A)項(xiàng)目名稱或設(shè)備名稱

　　BECKHOFF總線系統(tǒng)在鋼板輸送流水線上的應(yīng)用

　　B)項(xiàng)目背景及具體用途描述

　　上海寶鋼熱軋廠建一條鋼板輸送流水生產(chǎn)線，具體的要求是主控室上位機(jī)發(fā)出指令，通知相應(yīng)的移送機(jī)將指定的鋼板移送到生產(chǎn)輸送輥道上，移送完成后移送機(jī)通知輸送輥道將鋼板送入拋丸機(jī)進(jìn)行熱處理并進(jìn)行軋制等工藝，然后鋼板出來后上位機(jī)先通知輸送輥道將鋼板輸送的某移送機(jī)處，上位機(jī)再通知相應(yīng)的移送機(jī)將鋼板移送到指定的鋼板存儲(chǔ)區(qū)域打包。

　　該條流水線距離長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝流程多、各上下位工藝設(shè)備眾多，涉及的合作單位也多，并且應(yīng)用不同的系統(tǒng)，在運(yùn)行中各系統(tǒng)之間要交互的信息量很大，涉及的通訊協(xié)議有六種，beck

　　1、飛剪應(yīng)用介紹

　　飛剪應(yīng)用于鋼鐵加工行業(yè)，是指在鋼筋送料過程中驅(qū)動(dòng)剪切刀運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)鋼材的定長(zhǎng)剪切。因?yàn)轱w剪運(yùn)動(dòng)在剪切過程中不需停止送料，并能在加工過程中自由修改剪斷長(zhǎng)度和送料速度，所以大大提高鋼筋剪切的加工效率。

　　包米勒提供全系列大功率范圍的同步/異步伺服電機(jī)以及高性能B maXX 系列伺服驅(qū)動(dòng)器。B maXX系列伺服驅(qū)動(dòng)器由驅(qū)動(dòng)級(jí)PLC 控制，該驅(qū)動(dòng)級(jí)PLC 通過背板總線與伺服驅(qū)動(dòng)器快速同步存取/訪問數(shù)據(jù)，并支持IEC 61131-3 多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。Baumueller 公司專為飛剪、旋切和追剪等應(yīng)用開發(fā)了系列功能塊，方便實(shí)現(xiàn)這三類應(yīng)用。

　　2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　　

　　圖1 包米勒飛剪應(yīng)用系統(tǒng)機(jī)構(gòu)

　　圖1 為包米勒飛剪應(yīng)用的系統(tǒng)構(gòu)成。其送料單元由送料驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制，負(fù)責(zé)平穩(wěn)無打滑的送料;剪切單元由剪切伺服系統(tǒng)控制，它根據(jù)設(shè)定的切斷長(zhǎng)度和送料的速度，驅(qū)動(dòng)剪切刀對(duì)鋼筋進(jìn)行定長(zhǎng)剪切。伺服系統(tǒng)控制參數(shù)如切斷長(zhǎng)度、送料速度等由人機(jī)界面輸入;材料的速度和位置由編碼器反饋到剪切驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。編碼器信號(hào)來源分為被動(dòng)式和主動(dòng)式：

　　被動(dòng)式：由安裝在測(cè)量輪上的編碼器反饋材料速度和位置;

　　優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量輪由材料帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)值為材料的實(shí)際速度和位置;缺點(diǎn)是信號(hào)波動(dòng)較大。

　　主動(dòng)式：由送料電機(jī)編碼器反饋材料速度和位置;

　　優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)平穩(wěn)，波動(dòng)小;缺點(diǎn)是當(dāng)材料與送料輪之間打滑時(shí)送料電機(jī)編碼器反饋信號(hào)不能準(zhǔn)確反應(yīng)材料實(shí)際速度和位置。

　　3、包米勒旋切、飛剪模塊

　　包米勒用于飛剪的主要功能塊如下：

　　TM_SyncRot_Init：根據(jù)控制要求初始化旋切/飛剪功能;

　　TM_SyncCam_Init：設(shè)置同步區(qū)的曲線;

　　TM_MasterEncoder：根據(jù)編碼器反饋值計(jì)算出材料的速度和位置;

　　TM_SyncRot：根據(jù)材料的速度和位置生成當(dāng)前軸的位置設(shè)定值和速度設(shè)定值;

　　TM_DriveEncoder：根據(jù)轉(zhuǎn)速設(shè)定值控制當(dāng)前軸的運(yùn)動(dòng)。

　　此外，包米勒在控制剪切刀飛剪運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，還能實(shí)現(xiàn)一些特殊的工藝要求，如在同步區(qū)剪切速度與送料速度之間存在固定的比例;設(shè)定加減速切換點(diǎn);套色標(biāo)剪切等。

　　4、運(yùn)動(dòng)方式

　　剪切單元采用偏心軸方式傳動(dòng)，并采用機(jī)械同步定位軸，保證上下兩個(gè)刀座定向、同速、定位，使剪切刀固定刀座作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中剪切刀速度和送料速度同步的區(qū)域稱為同步區(qū)，同步區(qū)內(nèi)上下刀刃咬合的區(qū)域?yàn)榧羟袇^(qū)域，同步區(qū)之外的運(yùn)動(dòng)區(qū)域稱之為補(bǔ)償區(qū)。

