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研拓自动化在数控绕线生产线设备上的应用-杭州研华拓峰自动化技术有限公司-中国传动网应用案例

信息来源:chuandong.biz  时间:2008-08-30  浏览次数:100

  摘要:研华PAC架构设计的ADAM-5550KW 嵌入集成系统开发出--全自动数控多轴数绕线生产线控制系统。依靠PAC强大的数据运算能力,该控制系统实现了多轴数的数控绕线机中特殊的二次程序设计功能,从而能够轻易实现同一设备生产不同工艺的绕线定子,具有非常好的柔性和工艺安全性,达成大量生产效果。本文介绍的一种基于全套研华PAC产品的全自动数控绕线生产线控制系统,充分发挥了PAC控制器的开放性,便捷性,网路性,从而实现了二次开发简便,适应性强,扩展性能更高的要求。
  前言:
  近年来经济快速发展,除了满足国内的需求之外,也会针对国外高价值产品提供相关生产设备,提出更具竞争力的设备方案作为外销利器。随着众多产也需要电力规格转换的需求,使得各式各样的电机工艺生产工艺要求更加严峻。
  众所周知,电机的定子线圈的质量直接决定着电机的性能,所以对数控绕线设备性能的要求可谓日趋严格,所以国内企业生产使用的高端的电机绕线机还是大量由日本,美国,以及一些欧美企业提供。国内绕线机生产企业也在积极突破,开发更能适应国内市场,质量更好,灵活性更大的绕线机,目前市场上的数控绕线生产线控制系统的种类繁多,但基本采用的是PLC + 触摸屏,专用数控系统等架构,此架构功能单一,配套功能有限,功能扩展更是一个瓶颈,不能满足产品多变需求对数控绕线机生产线系统的大量生产需求。
  一、系统需求:
  1.1每组三轴运动控制,扁平电缆和飞叉轴配合运动;
  1.2统管四十八轴多轴数同步绕线运动,可以同时绕高达十六组定子电机;
  1.2 完成自动扁平电缆,自动多层,多极,多段绕线;
  1.3 每个工序的动作可自由组合编辑,最终客户可以简单通过工艺二次开发;
  1.4 人性化的用户操作接口,以及简单的操作方法;
  1.5 无限组大容量参数配方存取;
  1.6 方便进行I/O扩展,运动轴的扩展;
  1.7 突破以往的单机生产方式,满足长型距离生产线设计需求;
  1.8 实现高绕线精度,绕线精度+0.01mm,飞叉:0.5度;
  1.9 应用系统SQL资料库的收集与分析;
  1.10 所使用的系统需保证适合工厂的震动、温度、连续生产等苛刻要求;
  1.11 具备易更新维护,易配线等特点;
  1.12 具备远程维护操作与远程更新等功能;
  二、系统架构:
  根据分析,需要实现以上功能,采用一般的PLC+触摸屏方式将遇到:多轴联动控制的难度;二次工艺开发的难度;大容量参数配方存取的难度;系统自由扩展的难度:远程监控与维护的难度;资料库应用与分析的难度;长型生产距离设备的扩充困难。若是一般的行业专用控制器或者数控系统则会遇到:扩展性能欠缺;二次开发难度大;大容量参数配方存取的难度;远程监控与维护的难度;资料库应用与分析的难度;针对多轴数控制与资料收集额外需要工控机做处理。
  而这些正是PAC作为新一代自动化控制的优势所在。能够充分发挥类IPC的强大运算功能和数据处理能力保证客户实现二次开发平台的建立和大容量数据的处理,又能够使用简易的PLCopen程序设计方式,基于Windows CE或者Windows Xpe的开放架构,客户甚至可以同时使用各种高级语言(C++,.NET等)进行开发应用程序,应用程序甚至工艺模块程序完全编译下载,无法上传源代码,保证程序的安全性;丰富的接口(以太网,串口,USB,VGA等)极大的方便客户进行功能扩展。
  本案我们即采用了研华PAC (如图2所示)来进行开发。基于Windows CE操作系统,使用完全兼容IEC61131/3的指令开发下位机控制程序,采用.NET自由开发UI(User Interface)操作接口。如图3示。
  图2 系统方案
  图3 系统架构图
  2.1 ADAM-5550KW是为控制任务而特别设计的,它即具有工业PC强大的运算能力,又具有PLC的高可靠性。它在单一平台中实现了包括离散、模拟和运动和人机界面等多种功能。
  2.1.1 采用WindowsCE操作系统;
  2.1.2 ADAM-5550KW支持Modbus RTU/TCP协议;
  2.1.3 内建实时内核,逻辑功能,数据处理功能,运动控制功能全部支持IEC61131/3五种程序设计语言;
  2.1.4 采用KW程序设计环境,还支持梯形图,功能块,SFC图形化语言的混合程序设计,如图4所示,极大地方便了PLC客户轻松掌握。
  2.1.5 自带2以太网口,4串口,2 USB接口,自由通讯扩展;
  2.1.6 自带VGA接口,支持大尺寸TFT工业显示器,实现大尺寸HMI操作;
