩4.8N.M 转子惯量:5.98Kg. c㎡
2.控制系统
A）TNC 快速I/O指令，满足高速压模冲头的快速需求。
B）电压命令型伺服指令接口，闭回路位置控制，分辨率0.001，满足定位精度/重复定位精度需求。
500kpps编码器的采集能力满足快速定 20000mm/min的需求。
C）TNC具有强大的MACRO功能，完成复杂的数学运算。
D）128k的存储容量 可以存储1000个宏程序。
E）内藏式plc满足机床辅助功能的需求。例如:板材的夹紧与放松;自动上下料，机床的行程保护;油压头的动作与保护;模具的夹紧/放松及保护。
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紧急复归按键：当马达撞到极限开关时，由于安全因素会由硬体线路来切断SERVO ON信号，此时无法使用手动或自动方式来回到正常工作范围内，这时只要按下紧急复归键，强制马达SERVO ON，就可以用手动（JOG）来将马达回到正常工作范围内。
冲孔动作分析：当轴向移动到定点时，会先确认冲床是否在上位，如果在上位，送出冲孔命令，再等待冲床下定位回授信号，才把冲孔命令取消。再等待冲床上定位命令进来，轴向再继续移动。
紧急停止线路建议接法：
例：ASDA伺服驱动SERVO ON信号为干节点。
四、系统控制方案规划
设定操作页:【板宽】、【板长】、【起始坐标】、【工作间距】、【行间距】、【行偏移量】
程序动作图解
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3.用户宏程序
变数:#10=每行孔数
#14=后一行孔数
#15=总行数
#16=前执行【孔数】
#17=前执行【行数】
#18=移动方向反向
#20=每行孔数-1
五、结束语
利用中达电通开放式、全功能通用数控系统可以灵活地整合出专用控制系统，以满足不同客户与行业的特殊需求。方案体现了台达伺服急加减速运动控制的品质。
从早台变频器面世，台达机电至今已经能为客户提供PLC控制器、温度控制器、计数器、人机界面、变频驱动器、伺服驱动器、数控系统等一系列产品，并具备向客户提供完善可靠的机电一体化解决方案的丰富成功经验。汕头三辉企业是一家以生产无纺布机械为主的企业，与中达电通已有多年合作，对台达产品给予了强力支持与高度信任，并取得了非常良好的效果。本文主要以三辉企业生产的针刺机组生产线为例，简单阐述台达机电产品的整合应用及其优点。
无纺布就是非制造布, 它是定向或随机排列的纤维通过摩擦、抱合、粘合或这些方法的组合，而相互结合制成的薄片、纤维网或絮垫。使用针刺机的针刺法是生产无纺布的方法之一。整个流程如下：
上图中的送棉箱，开松机和气压棉箱是将密实的纤维变成蓬松杂乱的纤维并送到梳理机入口，梳理机将纤维梳理成厚薄均匀的纤维网并送到铺网机，铺网机将送来的纤维网按照重量要求叠成多层的纤维网送往针刺机并由针刺机刺成相互结合制成的纤维薄片。无纺布生产线系统是一个看似各自独立、但却互相牵制的一个大系统，以下以针刺机组为对象规划针刺生产线。
方案规划
在规划整条针刺生产线时，必须考虑以下几个因素：
（1）．PLC的存储容量和处理速度。整条生产线而言，数据运算及逻辑运算量很大，16K容量远远不够，单台PLC的处理速度将会影响生产的稳定性。
（2）．针刺生产线的布局和设备操作。各机台是分散的，集中一地操作会为生产带来不便，但假如分散操作，必须会带来人机与PLC间的距离问题及PLC与受控单元的布线问题。
（3）．设备组合方式。通常一条完整的生产线用户会采购生产设备厂家性能或价格有优势的产品，或根据自身生产的产品采用不同的设备组合，故每条生产线组合可能完全不同。
为满足方便安装，方便整线整合，提高系统性能，本系统按照单机设计、自由组合方式设计（见图一、图二），即是每台针刺机使用一台PLC、一台人机、每台针刺机提供联机接口，不同需求用户组成生产线时控制上只要将各机台连上控制总线即可，单机程式不须做修改，改动内容仅在总控制器部分。
