Zusammenfassung: Dieser Artikel stellt ein offenes CNC-System vor, das das Mitsubishi-Positioniermodul A1SD75 als Positioniersteuerungskern und den Yaskawa-Servomotor SGDB_20ADG als Antrieb nutzt. Darüber hinaus werden die spezifischen Steuerungsmethoden beschrieben, die bei der Bearbeitung von Zwei-Achs-Maschinen unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen zum Einsatz kommen.
Schlüsselwörter: Positioniermodul, Referenzfahrt, M-Code, Servotreiber.
Zusammenfassung: Ein offenes CNC-Maschinensystem für Bleche (Stahlbau und Energiewirtschaft) basierend auf einem Mitsubishi-Positioniermodul und einem Yaskawa-Servotreiber. Zudem wird ein Steuerungsverfahren für 2PG-Empfehlungen vorgestellt, das sich an schwierige Umgebungsbedingungen anpasst.
Schlüsselwörter: Positionierungsmodul, Rückkehr zur Ausgangsposition, M-Code, AC-Servotreiber.
1 Einleitung
Chinas Maschinen- und Anlagenbauindustrie entwickelte sich vergleichsweise spät, und viele Branchen sind auf Importe von Sondermaschinen angewiesen. Viele dieser Geräte benötigen Positionierfunktionen. Aktuell basieren die im Inland entwickelten Bewegungssteuerungen für CNC-Sondermaschinen größtenteils auf DSP- und FPGA-Chips. Dieser Ansatz führt jedoch zu komplexen Positioniersteuerungsschaltungen, langen Entwicklungszyklen und schwieriger Fehlersuche. Die Entwicklung von Positioniersteuerungssystemen, die für raue Arbeitsbedingungen geeignet sind, stellt eine Herausforderung dar. Mit der Weiterentwicklung der Mikroelektronik und von Mikroprozessoren sind volldigitale AC-Servoantriebe entstanden. Diese Antriebe enthalten Hochgeschwindigkeits-Mikroprozessoren (DSPs) und E2PROMs, die es dem Anwender ermöglichen, Parameter einzustellen, Steuerungsmethoden (Drehzahl-, Positions- und Drehmomentregelung), elektronische Übersetzungsverhältnisse und Verstärkungsfaktoren auszuwählen, um unterschiedlichsten Anwendungsanforderungen gerecht zu werden. Dies verbessert die Zuverlässigkeit, die Fehlersuche und die Flexibilität von Servosystemen.
Diese Anlage arbeitet unter anspruchsvollen Bedingungen, darunter hohe Eisenstaubkonzentrationen, starke Geräuschentwicklung beim Stanzen, hohe Spannungsschwankungen und die Tatsache, dass die meisten Produktionsstätten im Freien stehen und daher besonders anfällig für Blitzeinschläge sind. Aus diesem Grund verwendet das Positioniersystem der Anlage eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) von Mitsubishi mit hoher Störfestigkeit als zentrale Steuerungskomponente. Dieser Artikel beschreibt den Einsatz eines Mitsubishi AISD75 Positioniermoduls und eines Yaskawa Servomotors zur Realisierung einer Open-Loop-Steuerung für die Zwei-Achs-Verbindung. Die Maschine wird in Branchen wie der Energieübertragung und der Kommunikationstechnik zur Herstellung unregelmäßiger, polygonaler Verbindungsplatten mit einer Dicke von 3–20 mm eingesetzt.
2. Überblick über den Maschinenbetriebsprozess:
Diese Anlage arbeitet mit einer Master-Slave-Steuerung, bestehend aus einem Host- und einem Slave-Computer. Der Host-Computer überwacht primär den Maschinenbetrieb und überträgt die von den Bedienern programmierten Werkstückprogramme an den Slave-Computer. Dessen SPS steuert die Maschine anschließend für die Positionierung und Bearbeitung. Dieser Abschnitt erläutert, wie der Slave-Computer den Servomotor zur Positionierung ansteuert und wie die M-Code-Funktion des A1SD75 zur Werkstückbearbeitung genutzt wird.
Die Anlage stanzt Löcher in vorgefertigte polygonale Platten mittels linearer Interpolation auf ihren beiden Achsen (X und Y). Sie kann zwei verschiedene Lochdurchmesser gleichzeitig stanzen und das Werkstück mit Markierungen versehen. Zwei Stempeltypen sowie ein Markierungswerkzeug kommen zum Einsatz. Wird im Programm eine bestimmte Aktion ausgewählt, bewegt ein Pneumatikzylinder den entsprechenden Stempel unter einen Hydraulikzylinder, der anschließend die Bearbeitung durchführt. Das Positioniermodul wird in Nut 2 der Grundplatte eingesetzt.
