1、设备管理与维修2023 翼11(上)0引言为保证冲压线生产速度,拆垛机械手要求垛料的送料高度保持不变,并要求拆垛台车必须具备自动顶升功能。常规方案是拆垛机械手随料垛高度的降低不断改变取料位置,或使用液压系统来实现台车的自动顶升,前者生产效率低,后者控制精度低、故障率高,均不是最佳解决方案。许多厂家开始使用伺服控制系统来实现台车的顶升功能,菲仕 AxN 驱动器就是一种适用的中大型伺服控制器。介绍菲仕 AxN 型驱动器在拆垛台车上的具体应用。1拆垛台车的基本功能冲压线拆垛台车负责将板料从放置区运输到拆垛区进行拆垛(图 1)。板料以料垛形式放置于台车上,台车运行至拆垛区后,拆垛机械手从台车上抓取板料
2、,并将板料放置在传送皮带,供冲压线生产使用。2拆垛台车顶升结构传统的拆垛台车不具备顶升功能,随着拆垛手不断抓取板料,板料数量减少,拆垛高度随之下降,若拆垛手随着板料厚度下降,不断下移取料位,拆垛手运行距离加长,势必会降低生产节拍(图 2)。具备举升功能的拆垛台车,随着拆垛手不断抓取板料,台车会间歇顶升一定距离,该距离等于每张板料厚度伊间歇期内被抓走的板料张数,从而保持保持取料高度不变(图 3)。因每张板料厚度 0.53 mm,要求台车举升精度必须很高。使用液压型顶升结构的台车,只能依靠高度检测限位控制顶升高度,精度低、故障率高。使用伺服控制系统的台车,依靠高精度编码器实时控制台车高度,精度高、
3、响应快,能够非常好的满足生产要求。3西门子 SIMATIC S7-1500PLCSIMATIC S7-1500 系列控制器适用于对程序范围和处理速度具有中等或较高要求的应用场景。选用 1516F-3 PN/DP 型控制器,其具有高速背板总线和 Profinet/Profibus 接口,全面控制功能,指令处理速度更快,相应时间极短,性能卓越。4鼎实网关通信鼎实网关通信具备以下特点:淤通信稳定可靠,抗干扰能力强,应用广泛;于通信速度块,实时性强。网关内的数据延时断,适合各种高速场合;盂配置简单,功能齐全,通信透明。可在短时间内实现连接通信。依照 Profinet 通信数据区和 CANopen 通信
4、数据区的映射关系,实现 Profinet 到 CAN 总线之间的数据透明通信。AxN 驱动器在冲压线运动部件中的应用李国祯,姜燕(济南二机床集团有限公司,山东济南250022)摘要:介绍菲仕 AxN 驱动器通过鼎实 PN-G-CANopen 网关与西门子 1516F-3 PN/DP CPU 通信,控制冲压线拆垛台车升降的实现方案,为冲压线运动部件的控制与编程提供参考。关键词:冲压线;西门子 PLC;菲仕驱动;鼎实网关中图分类号:TP241.2文献标识码:BDOI:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.11.30图 1拆垛台车图 3有顶升结构台车图 2无顶升结构台车輬輰设
5、备管理与维修2023 翼11(上)因菲仕驱动只支持 CANopen 总线,无法直接接入 Porfinet总线,必须使用网关进行连接。选用鼎实公司的 PN-G-CANopen网关,实现 Profinet 与 CANopen 总线间的网络通信。网关作为Profinet 从站、CANopen 主站,可以较容易地将 CANopen 从站接入 Profinet 网络中。5菲仕伺服系统AxN 驱动器是菲仕公司研发的一款高性能伺服驱动器,可适用于 CANopen、EtherCAT 等多种现场总线,适合各种高性能伺服控制系统的应用场合。其具备以下特点:淤符合 CANopen标准协议 DS301 v4.02;于
6、支持 NMT Master 或 Slave 服务;盂错误控制:支持 Heartbeat 心跳检测;榆支持 PDO 服务。6CANopen 协议介绍(1)CANopen 是一种架构在控制器局域网络上的高层通信协议,包括通信子协议及设备子协议,常在嵌入式系统中使用,是工业控制常用到的一种现场总线。CANopen 是一种完全开放和公共的,面向工业自动化过程的应用层的现场总线协议,凭借可靠、实用、经济、灵活和兼容性高的特点,在各个行业都得到广泛应用。(2)报文短帧结构,CAN 报文通常只有 8 个字节,数据帧非常短,在抗干扰能力上具有独特的优势。(3)PDO 协议,过程数据对象(PDO)协议可用来在许
7、多节点之间即时交换数据。一个 PDO 最多传送/接收 8 字节(64 位)的数据。PDO 分为两种:传送用的 TPDO 和接收用的 RPDO。TPDO是将一个节点的数据由此节点传输到其他节点,而 RPDO 则是接收由其他节点传输来的数据。7设计思路及说明(1)主站选用西门子 1516F-3 PN/DP CPU;鼎实网关作为Profinet 总线的从站,通过工业以太网连接在 CPU 下,同时作为CANopen 总线主站;菲仕驱动器作为 CANopen 总线的从站,通过 CAN 总线连接至网关,输出端连接台车顶升伺服电机。至此,控制系统搭建完成,控制系统架构如图 4 所示。(2)PLC 程序硬件添
