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自2005年開(kāi)始，我國(guó)的發(fā)電行業(yè)便面臨煤荒導(dǎo)致的電荒。如今，煤電帶來(lái)的環(huán)境污染、全球變暖以及我國(guó)承擔(dān)的減排任務(wù)都迫使我們必須尋求解決電源困局之道，調(diào)整能源結(jié)構(gòu),優(yōu)先發(fā)展風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電是現(xiàn)今技術(shù)條件下的最佳選擇。本片案例是為太陽(yáng)能光伏電池覆蓋鋼化玻璃板流水線作業(yè)打孔，設(shè)備加工精度，效率要求高，在不降低性能的前提下，最大程度的控制了成本。
1 設(shè)備概況
全自動(dòng)玻璃打孔機(jī)包含6顆伺服、定位軸、X1及X2送料軸、Y軸、Z1軸、Z2軸。具體如圖1所示。
圖1 全自動(dòng)打孔機(jī)示意圖
（1）定位軸：選用玻璃精確定位（B2伺服*1），經(jīng)減速機(jī)后由絲杠傳動(dòng)。計(jì)算打孔點(diǎn)到玻璃邊沿距離，定位到位置后，放下?lián)鯄K，實(shí)現(xiàn)玻璃板的精確定位；
（2）X軸：玻璃傳送（B2伺服*2），經(jīng)減速機(jī)后直接驅(qū)動(dòng)。高摩擦力傳送帶，同時(shí)配合壓夾裝置，保證玻璃板傳送方向，傳送帶的位置和速度由前后兩個(gè)伺服控制，通過(guò)計(jì)算打孔點(diǎn)到玻璃邊緣的位置，傳送帶定位到對(duì)應(yīng)路徑位置；
（3）Y軸：打孔鉆頭定位（A2伺服*1），經(jīng)減速機(jī)后由絲杠傳動(dòng)。鉆頭安裝在Y軸上，根據(jù)Y坐標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算打孔點(diǎn)到玻璃邊緣的距離，控制Y軸的位置和速度到達(dá)指定打孔點(diǎn)；
（4）Z1、Z2：鉆頭進(jìn)給定位（A2伺服*2），經(jīng)由大小輪及絲杠傳動(dòng)。Y軸定位后，下鉆頭較高速度1接近玻璃表面，再以速度2進(jìn)行距離1的倒邊，再以速度3進(jìn)行距離2攻進(jìn)，最后以速度4慢速退刀；下鉆頭退刀后上鉆進(jìn)行與下鉆類(lèi)似的動(dòng)作完成打孔。
圖2 X軸擋塊
圖3 Y軸及Z軸
2 技術(shù)參數(shù)
2.1 設(shè)備指標(biāo)
設(shè)備指標(biāo)如表1所示。
表1 設(shè)備指標(biāo)
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項(xiàng)目
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說(shuō)明
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鉆孔數(shù)量
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36（可擴(kuò)充）
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精度
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±0.5mm
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定位軸速度
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3m/min
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X送料速度
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32m/min
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Y軸速度
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3m/min
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上下鉆速度
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6000rpm
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2.2 硬件清單
硬件清單如表2所示。
表2 硬件清單
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名稱(chēng)
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數(shù)量
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說(shuō)明
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人機(jī)界面
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1
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DOP-07S410
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控制器
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1