台达的驱动器、控制器及人机界面等产品均带有RS485接口，采用通讯方式安装方便、价格低廉，故在规划整条生产线的控制方式时可以充分利用通讯的方便性。故可以拟出以下两种方式：图一方式，PLC与人机联线使用RS232,模拟量传递速度信号（考虑到通讯有实时性问题），变频器频率由PLC通讯给定，功能端子给定命令。图二方式，PLC与人机联线使用RS485, 模拟量传递速度信号，变频器频率由人机COM3通讯给定，功能端子给定命令。两者相比差异在于变频器控制源上。效果一样，但图二方式远远增强了人机与PLC的通讯距离，亦即对本系统来说人机安放的范围将很宽，更适合生产线上分布安装，故将本系统按照图二设计。
如图二所示，本系统将使用到变频器，PLC和人机界面。按照机型体积和驱动能力，台达变频器分出多个系列产品，因VFD-B系列变频器支持矢量闭环控制，低频驱动能力强，而针刺机系统对速度稳定性要求较高，并且定位模式运行时要求低速大力矩，故本系统采用性价比较高的VFD-B。人机采用具有两个RS485的DOP-AE系列和PLC采用具有良好性价比的DVP-SA。
图一：人机与PLC连接采用RS232方式
图二：人机与PLC连接采用RS485方式
人机设计
操作界面主要实现对针刺、进料、出料、剥网、托网及机台间通讯进行监控操作。单机界面设计分五部分：启动画面，主画面，参数设定画面，手动操作画面，配方画面和帮助画面。在设计用户界面之前，须根据控制方案设计模组参数相关内容，一是控制器选择和控制区设定：控制器使用DELTA CONTROLLER ASCII，控制区长度设为8；二是通讯方式和通讯口设定，DOP-AE提供一个RS232口和两个RS485口（或一个RS422口），设计时只要在模组参数设定的通讯项分别指定两个RS485口的指向和通讯格式即可。这两步完成才有下面的深入设计。
（一）用户界面设计
A.启动画面
提示设备厂家信息，便于行业用户了解与沟通。
B.主画面
单机主画面
单机主画面的功能在于用户能直接了解到本地机器的运行状态、生产数据及生产线相邻设备的连接状况，故设计上主画面分三部分：数据及状态监控区；换页区；控制区。数据及状态监控区监控各工艺动作状态和运行数据，包括针刺次数、针刺时间、针刺密度、针刺频率、牵伸比和进料出料速度等,其中针刺时间和针刺次数在授权的情况下能清除当前值,在针刺时间或针刺次数到达设定值后系统将弹出换针提示；换页区完成各页面切换,用户可根据需要直接切换到相应页面进行操作；手动操作控制区控制油泵运行和控制针刺动作、入料、出料运行。在主画面按“运行”后，该画面油泵手动停止无效，系统将按照已设定的频率继续运行，运行状态下可实时调整针刺频率。在联动状态，针刺密度的修改将直接影响到进料和出料速度，但牵伸比将维持恒定。非联动状态，用户可以手动单独更改针刺频率和进出料速度（即牵伸比）。
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总屏主画面
整线主画面相对单机主画面的操作具有更高的优先级，一旦整线主画面将某一台加入到联动状态，则该机台本地操作将无效，直到解除。命令线上机台启停有两种方式，一是由整线主屏发出命令并将受命机台设为联机状态；另一种方式是将针刺线受命权交给前纺，针刺线处于待命状态，这种方式以握手方式执行，即针刺线准备完成后发出就绪信号，前纺收到信号后发出运行信号和速度信号，一旦就绪信号终止，针刺机组亦将停止。
C.参数设定画面
出于数据的安全性及程序的兼容性考虑，参数设定界面列出了用户参数和厂家参数，参数设定需要等级密码验证进入，不同授权等级的用户仅可以修改授权范围内的参数。用户可以随时修改各等级授权密码。
D.手动画面
手动操作目的用于调试，用户能任意对送料辊、出料辊、针刺、托网板、剥网板和油泵等进行任意操作，不再受其他条件约束。通过手动操作，亦可以使用户通过试验寻找合适的生产参数。
E.配方画面
