Profibus總線在多線切割機控制系統中的應用

1 引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/331445.htm

　　多線切割機是利用金屬切割線切割矽、石英等硬脆材料的機器,主要原理就是把細的金屬切割線通過複雜的機械結構和各種導線輪,按切割的工件的形狀編織成一定網狀,並在整個線網內給定一個相對恆定的張力,然後多個伺服電機驅動切割線網高速的運轉,最後在切割線網上噴灑細研磨砂漿,同時進給工作檯帶動切割線網進給,完成切割任務。

　　多線切割機控制系統由以下部分構成:工控機和伺服驅動裝置包括主伺服驅動、從伺服驅動、導輪伺服驅動及收放線伺服和排布線伺服,砂漿供給變頻器、質量流量計和其他的傳感器和執行機構等組成。

　　線網的正常運轉,需要多個伺服電機的高度同步來保證,切割線在運轉過程中放切割線的線輪和收切割線的線輪直徑不斷變化,要保持線網的張力不變,就要不斷調整放線輪和收線輪的速度和扭矩,所以對於自動控制及驅動系統要求非常嚴格,同時系統還要有人機界面來操作和監控,切割過程中還要記錄系統運行情況。所以控制系統要具有快速的複雜數學計算和邏輯運算能力,同時把運算的結果儘快地傳給執行機構。

　　由於對控制系統要求比較苛刻,控制設備量大,各個設備間密切配合如果採用傳統的控制方案,勢必要敷設大量的控制和信號電纜,浪費大量的人力和物力,十分不經濟,同時使系統複雜,可靠性降低 。採用目前比較流行的profibus現場總線技術,可以降低成本,同時提高系統的可靠性,使系統易於擴展和維護。

2 控制系統網絡結構和說明

　　首先工控機設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,給定值傳給主驅動伺服,同時工控機與各伺服傳動之間通過Profibus高速數據傳輸,將給定值和主驅動的數據快速傳遞給3個從驅動伺服和收放線輪伺服以及排線伺服,同步的實現依靠每個報文的同步字符,線張力由工控機通過Profibus總線傳給收放線伺服,然後通過伺服I/O接口輸出給氣動調節閥控制張力臂。切割過程中,工控機通過Profibus總線適時讀取角度傳感器測得張力臂的張力以及收放線電機的扭矩,根據張力值和電機的扭矩計算線輪直徑,不斷調整收線和放線電機的角速度。從而保證切割的線速度和線張力恆定。

圖1 網絡拓撲圖

3 系統軟體

　　主控單元工控機的控制程序主要採用Step7軟體進行編寫,同時使用VB腳本和C腳本編寫和組態了人機界面程序,該程序採用模塊化編程結構,便於系統維護和擴展。由於系統軟體邏輯運算和數學運算的複雜性,限於篇幅,下面只列出放線輪建立線網過程和主程序的程序流程圖[5][6]