8、加网关并连接至 CPU 后,配置网关的状态字/控制字(图 5)。CAN 模块参数说明:CAN Baudrate:CAN总线波特率,范围 5 kbps1 Mbps。波特率必须与驱动器设置保持一致,波特率设置越大,传输速率越快,但传输距离越短。本实例波特率设置成中间值 125 kbps,既兼顾到速度,又考虑了布线距离;PDO Transmission Type:RPDO 发送类型。本实例选择Time Driven 时间触发,表示网关控制字第 0 位(启动发送)置 1后,网关会周期性发送 RPDO 数据;Heartbeat Consumer Timer:Heartbeat 状态持续时间,该定时器用来
9、设置主站在收到从站发来的 Heartbeat 报文后,相应状态位的持续时间;TransmissionTimer:发送时间定时器,用来设定主站发送报文周期的时间间隔;Node ID:设定主站网关的节点地址;CAN 模块状态字/控制字字分别为 1 个字节的输入数据和 1 个字节的输出数据;状态字说明:位 0 为发送标志,1 表示正在发送;位 1 为接收标志,1表示正在接收;控制字说明:位 0:置 1 时,CANopen 主站启动发送命令。置 0 时,CANopen 停止发送命令;位 1:上升沿时,发送一次 NMT 指令。(3)配置网关 PDO(图 6)。CAN Identifier:驱动器相应报文
10、在 CAN 中的识别号,必须与驱动器中配置的 COB-ID 对应,才能实现正常通信。RxPDO:PLC 发送给驱动器的命令字或目标值。实例配置两个 RxPDO,第一个 RxPDO 依次传送控制字(2 个字节),目标模式(1 个字节),速度模式时速度设定值(4 个字节),共 7 个字节;第二个 RxPDO 依次传送位置模式速度设定值(4 个字节),位置设定值(4 个字节),共 8 个字节。TxPDO:驱动器反馈给 PLC的状态字或电机实际值。实例配置两个 TxPDO,分别接收驱动器不同反馈数据。第一个 TxPDO 依次接收电机实际速度(4 个字节),实际位置(4 个字节),共 8 个字节;第二个
11、 TxPDO依次接收驱动器当前模式(1 个字节),状态字(2 个字节),故障代码(2 个字节),共 5 个字节。CAN Identifier:驱动器相应报文在 CAN 中的识别号,必须与驱动器中配置的 COB-ID 对应,才能实现正常通信。(4)添加其他功能。SYNC:作为 TPDO 的一个请求信号,用于同步 CANopen 从站输入数据,即从节点收到此指令后发送TPDO 数据,网关的发送控制字置 1 后,网关将周期性发送同步命令。NMT:用于切换对 CANopen 从节点的状态,数据长度为2个图 4控制系统架构图 5网关状态字/控制字图 6网关 PDO 配置輬輱设备管理与维修2023 翼11
12、(上)字节,第 1 个字节表示使节点进入的状态,第 2 个字节表示节点地址。Heartbeat producer:主站周期性发送 Heartbeat 报文。Heartbeat consumer:用来监测 CANopen 从节点的输入状态,占用 2 个字节的输入地址,每 2 位表示 1 个节点的输入状态,最多监测 8 个从节点。(5)驱动器 CANopen 配置。使用 RS232 交叉线连接电脑与驱动器,配置 CANopen 总线的节点 ID 和波特率,波特率与程序中配置一致,同样为 125 kbps。(6)驱动器 PDO 配置,根据实际需求添加相应 PDO 配置,与PLC 硬件配置保持一致,其
13、中 COB-ID 为 16 进制数值,以RxPDO 第一个字为例(图 7)。(7)输入配置电机、编码器、制动器等参数,完成驱动器配置。(8)网关启动命令为常通,始终发送数据。故障复位时,NTM上升沿有效。复位后,对网关连接的所有节点进行初始化,转至运行状态(图 8)。(9)驱动器输入输出映射程序(图 9)。(10)驱动器模式选择程序(图 10)。生产过程中,激活位置模式。手动顶起落下时,激活速度模式。(11)位置模式下速度及位置设定值程序(图 11)。驱动器处于位置模式时,电机将按设定速度运行至设定位置,从而实现台车垛料高度保持不变。速度模式下时,操作模式反馈为 3,控制字送 F,无需给定位置
14、目标值。8结束语SIMATIC 1516F-3 CPU 是西门子的一种模块化 PLC 控制系统,功能强大、处理速度快、具有很强的工业适应性,已广泛应用于各行各业。菲仕 AxN 系列通用伺服驱动器,其电源输出能力覆盖 15耀110 A,可适用 CANopen、EtherCAT 和 Modbus 等多种现场总线,非常适合搭建高性能伺服系统的应用场合。鼎实创新科技有限公司的 PN-G-CANopen 网关起到 Profinet 到CANOPEN的协议转换作用,通信速度快,使用简单灵活。参考文献1李道霖.电气控制与 PLC 原理及运用 M.北京:电子工业出版社,2004.编辑毕来金图 7驱动器 PDO 总线配置图 8故障复位程序图 9驱动器 IO 映射程序图 10模式选择程序图 11位置模式的速度设定程序輬輲