  图4 PAC支持混合程序设计
  2.2 采用以分散式架构的AMONet通讯总线作为长距离运动控制的核心技术,藉由AMONet总线来连结所有的AMAX-2241作为四轴运动控制模块,支持松下伺服电机对三轴伺服进行精确控制,其特点如下:
  2.2.1 四轴独立4MHz脉冲输出运动控制模块;
  2.2.2 支持三轴线性插补、2轴圆弧插补运动,连续插补功能;
  2.2.3 支持Latch,Compare输出功能。
  2.3 ADAM-5051S 16路隔离数字输入模块;
  2.4 ADAM-5056S 16路隔离数字输出模块;
  2.5 ADAM-5024 4信道模拟量输出模块,实现模拟量涨力控制;
  2.6 采用Microsoft .Net结合研华LogixView库进行UI接口开发。Logixview功能库为客户提供常用的HMI控件和Modbus RTU/TCP等通讯控件。轻松开发人机界面可以采用Sql ce开发数据库,大容量变量通讯和量存储,充分发挥PAC的大容量数据处理功能。
  二、技术实现:
  绕线工艺一:
  绕线工艺二:
  3.1 二次开发功能:
  本系统采用了流程控制的开发模式,即系统将执行动作分割为18个局部动作和4组标准的绕线方式,运行时按照“工序1? 工序2 … ? 工序n"的顺序依次执行各个工序相应的动作。任意工序上的动作可以选择任意的局部动作或绕线方式,友好的人机界面可以适应用户灵活的编辑特有的工艺或者秘密加工工艺。用户通过对各个动作的二次程序设计,实现特殊工艺的二次开发。由于基于PAC开发,操作人员只需要在触摸屏上简单点击选择,设定一下参数即可,而无需重新学习复杂的程序设计语言。降低了操作人员的技术要求,从而在增强系统的柔性的同时,降低了工厂的人力成本。
  图5动作编辑画面
  3.2 大容量数据处理:
  通过Modbus TCP在上下位机(在Adam-5550内部人为分割成两个系统,实时内核充当下位机,WindowsCE系统充当上位机)传输近4000个Real型数据。在上位通过SQL for CE的数据库处理,充分发挥PAC的能力,保障了满足繁琐加工工艺的要求,以保证更好的产品质量。同时Adam-5550预留的两个以太网口,以及4个串口同样通过MODBUS可以与第三方设备进行通讯,保证了程序数据结构的一致性,也为之后实现企业信息系统或者功能扩展留好的接口。
  3.3 典型动作工艺:
  整个系统包括统管十二轴多轴数同步绕线运动,可以同时绕四到八组定子电机,每一组控制16个气缸的动作,延时,扁平电缆,飞叉,四种绕线方式,分度,涨力等22个动作,客户可以通过编辑这22个动作的顺序与各动作的参数实现不同的工艺(如图6)。并且允许客户使用循环嵌套的方式编辑重复的动作,这样就大大地增加了客户工艺的自由度。也完全消除了最终客户害怕自己的绕线工艺被设备厂商获悉的阴影。
  图6工艺画面
  为了适应外转子式定子绕线特殊的加工工艺,集成了极绕、前后空、层绕等多种绕线方式。如图8所示。使用IEC61131/3,将复杂的多轴连动,插补等运动控制功能,通过简单的功能块参数设置的方式实现,极大地缩短了开发周期,并且系统的稳定性也得到了很大的提高。如图7所示:
  图7运动控制程序设计方式
  图8 典型的三种绕线方式
  3.4 配方功能:
  设置了配方编辑和存取功能,用户可以根据不同的加工工艺,可以编辑无限多的配方档,并支持在线传输或者U盘导入功能。只要一次编辑,即可无限调用,大大节约了用户的时间和测试成本,以及对工艺的管理更清晰、更保密。见图6。
  3.5 测试功能:
  完整的测试接口,支持IO在线测试功能。加上直观的人机画面,可以手动强制测试判断各输入输出的正确性。各运动轴的在线调试功能,直观的显示各轴当前的坐标。见图9。
  设置了扁平电缆轴软限位功能,保证模具和设备的安全,节省了维护成本。
  报警功能,自动显示系统状态出错的信息,精确到某个气缸没有到位的报警信息,大大节约了使用者对设备的维护时间和成本。
  图9 测试画面
  四、结束语:
  采用PAC的架构设计的数控自动绕线生产线,即具有工业PC强大的运算能力,又具有PLC的高可靠性保证适合工厂的震动、温度、连续生产等苛刻要求,藉由AMONet分散式扩充系统具备易更新维护,易配线等特点,将电机驱动扩充与距离无限延伸。
  直观简洁的配方设定功能,无限量的配方存取,简单的操作接口,极大地降低了用户工艺的开发和管理成本,多种加工工艺可随意自由组合实现的二次便捷程序设计功能。
  具备SQL资料库的收集与分析,将生产结果完整记录下来,所使用的系统需具备远程维护操作与远程更新等功能即满足用户的多样需求。

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