台达DOP系列提供配方功能，提供方便好用类似Excel的配方编辑器，让使用者可以轻松的编辑配方；并且在64K存储空间内可以输入多组的配方，一次下载多组配方。本系统在人机端利用内部存储器来切换，用户可以灵活从该画面调用经验配方、记录当前配方或写入生产配方。程序设计配方容量500组，每组包括针刺频率，针刺倍频，托网板位置，剥网板位置，入料速度。在整线联动状态，配方内容可以续台下载，亦可以通过上位机进行，在使用上位机下载配方时，由于下载成功后托网板托网板将会自动校位，生产线上各机台较为分散，出于安全考虑，设计上要求操作人员必须确认各机台状况允许才会下载数据。
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单机调用配方功能 上位机调用配方功能
F.帮助画面
由于人机界面是直接连接在控制器，故只要设计者将控制器信息表达在人机界面上，终端用户将可以了解到设备的各种运行信息，详细的向导将有助于使用者的维护。
本系统在帮助文件上划分为几部分：一是电气部分故障信息，包括PLC的状态信息，PLC采样到的变频器状态信息；二是机械部分信息，包括机械位置到位信息，液压系统信息。所有这些信息用户将在帮助画面得到较为完善的处理指引或为厂家电话服务提供有用的信息。
故障排除指引 PLC 状态监视
（二）人机宏程序规划与设计
因为每台针刺机是独立工作的，人机的工作任务接受指令并处理、显示状态和数据信息，为变频器和主人机传递数据、保存用户数据。DOP系列人机提供了完善的宏处理指令，程序设计时可以根据需要对数据算术或逻辑处理，本系统中，总控制人机和各本地人机均使用CLOCK宏处理与变频器的交换信息，收集整线的警报信息和运行信息等。利用人机宏指令，减少了PLC与人机的不必要的通讯，更有效的分配了系统资源。
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本机人机CLOCK宏 总控制人机CLOCK宏收集系统信息
三、PLC程序设计
按照系统功能完成输入输出点规划后的工作就是程序设计。整条生产来讲，基本功能是快速处理速度信息并实现速度跟随，根据目前PLC的性能和已构建的硬件框架，可以使用总机集中分配信息，单机独立处理方式实现。单台针刺机而言，程序主要的工作变量有针刺密度（M针密）、针刺频率（F针频）、牵伸比（K）、入料速度（V入）、出料速度（V出料），托网位置（T）和剥网位置（B）。保护变量有针刺次数（C）、针刺时间（t）、托网位置上限（TSL）、托网位置下限（TXL）、托网位置上限（BSL）和剥网位置下限（BXL）。为了便于维护，程序结构上以主程序调用子程序形式编写，分为针刺运算子程序（P0），托网剥网运算子程序（P1），保护子程序（P2），数据上传子程序（P3）及动作执行子程序（P4）。主程序部分包含程序初始化、子程序调用和解读总控制器发出的指令解读信息包含当前机台是本地单机运行还是远端控制，接受并发出本地速度指令还是外部模拟量速度指令，速度信息经过本机台是否采用还是传递到下一机台等）。
针刺运算子程序（P0）根据用户输入或前级针刺机输出的速度变量执行运算，得出针刺机需要运行的针刺频率并转换为给变频器的给定频率f：
M针密 = F针频 ＊ m布针 / V出料
V入
F针频 = ———
L 步进量
V出 – V入
K牵伸 = —————— → V出 = V入（1+K）
V入
i1 60＊f i1
F针频 = N＊——— =———（1-s）＊ ———
i2 p i2
从以上算式可以推算出f与F针频、M针密、V出、V入、L 步进量的关系
托网剥网运算子程序（P1）算法是根据固定的动程分别与采样值运算，得出托网位置（T）和剥网位置（B），T和B与限位值比较后给出判断结果并提示。在配方下载模式，子程序P1是将T/B分别与目标值比较并自动校准位置。
保护子程序（P2）：采样或统计系统信息，对各状态作出是停机或是提示动作。
数据上传子程序（P3）：收集并归类本地信息以供人机快速调用。
动作执行子程序（P4）：输出处理结果。
结论
台达机电产品的在同一场合的整合，更利于扬长避短。台达机电产品线的不断拉长，功能的不断提高，客户对整体服务的需求，台达产品面临着广阔的市场空间。