伺服驱动器在30 MN铝挤压机生产线后部堆垛中的应用

2020-10-14王雪峰陈英凯强亚波

中国重型装备 2020年4期

王雪峰张维陈英凯强亚波柴华

(中国重型机械研究院股份公司，陕西710032)

铝挤压机生产线后部的堆垛机，常采用变频器配合外部绝对值编码器，通过PLC的控制来实现位置和速度的控制，这种控制方式对于小规模和自动化要求不高的企业没有问题，但是随着铝加工行业的飞速发展，对于大型的、有高度自动化需求的企业，逐渐满足不了用户的生产要求，因为企业对堆跺的效率和稳定性要求也越来越高，逐渐成为考核铝加工设备智能化水平高低的重要环节，也促进了伺服系统在堆垛机行业的快速推广和应用。

以我院为土耳其提供的30 MN铝挤压机生产线的配套后部设备——高速堆垛机为例，介绍伺服驱动器的显著特点及在高速堆垛机上的应用。

1 单轴驱动系统概述及工作原理

该规格驱动器具有良好的扩展性和灵活性，它集矢量控制与伺服控制于一身，特别适用于速度、转矩和定位控制，可以满足日益增长的高性能设备。既支持标准的PROFIBUS-DP，也具有PROFINET接口，通过这些接口，可方便地集成到上位自动控制系统中，同时标准化设计、选型、组态、调试工具保证了使用的便捷性。该规格单轴驱动器结构形式为整流单元和逆变单元集成在一起，本系统由CU310-2PN控制单元、PM240-2功率模块、1FK7伺服电机以及采用DRIVE-CLiQ通讯方式的编码器等组成。

2 伺服驱动器在高速堆垛机上的解决方案

2.1 工艺流程

工艺流程：启动自动程序→隔条上料电机运行(只要有隔条就自动启动并到前极限停止)→隔条旋转盘电机运行(检测有隔条就运行一次，即旋转90°并送1根隔条)→隔条精准输送电机(检测有隔条即运行，输送隔条数量HMI设定)→隔条发送完毕并精准到位→抓料机械手升降机构下降(抓料机械手必须打开)→抓料机械手闭合(抓料机械手到下极限)→抓料机械手升降机构上升(抓料机械手必须关闭)→抓料机械手横移电机前进到位(抓料机械手升降机构上升到上极限位)→抓料机械手升降机构下降(下降极限位置随料框内料高的变化而变化)→抓料机械手打开(抓料机械手升降机构到下极限)→抓料机械手升降机构上升到位→抓料机械手横移电机后退并到位停(抓料机械手升降机构上升到上极限位)→自动结束。

2.2 电控系统介绍

采用以S7-400系列CPU为载体，TIA Portal V15开发软件为平台，伺服驱动器为定位执行机构，共同组成电气控制系统。S7-400CPU可以通过PROFINET网络同伺服驱动器通信，S7-400CPU通过TIA Portal V15驱动库中的标准功能块FB284来实现伺服驱动器的基本定位(EPOS)控制，功能块FB284可在循环组织块OB1和循环中断组织块中进行调用。

2.3 对伺服驱动器进行项目配置

使用调试软件Starter对伺服驱动器进行项目配置。

2.3.1 配置装置基本参数

在驱动器选项下点击插入驱动器，在驱动器类型里选择类型：选择“servo”伺服，在功能选择中，选择“Basic position”激活基本定位，在STARTER软件，伺服驱动器硬件配置结束后在线，连接驱动器，打开对应驱动器的参数列表，r108.3=1，r108.4=1(activated)，表示定位功能已激活。如有其他要求，可选择相应选项，选择不同选项后会对后面配置有影响，研究仅侧重于基本定位功能，其它的参数设置可根据电机的实际情况依次设定。

2.3.2 配置通信西门子报文111

在通讯报文配置中添加111报文，见图1，并按顺序排列，且此顺序图应与PLC软件的硬件组态一致。

图1 配置驱动器的机械参数Figure 1 Mechanical parameters allocation of driver

2.3.3 配置驱动器的机械参数

在“mechanics”对话框界面中配置驱动器的机械参数，Load revolutions和Motor revolutions设置电机和负载的机械齿轮比，LU per load revolution设置负载侧转动一圈物体移动距离对应的数值，如果负载移动10 mm，则此时10000LU 对应10 mm；Modulo range and Activate modulo correction设置模态轴功能，模态轴是指运行距离达到模态范围后清零的功能，适合旋转轴使用，如图2。

图2 “mechanics”对话框界面中配置驱动器的机械参数Figure 2 Mechanical parameters allocation of driver on “mechanics” dialog interface

2.3.4 配置驱动器的软硬限位参数

在“Limit”对话框界面中配置驱动器的软限位和硬限位参数，Positive end position和Negative end position参数界面输入软限位的正负限幅值；Minus stop output cam Plus stop output cam设置外部限位开关的硬限位信号点(该信号需要保持高电平)。

2.3.5 配置驱动器相关运行动态参数

在图3界面中配置驱动器的相关运行动态参数。Max velocity设置最大速度，Max acceleration和Max deceleration设置最大的加减速度，Max Jerk设置最大的加减速度变化率，Jerk limitation activation设置Max Jerk参数是否生效。

图3 配置驱动器的相关运行动态参数Figure 3 Related operation dynamic parameters allocation of driver

2.3.6 配置驱动器点动运行参数

在“Jog”界面中配置驱动器的点动运行参数。EPOS Jog1/Jog2 velocity setpoint设置速度点动的给定值，EPOS Jog1/Jog2 traversing distance设置距离点动的给定值。管脚点动方式对应的点动速度设定值同此。

2.3.7 对绝对值编码器校准

在图4界面中对绝对值编码器校准。

图4 对绝对值编码器校准Figure 4 Correction of absolute values encoder

2.4 TIA Portal软件中配置伺服驱动器

在网络视图中添加伺服驱动器设备，设置IP地址及设备名称。在伺服驱动器的设备视图中插入DO SERVO，并为DO SERVO选择控制报文SIEMENS telegram 111，需要注意添加的模块和报文顺序必须和STARTER(图1)软件一致，见图5。

图5 TIA Portal软件中配置Figure 5 allocation in TIA Portal software

2.5 功能块FB284

功能块FB284可在循环组织块和循环中断组织块中调用，以提高该功能块的扫描周期，在OB1中将DriveLib_S7_300_400中的SINA_POS(FB284)功能块拖拽到编程网络中，见图6。

图6 在OB1中将FB284功能块拖拽到编程网络中Figure 6 FB284 function block in OB1 moved to programming network

FB284功能块的管脚ModePos输入用于运行模式的选择。可根据设备工艺的要求，在不同的运行模式下进行切换，如需要工作在相对定位模式，让ModePos=1；如果需要工作在绝对定位模式，让ModePos=2；同理，需要工作连续运行模式，让ModePos=3，可以很方便地根据设备工艺要求，选择对应的控制方式，实现对设备高速精准定位控制。该功能块的常用管脚设置：

(1)CancelTraversing：一般常置1，即不取消当前运行命令。

(2)IntermediateStop：连接急停信号，伺服运行前必须接通。

(3)FlyRef：如果需要运行过程中回零，则该管脚置1，否则置0。

(4)ExecuteMode：激活请求模式，上升沿。

(5)OverV：设定速度百分比，设置为100。

(6)OverAcc：设定加速度百分比，设置为100。

(7)OverDec：设定加速度百分比，设置为100。

(8)ConfigEPos：可通过此参数控制基本定位的相关功能，设置为3，即位0和位1置1，OFF2和OFF3停止无效。