　　包米勒飛剪應(yīng)用中剪切刀運(yùn)動(dòng)軌跡分為同步區(qū)和補(bǔ)償區(qū)，其運(yùn)動(dòng)方式也分為同步運(yùn)動(dòng)和補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)。同步運(yùn)動(dòng)為剪切電機(jī)在同步區(qū)與材料速度和位置實(shí)現(xiàn)同步，其間上刀刃和下刀刃咬合，完成對(duì)鋼板的剪切過程;而離開同步區(qū)后，根據(jù)切斷長(zhǎng)度的不同，剪切刀需要加速或者減速來補(bǔ)償，以適用不同的切斷長(zhǎng)度，即為補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)。根據(jù)切斷長(zhǎng)度的不同，有三種不同的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)方式：

　　1) 長(zhǎng)料切斷

　　剪斷長(zhǎng)大于兩倍刀刃周長(zhǎng)情況下，在剪切周期中刀刃在剪斷動(dòng)作完成后減速并停止在設(shè)定點(diǎn)，然后加速進(jìn)入同步區(qū)。

　　2) 中料切斷

　　剪斷長(zhǎng)大于刀刃周長(zhǎng)但小于兩倍刀刃周長(zhǎng)情況下，剪斷動(dòng)作完成后減速但不停止在設(shè)定點(diǎn)，過設(shè)定點(diǎn)加速進(jìn)入下一次剪切。

　　3) 短料切斷

　　剪斷長(zhǎng)小于刀刃周長(zhǎng)情況下，剪斷動(dòng)作一旦完成馬上加速到設(shè)定點(diǎn)，然后減速進(jìn)入下一次剪斷。

　　5 、在飛剪項(xiàng)目上的應(yīng)用

　　當(dāng)未設(shè)置同步區(qū)附加曲線時(shí)，剪切刀的默認(rèn)運(yùn)動(dòng)方式為旋切，剪切刀在同步運(yùn)動(dòng)時(shí)剪切刀轉(zhuǎn)速和送料速度一致，在中料切斷時(shí)的曲線實(shí)測(cè)如下：

　　

　　圖2 旋切運(yùn)動(dòng)曲線

　　但是對(duì)于鋼筋剪切，假如剪切刀在同步運(yùn)動(dòng)時(shí)剪切刀轉(zhuǎn)速和送料速度一致，則在剪切時(shí)剪切刀在送料方向上的分量與送料速度不一致，將會(huì)造成堵住鋼筋或者拖拽鋼筋的情況，所以切割鋼筋時(shí)需要剪切刀速度在送料方向的分量和送料速度在同步區(qū)一致。這時(shí)需要在同步區(qū)附加一段曲線來實(shí)現(xiàn)上述功能。

　　同步區(qū)運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型如圖3，其中r= 60mm( r 為偏心軸半徑)， ? sync =80°(0°～80°為同步區(qū))，? cut = 60°(10°～70°為剪切區(qū)域)，同步區(qū)之外的區(qū)域?yàn)檠a(bǔ)償區(qū)。這里同步區(qū)大于剪切區(qū)域，是因?yàn)樾枰幸欢ň嚯x來平滑速度的變化，否則會(huì)造成較大的機(jī)械沖擊?！　?/p>

　　圖3 同步區(qū)運(yùn)動(dòng)模型

 

 

　　(1.6)為了讓剪切刀實(shí)現(xiàn)平滑的加減速運(yùn)動(dòng)，在同步區(qū)的0°～10°、70°～80°各附加一段過渡曲線，以使速度平滑過渡，減小機(jī)械沖擊，附加過渡曲線后的同步區(qū)剪切刀速度曲線如下：

　　

　　圖4 同步區(qū)運(yùn)動(dòng)曲線

　　添加同步區(qū)曲線后，在中料剪切時(shí)完整的剪切刀速度曲線實(shí)測(cè)如圖5 所示，該運(yùn)動(dòng)曲線能完全滿足飛剪運(yùn)動(dòng)控制需求，且機(jī)械沖擊小，控制精度高。

　　

　　圖5 飛剪運(yùn)動(dòng)曲線

　　6、結(jié)論

　　經(jīng)過測(cè)試運(yùn)行，機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)正常穩(wěn)定，剪切口平整，在不同的剪切長(zhǎng)度和高速送料時(shí)都達(dá)到了良好的精度，大大提高了客戶的生產(chǎn)效益。

　　hoff總線系統(tǒng)在該流水線上的作用主要是起承上啟下的、中轉(zhuǎn)站的作用，將上下位發(fā)過來的信息經(jīng)過加工和處理，準(zhǔn)確地發(fā)送給各自目標(biāo)設(shè)備和系統(tǒng)，最終使整條流水線形成一個(gè)整體，保證能準(zhǔn)確有效地完成生產(chǎn)任務(wù)。

　　C) 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　D)性能指標(biāo)

　　1、5種通訊協(xié)議，EtherCat、TCPADS、TCPIP、TCPModbus、ProfibusDP,同時(shí)長(zhǎng)距離傳輸信號(hào)穩(wěn)定，還有EtherCat轉(zhuǎn)光纖，然后光纖再轉(zhuǎn)回EtherCat;

　　其中的主PLC是所有分站、外圍設(shè)備、上位管理系統(tǒng)、下道工序設(shè)備的信息中轉(zhuǎn)站，上位管理系統(tǒng)發(fā)出的指令，經(jīng)主PLC分辨后發(fā)給相應(yīng)的分站PLC執(zhí)行，分站執(zhí)行完成返回信息給主PLC,主PLC通知外圍設(shè)備和下道工序執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，在整個(gè)工作過程中各個(gè)分站、外圍設(shè)備以及下道工序的運(yùn)行狀態(tài)在主PLC監(jiān)控畫面上顯示，同時(shí)也將運(yùn)行信息發(fā)給WinCC監(jiān)控系統(tǒng);