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DVP-28SV
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擴(kuò)展模塊1
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1
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DVP16SM11N
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擴(kuò)展模塊2
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1
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DVP32SN11TN
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變頻器
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3
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VFD-M 750W
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伺服
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6
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A2*3/B2*3
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2.3 軟件清單
軟件清單如表3所示。
表3 軟件清單
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設(shè)備
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軟件
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控制器
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WPLSoft 2.20
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HMI
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DOPSoft 1.00.07.13
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伺服
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ASDA_Soft V4.07.05
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變頻器
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VFDSoft1.45
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4 輔助工具
輔助工具如表4所示。
表4 輔助工具
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PC-PLC通訊線
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IFD6601(232)
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PC-HMI通訊線
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DOP-PC-USB
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PC-A2伺服
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DOP-PC-USB
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PC-B2伺服
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ASD-CNUS0A08(232)
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PC-變頻器
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IFD6500(485)
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3 工藝說(shuō)明
3.1 定位軸
定位軸使用B2伺服驅(qū)動(dòng)，控制上采用絕對(duì)值定位DDRVA。確定基準(zhǔn)后，采用絕對(duì)值定位可以靈活定位到指定位置，避免一定量的數(shù)學(xué)計(jì)算；當(dāng)一次定位完成，開(kāi)始打孔后，便進(jìn)行下一個(gè)孔位置的比較，如果X坐標(biāo)相同則不需要再次定位，X坐標(biāo)不同，則進(jìn)行下一次定位，定位到位前放下?lián)鯄K，慢速進(jìn)入預(yù)定位置待命；最后一個(gè)空定位完成后，收起擋塊定位至第一孔位置，等待玻璃送出后放下?lián)鯄K。
3.2 Y軸
