Profibus總線在多線切割機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言

　　多線切割機(jī)是利用金屬切割線切割硅、石英等硬脆材料的機(jī)器,主要原理就是把細(xì)的金屬切割線通過復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和各種導(dǎo)線輪,按切割的工件的形狀編織成一定網(wǎng)狀,并在整個(gè)線網(wǎng)內(nèi)給定一個(gè)相對(duì)恒定的張力,然后多個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)切割線網(wǎng)高速的運(yùn)轉(zhuǎn),最后在切割線網(wǎng)上噴灑細(xì)研磨砂漿,同時(shí)進(jìn)給工作臺(tái)帶動(dòng)切割線網(wǎng)進(jìn)給,完成切割任務(wù)。

　　多線切割機(jī)控制系統(tǒng)由以下部分構(gòu)成:工控機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置包括主伺服驅(qū)動(dòng)、從伺服驅(qū)動(dòng)、導(dǎo)輪伺服驅(qū)動(dòng)及收放線伺服和排布線伺服,砂漿供給變頻器、質(zhì)量流量計(jì)和其他的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。

　　線網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),需要多個(gè)伺服電機(jī)的高度同步來保證,切割線在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中放切割線的線輪和收切割線的線輪直徑不斷變化,要保持線網(wǎng)的張力不變,就要不斷調(diào)整放線輪和收線輪的速度和扭矩,所以對(duì)于自動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求非常嚴(yán)格,同時(shí)系統(tǒng)還要有人機(jī)界面來操作和監(jiān)控,切割過程中還要記錄系統(tǒng)運(yùn)行情況。所以控制系統(tǒng)要具有快速的復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算和邏輯運(yùn)算能力,同時(shí)把運(yùn)算的結(jié)果盡快地傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

　　由于對(duì)控制系統(tǒng)要求比較苛刻,控制設(shè)備量大,各個(gè)設(shè)備間密切配合如果采用傳統(tǒng)的控制方案,勢(shì)必要敷設(shè)大量的控制和信號(hào)電纜,浪費(fèi)大量的人力和物力,十分不經(jīng)濟(jì),同時(shí)使系統(tǒng)復(fù)雜,可靠性降低 。采用目前比較流行的profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),可以降低成本,同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性,使系統(tǒng)易于擴(kuò)展和維護(hù)。

2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和說明

　　首先工控機(jī)設(shè)定切割需要的給定值,包括線速度、線張力、砂漿流量和砂漿溫度等,給定值傳給主驅(qū)動(dòng)伺服,同時(shí)工控機(jī)與各伺服傳動(dòng)之間通過Profibus高速數(shù)據(jù)傳輸,將給定值和主驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)快速傳遞給3個(gè)從驅(qū)動(dòng)伺服和收放線輪伺服以及排線伺服,同步的實(shí)現(xiàn)依靠每個(gè)報(bào)文的同步字符,線張力由工控機(jī)通過Profibus總線傳給收放線伺服,然后通過伺服I/O接口輸出給氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制張力臂。切割過程中,工控機(jī)通過Profibus總線適時(shí)讀取角度傳感器測(cè)得張力臂的張力以及收放線電機(jī)的扭矩,根據(jù)張力值和電機(jī)的扭矩計(jì)算線輪直徑,不斷調(diào)整收線和放線電機(jī)的角速度。從而保證切割的線速度和線張力恒定。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D