3. Implementierung von Kontrollfunktionen
3.1 Hardware-Anschlussdiagramm (Hier wird nur die Verbindung zwischen einem Servomotor und dem Positioniermodul dargestellt; die Anschlussmethode für den anderen Motor ist die gleiche.)
3.2 Parameter-Rückgabemethode
Um eine genaue Präzision zu gewährleisten, muss die Maschine nach dem Einschalten oder im Falle einer Störung zum Referenzpunkt zurückkehren.
Die Referenzpunktabrufmethode verwendet hier DOG + Nullpunktimpuls. Sobald der Stoppblock den DOG-Referenzpunktschalter berührt, verlangsamt sich der Motor, um den Nullpunktimpuls zu suchen. Nach dem Auffinden stoppt der Motor. Parameter für den Referenzpunktabruf, wie Abrufmethode, Abrufrichtung, Abrufadresse und Abrufgeschwindigkeit, können mit der Parametereinstellungssoftware AD75 konfiguriert werden. Durch Hinzufügen von TO H2 K1150 K9001 K1 zum Kontaktplan wird der Referenzpunktabruf initiiert. 3.3 Übertragung der Positionsdaten: Nach Abschluss des Referenzpunktabrufs kann die Maschine das Werkstück bearbeiten. Die ACPU überträgt die Positionsdaten an das Positioniermodul, und die Maschine beginnt gemäß der eingestellten Arbeitsbahn zu laufen. Der Programmablauf für dieses Werkstück ist wie folgt: LOAD L1000 TO H2 K1300V R650 K1 schreibt den Positioniermodus in das Register A1SD75.
TO H2 K2300V R650 K1 TO H2 K1301V R0Z K1 schreibt den M-Code in das Register.
Schreiblatenz zu H2 K1302V R651 K1.
TO H2 K2302V R651 K1 DTO H2 K1304V R600 K1 Schreibachsenpositionierungsgeschwindigkeit.
DTO H2 K2304V R600 K1 DTO H2 K1306V R1Z K1 Schreibe die Positionierungsadresse der Achse.
Der DTO H2 K2306V R3Z K1 MPS AND<> D10 R500 R500 speichert die Positionierschritte des aktuellen Werkstückprogramms, die mithilfe des D10-Registers akkumuliert werden, um festzustellen, ob die Maschine die Positionierschritte abgeschlossen hat.
Das Indexregister +K5ZZ erfordert, wie im obigen Programm, die Angabe des M-Codes und der Speicheradresse, um die Position einer Koordinate zu bestimmen. Jeder Schritt umfasst 5 Wörter.
+ K10 VV Indexregister mit einer Inkrementierung von 10 Wörtern pro Zyklus.
INC D10 Positionierungsschrittzählung.
MPP AND= D10 R500 RST L1000 Wenn D10=R500, dann endet der Schreibvorgang der Standortdaten.
3.4 Starten Sie die Positionierung durch Ansteuern des Servomotors.
DTOP H2 K1154 D502 K1 ändert den aktuellen Positionswert. Der Host-Computer kann die Maschine anweisen, den Stanzvorgang von einer beliebigen Position aus zu starten; die vorherigen Positionen werden nicht verarbeitet.
DTOP H2 K1204 D506 K1 TOP H2 K1150 K9003 K1 steuert den Servomotor TOP H2 K1200 K9003 K1 SET Y30 Die SPS sendet ein Signal zum Starten der X-Achsen-Positionierung des Positioniermoduls.
SET Y31 PLC LD Y30 AND X21 ermittelt, ob der Startvorgang der X-Achse beendet ist.
Der LDI X24 ermittelt, ob sich die X-Achse gerade im Positionierungsprozess befindet oder ob der X2A X eine Fehlfunktion aufweist.
ANB RST Y30: Y30 nach Abschluss der Positionierung zurücksetzen; Die folgenden Sätze beschreiben, wie der Host-Computer die Werkstückpositionierungs- und Verarbeitungsdaten überträgt und die Anlage dann automatisch weiterläuft, bis die Verarbeitung abgeschlossen ist.