Y軸使用A2伺服驅(qū)動(dòng)，控制上采用絕對(duì)值定位DDRVA。因?yàn)閅軸上有玻璃夾持壓盤(pán)，所以Y定位或重新定位前壓盤(pán)必須解除；孔的Y坐標(biāo)與下一個(gè)想同時(shí)，只需要壓盤(pán)、壓緊、定位和送料動(dòng)作后，即可以打孔。
3.3 X1、X2
X1、X2使用兩臺(tái)B2伺服分別驅(qū)動(dòng)，控制上采用增量式定位，分送料后和送料前兩部份。送料過(guò)超聲波后，X2不需要同步送料，這時(shí)要高速補(bǔ)料到超聲波前光電位置，以提高工作效率；送料到超聲波后，以一般速度移動(dòng)，當(dāng)接近至一定距離時(shí)，再以慢速接近——最后貼上擋塊。
3.4 Z1、Z2鉆頭位置定位
Z1、Z2使用兩臺(tái)A2伺服分別驅(qū)動(dòng)，控制上采用PR觸發(fā)來(lái)控制鉆頭位置。位置1（6-03），高速（5-60）接近位置1；位置2（6-05），速度1（5-61）攻進(jìn)1；位置3（6-07），速度2（5-62）攻進(jìn)2；位置4（6-09），速度3（5-63）退刀；因?yàn)椴ＡШ穸炔煌�，不同�?guī)格的玻璃的鉆頭攻進(jìn)1位置，攻進(jìn)2的位置需要進(jìn)行調(diào)整，此時(shí)，對(duì)應(yīng)PR路徑參數(shù)通過(guò)通訊修改，以滿足加工需求。
圖4 PR參數(shù)
圖5 通過(guò)軟件規(guī)劃PR路徑
通過(guò)Delta ASDA-Soft 規(guī)劃PR路徑，使用絕對(duì)值定位，規(guī)劃加速和減速時(shí)間以及目標(biāo)速度索引；需要修改路徑時(shí)，通過(guò)通訊修改對(duì)應(yīng)路徑的參數(shù)（例如06-03對(duì)應(yīng)路徑1的位置命令DATA）。
4 工藝流程圖
圖6 工藝流程圖
在程序設(shè)計(jì)中，因?yàn)楣に嚧┎灞容^靈活，所以選擇臺(tái)達(dá)步進(jìn)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，將整套設(shè)備的動(dòng)作進(jìn)行細(xì)分，在每個(gè)步中設(shè)計(jì)獨(dú)立的控制動(dòng)作，這樣可以很好地提高工作效率；除以上流程中的功能外，設(shè)備中還有潤(rùn)滑功能、修鉆功能、修訂基準(zhǔn)、慢速前進(jìn)、慢速后退，這些動(dòng)作因?yàn)榛诓竭M(jìn)的思路設(shè)計(jì)，所以可以靈活的穿插在程序中。
例如，當(dāng)定位伺服電機(jī)完成最后一次定位，同時(shí)設(shè)備開(kāi)始打孔后，定位電機(jī)需要后退一定距離，再定位到第一個(gè)孔前一定位置，等待打孔完成，然后將玻璃送出一定距離后，再把定位擋塊放下，最后慢速靠近第一個(gè)孔的定位位置。這里因?yàn)椴捎貌竭M(jìn)程序設(shè)計(jì)，這部分程序獨(dú)立流程設(shè)計(jì)，形成一個(gè)專(zhuān)門(mén)的流程控制回路，就可以很容易實(shí)現(xiàn)，又不會(huì)影響原有控制的邏輯流程。
5 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
圖7 結(jié)構(gòu)示意圖
圖8 系統(tǒng)實(shí)際布置
利用28SV的4路200K高速脈沖分別控制定位軸、Y軸、X1送料、X2送料四個(gè)伺服；同時(shí)利用28SV的COM2通訊口通過(guò)485通訊，與Z1、Z2進(jìn)行通訊，修改PR位置參數(shù)和速度參數(shù)；與3臺(tái)變頻器進(jìn)行通訊，修改變頻器的頻率參數(shù)。
6 HMI界面
圖9 HMI
HMI首頁(yè)顯示打孔數(shù)量和設(shè)備運(yùn)行狀況。設(shè)置孔數(shù)后（確定孔距參數(shù)通過(guò)其他頁(yè)面完成），通過(guò)控制柜面板按鈕啟動(dòng)開(kāi)始打孔。
圖10 設(shè)備參數(shù)
在參數(shù)設(shè)置界面，用戶設(shè)置各軸的機(jī)械補(bǔ)償及時(shí)間參數(shù)；玻璃送出距離是當(dāng)玻璃加工完畢后將玻璃送出的距離，玻璃送出后定位軸才可以再次定位，否則將造成玻璃的擠壓和破損。
圖11 孔參數(shù)設(shè)置1
圖12 孔參數(shù)設(shè)置2
孔距設(shè)定可根據(jù)每個(gè)打孔位置距離玻璃邊緣的距離來(lái)定位。對(duì)于孔的設(shè)置，因?yàn)椴Ａе饾u送進(jìn)并開(kāi)始打孔，打孔玻璃不能后退，所以X坐標(biāo)只增大，不會(huì)減�。� ；其中，  是第n+1個(gè)孔的X坐標(biāo)，Xn是第n歌孔的X坐標(biāo)。而對(duì)于X坐標(biāo)設(shè)置不符合條件的，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警并不能進(jìn)行打孔。
7 調(diào)試說(shuō)明
7.1 定位軸位置計(jì)算
定位軸位置計(jì)算如下：
其中， 為定位軸絕對(duì)定位脈沖數(shù)； 為基準(zhǔn)脈沖數(shù)； 是機(jī)械偏移，定位有偏差時(shí)通過(guò)該參數(shù)修正； 孔則是X方向孔距離玻璃邊緣距離，對(duì)應(yīng)孔的X尺寸；  為定位軸脈沖距離比單位 脈沖數(shù)/mm。
圖13 定位軸位置計(jì)算示意圖
7.2 Y軸位置計(jì)算
Y軸位置計(jì)算如下：
其中， 是定位軸絕對(duì)定位脈沖數(shù)； 是基準(zhǔn)脈沖數(shù)； 是機(jī)械偏移，定位有偏差時(shí)通過(guò)該參數(shù)修正； 是Y方向，孔距離玻璃邊緣距離，對(duì)應(yīng)孔的Y尺寸； 為定位軸脈沖距離比單位脈沖數(shù)/mm。