MOV D501 D555 überträgt die Bearbeitungsschritte des Werkstücks vom Host-Rechner an D555. INC D555 erhöht den Zähler nach jeder bearbeiteten Bohrung automatisch um 1, und die Maschine fährt automatisch mit dem nächsten Bearbeitungsschritt fort. TO H2 K1150 D555 K1 überträgt die Programmschrittnummer des Positioniermoduls an das 1150. Register des Positioniermoduls und initiiert damit die Positionierung der X-Achse. TO H2 K1200 D555 K1 initiiert analog die Positionierung der Y-Achse.
3.5 Ausführung des M-Codes der Maschine Nachdem die beiden Achsen positioniert wurden, aktiviert das Programm die M-Code-Funktion, um den Hilfsvorgang abzuschließen. Hierbei wird der Stanzvorgang am Blech durchgeführt. Der Programmcode lautet wie folgt:
FROMP H2 K806 D30 KI K806 speichert den M-Code, und dieser M-Code wird zur nachfolgenden Auswertung an D30 weitergeleitet.
WAND H0FF D30 D40 liest die niederwertigen Bits des M-Codes aus. D40 speichert den Stempelauswahlcode. 1 steht für Stempel 1, 2 für Stempel 2 und 3 für Typisierung.
Der Code `WAND H0FF00 D30 D50` liest die höherwertigen Bits des M-Codes aus, die den Code zur Auswahl des Aktionstyps speichern. Beispielsweise kann H100 für das Stanzen und H200 für das Tippen definiert werden.
LD = H100 D50 OUT M310 gibt Stanzbefehle aus. LD = H200 D50 OUT M312 gibt Schreibbefehle aus.
LD<> D30 K0 UND D40 D21 MOVP D40 D525 Transfer die code data.
WAND K3 D525 liest die unteren 3 Bits des Wortes D525 aus und setzt die übrigen Bits auf Null. Die unteren drei Bits 001 repräsentieren Lochung 1, 002 Lochung 2 und 003 Lochung 3.
DECO D525 M30 K2 dekodiert den in D525 gespeicherten Würfelauswahlcode und setzt anschließend M30, M32 und M33 entsprechend dem Dekodierungsergebnis. Ist D525 beispielsweise 001, wird M31 auf 1 gesetzt.
3.6 Parametereinstellungen für Yaskawa-Servomotortreiber Servomotortreiber verfügen über zahlreiche Parameter; dieser Abschnitt beschreibt nur die Einstellmethoden für die für dieses Gerät relevanten Parameter. Einstellung der Geräte-Bit-Einheit CN01: Bits 2 und 3 auf 1 setzen, Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Motors sind nicht deaktiviert. Einstellung der Bit-Einheit CN02: Bit 3 auf 1 setzen. Einstellung der Impulse pro Umdrehung (CN0A): auf 8192 P/R einstellen.
CN10: Die Schrittgeschwindigkeit ist auf 200 eingestellt;
CN11: Impulszählung des Motor-Encoders: 8192P/R;
CN2A: Stellen Sie die Motorauswahl auf 145 ein;
CN2B: Stellen Sie die Steuermodusauswahl auf 1 ein;
CN2D: Die Ausgangssignalauswahl ist auf 210 eingestellt.
4. Schlussfolgerung
Nach der Inbetriebnahme der CNC-Stanzmaschine für Verbindungsplatten mit 2PG-Positionierung funktionierte sie einwandfrei, und die Abweichung des bearbeiteten Werkstücks lag unter 0,5 mm. Die Praxis hat gezeigt, dass sich diese Positionierungsmethode gut für anspruchsvolle Arbeitsumgebungen eignet.
5 Referenzen
[1] Zhang Wei. Forschung zu PC/SPS-elektromechanischen Steuerungssystemen [D]. Masterarbeit, Northwestern Polytechnical University, 2003: 17-43
[2] Mitsubishi Positionierungsmodul Datenblatt A1SD75P1-P2-P3;
[3] Xu Zheng, Gu Ling. Anwendung von FX_1PG in der Positionsregelung, Mechanische und elektrische Ausrüstung, Nr. 2, 1999.
Über den Autor: Cui Xinyu, männlich, geboren 1975 in Chifeng, Innere Mongolei, besitzt einen Master-Abschluss in Ingenieurwesen. Sein Forschungsgebiet sind Bewegungssteuerung und moderne numerische Steuerungssysteme.