圖14 Y軸計(jì)算示意圖
7.3 孔位置循環(huán)比較確定
X坐標(biāo)在400mm~1500mm范圍內(nèi)依次增大設(shè)置；Y坐標(biāo)0mm~1500mm范圍內(nèi)任意設(shè)置；鉆孔數(shù)量是36。定位到某個(gè)孔的坐標(biāo)并開(kāi)始打孔，此時(shí)比較當(dāng)前孔的X坐標(biāo)與下一個(gè)孔X坐標(biāo)是否相同。相同時(shí)，定位軸保持不動(dòng)，Y軸重新定位后打孔；不同時(shí)，定位移動(dòng)至下一定位位置；同時(shí)Y打孔結(jié)束后比較當(dāng)前孔的X坐標(biāo)與下一個(gè)孔X坐標(biāo)是否相同，根據(jù)比較結(jié)果決定是否再次送料與是否繼續(xù)打孔，相同則Y軸定位后打孔；不同就送料到位，Y軸定位后打孔，兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行以提高效率。
圖15 孔位置循環(huán)設(shè)定
7.4 節(jié)拍控制
因?yàn)榭椎奈恢貌淮_定，就必須設(shè)計(jì)一個(gè)可以實(shí)時(shí)計(jì)算坐標(biāo)位置，靈活跳轉(zhuǎn)在多個(gè)動(dòng)作中；通過(guò)對(duì)設(shè)備工藝反復(fù)研究，確定兩個(gè)重要的控制節(jié)拍：
（1）定位軸定位，以上下盤(pán)壓緊時(shí)機(jī)為基準(zhǔn)，計(jì)算打孔定位次數(shù)；
（2）Y軸定位，以打孔完畢時(shí)機(jī)為基準(zhǔn)，計(jì)算Y軸定位次數(shù)。
圖16
E5=（定位次數(shù)-1）*2
通過(guò)指針的循環(huán)計(jì)算，靈活的對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)與下一筆數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。作為比較結(jié)果，在同一步進(jìn)程序中，可以跳轉(zhuǎn)到多個(gè)對(duì)應(yīng)的控制步中；以指針的方式，可以在規(guī)劃一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)區(qū)域后，完成一批動(dòng)作設(shè)計(jì)。
8 結(jié)束語(yǔ)
本款全自動(dòng)數(shù)控打孔機(jī)，具有三大特點(diǎn)。第一，重復(fù)的加工精度要求高（小于0.5mm）；第二，浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算量大；第三，加工動(dòng)作靈活，需要柔性的編程，需要適時(shí)靈活的滿足客戶的擴(kuò)充需求。
來(lái)源于臺(tái)達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器的高精度和SV控制器強(qiáng)大的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算能力，很好地實(shí)現(xiàn)了玻璃打孔加工中孔距、孔數(shù)計(jì)算；利用E指針偏移，可以實(shí)現(xiàn)靈活擴(kuò)充孔數(shù)，相鄰兩孔間依次比較等功能，可以達(dá)到靈活擴(kuò)充打孔數(shù)量的柔性程序設(shè)計(jì)要求。借助臺(tái)達(dá)控制器靈活的步進(jìn)程序設(shè)計(jì)，可以處理控制動(dòng)作的交叉流程，提高了程序設(shè)計(jì)效率。綜上所述，該設(shè)備的控制精度和工藝要求在行業(yè)內(nèi)屬于較高的水平。
此外，對(duì)于客戶工藝的熟悉程度，決定了整個(gè)控制流程的質(zhì)量；設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，也直接影響設(shè)備的控制精度。當(dāng)然，相比其他成熟的自動(dòng)打孔設(shè)備，該設(shè)備也有不足之處，主要表現(xiàn)在：校準(zhǔn)孔的位置采用485通訊讀取伺服位置方式速率及穩(wěn)定性低，PLC的控制速度較數(shù)控低；但是相比數(shù)控系統(tǒng)，使用臺(tái)達(dá)PLC可以保證電氣控制成本投入得到有效的控制。同時(shí)，臺(tái)達(dá)小型PLC靈活的控制程序設(shè)計(jì)，大容量程序存儲(chǔ)，可以滿足用戶大量、復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)，給用戶帶來(lái)靈活的設(shè)計(jì)體驗(yàn)，體現(xiàn)了臺(tái)達(dá)小型控制器強(qiáng)大的控制和運(yùn)算處理能力，突顯了臺(tái)達(dá)HMI產(chǎn)品、伺服產(chǎn)品、變頻器產(chǎn)品的易用性和實(shí)用性。
作者簡(jiǎn)介：
付昭，出生1984年2月，畢業(yè)于燕山大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)�，F(xiàn)任中達(dá)電通股份有限公司上海機(jī)電業(yè)務(wù)處應(yīng)用工程師，從事臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品的售前、售中及售后的各項(xiàng)技術(shù)支持工作。
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