一种基于CC-Link现场总线的电镀生产线行车伺服控制系统设计.pdf

62 集成电路应用 第 40 卷 第 6 期（总第 357 期）2023 年 6 月Applications创新应用设置。现场控制级是行车伺服控制系统的核心，可根据电镀生产线规模、是否在同一地域来决定使用多少条现场总线。典型的CC-Link现场总线网络由1个主站和最多64个从站组成，当需要将多个CC-Link现场总线网络连接在一起时，可将CC-Link主站的PLC用交换机进行连接，从而构成一个更大的CC-Link现场总线伺服控制系统。2 控制器选型CC-Link(Control&Communication Link)是一种开放式现场总线，具有简单实用、经济便捷、布线方便、通信速率高、保护功能全等优点3。三0 引言随着自动化技术、计算机控制技术和PLC技术的不断发展，全自动电镀生产线正得到越来越广泛的应用1。在这些全自动生产线中，基本上都是基于PLC、变频器的集中控制系统，使用现场总线和伺服技术的分布式全自动线还比较少见2。本文介绍一种使用PLC、CC-Link现场总线、伺服控制器、伺服电机构成的全自动电镀生产线行车伺服控制系统。1 系统构成整个系统由现场控制级和后台管理级二部分组成，如图1所示。后台管理可根据需要设置，也可不基金项目：中山职业技术学院科研项目（KYB2315）。作者简介：张超，中山职业技术学院，讲师，硕士；研究方向：自动控制技术、嵌入式技术。收稿日期：2022-10-26；修回日期：2023-05-28。摘要：阐述PLC技术、CC-Link现场总线、伺服控制器和伺服电机设计一套电镀生产线行车伺服控制系统，它具有安装布线简单、使用方便，容易扩展，能接入上层管理网络的特点。实际使用表明，该控制系统能让行车以更快、更平稳的方式在工艺槽之间运行。关键词：控制技术，CC-Link现场总线，PLC，伺服控制。中图分类号：TP273 文章编号：1674-2583(2023)06-0062-03DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2023.06.024文献引用格式：张超，陈增标.一种基于CC-Link现场总线的电镀生产线行车伺服控制系统设计J.集成电路应用,2023,40(06):62-64.一种基于CC-Link现场总线的电镀生产线行车伺服控制系统设计张超，陈增标（中山职业技术学院，广东 528400）Abstract This paper describes PLC technology,CC Link field bus,servo controller and servo motor to design a set of traveling servo control system for electroplating production line.It has the characteristics of simple installation and wiring,convenient use,easy expansion,and access to the upper management network.The practical application shows that the control system can make the crane run between process tanks in a faster and more stable manner.Index Terms control technology,CC Link fieldbus,PLC,servo control.Design of a Servo Control System for Electroplating Production Line Based on CC Link FieldbusZHANG Chao,CHEN Zengbiao(Zhongshan Polytechnic,Guangdong 528400,China.)图1 系统构成Applications 创新应用集成电路应用 第 40 卷 第 6 期（总第 357 期）2023 年 6 月 63菱全系列PLC均可通过外接模块的方式构建CC-Link网络，但不同系列PLC构成的CC-Link网络，其数据通信能力是不一样的。表1是L系列和FX系列PLC及其构成的CC-Link网络的一些特性比较。在行车伺服控制系统中，CC-Link网络的主站连接着多个从站，其数据通信处理能力要求较高，而从站只负责接收、交换本站的数据和控制伺服电机，通信量较小。综合考虑程序容量、与上层的网络通信及经济性等因素，伺服控制系统的CC-Link主站选用模块化中型PLC，由L-02CPU、LJ61BT11 CC-Link扩展模块构成，具有程序容量大，数据通信处理能力高，IO扩展方便，内置以太网，网络扩展容易、方便与上层网络通信等一系列特点。从站则由经济型FX-3G PLC、FX2n-32CCL组成，通过FX-3G高速脉冲接口Y0和Y1连接伺服控制器，从而控制伺服电机进行高速运转和精确定位，满足电镀生产线行车水平行走、垂直升降及定位要求。3 伺服驱动每一台行车上均安装一个CC-Link从站，从站PLC与伺服控制器直接连接，接受主站送来的定位信息和指令，驱动伺服电机进行定位，同时也可用行车本地按钮对伺服电机进行控制。CC-Link从站PLC输入输出信号分配、与伺服控制器的连接分别如图2和图3所示。早期的PLC变频器行车控制系统，需要在各电镀槽位置放置传感部件，以此来检测行车是否到达所需槽位4。由于传感部件布置位置和空间的限制，一般只在每一槽体中央和两边各设置1个传感部件，以此来决定行车加减速和停车的时机。以行车运行到目标槽停车为例，PLC先检测到行车接近槽中央信号，开始减速，到达槽中央时刹停，整个过程运行速度变化大且不连续，容易造成行车挂钩上工件的晃动，以及行车机械部件的磨损。采用伺服控制后，每个槽在伺服控制器中都有相应的位置脉冲与之对应，加减速和停车时机可从定位脉冲中计算得出，并通过S型加减速控制算法，使行车以连续的速度变化、更快地进行加减速，在速度减到零时停车，从而实现生产线行车的柔性控制。S型加减速控制，所产生的速度与加速度是连续的，不但可以改善电机加减速的特性，在机械结构的运转上也更加平顺。实际使用时，通过调整伺服控制器参数来改变S型加减速的加速度最大值、加减速时间，以满足行车控制要求。由速度公式v=v0+at，位移公式s=v0t+(1/2)at2，计算出各时间点速度和位移的实际数值。行车在运行中的位移、速度、加速度相对于时间的变化曲线如图4所示。图4中，0t3是加速时间段，对应行车起步运行。t3t4是匀速段，对应行车全速运行。t4t7是减速段，对应行车减速运行至目标槽。由速度曲线可以看出，行车从静止开始加速运行，直至到达目标槽减速停止，其速度的变化都是连续的，表1 L系列和FX系列PLC及其构成的CC-Link网络特性比较图2 CC-Link从站PLC输入输出信号分配 图3 伺服控制器接线图4 S型加减速位移、速度、加速度曲线64 集成电路应用 第 40 卷 第 6 期（总第 357 期）2023 年 6 月Applications创新应用这样就保证了行车在快速运行的同时，又能满足运行平稳的要求，对提高生产效率、减少设备磨损有非常大的好处。运行中加速度的最大值，加速时间及减加速时间可由伺服控制器参数中的平滑常数（TSL），速度加速常数（TACC）与速度减速常数（TDEC）分别进行设置。4 程序流程电镀生产线的运行有三种模式，自动运行、手动运行和调整模式。调整模式一般在生产线调试的时候使用，此模式下行车不受限位开关等的限制，可以任意前进、后退、上升和下降，但速度较慢。手动运行完全由人工对行车进行操作，可在生产工艺比较简单、工艺步较少、工艺临时改变的情况下使用。自动运行是电镀生产线的主要运行模式，又分为周期运行和单周运行。单周运行是自动将某个电镀工艺完整执行一遍就停止，而周期运行则不断重复运行选定的电镀工艺，二者都是按照已经编制好的工艺步骤全自动运行。控制系统主从站的全自动运行程序流程分别如图5和图6所示。控制系统的CC-Link主站是全自动运行的核心部件，负责工艺步控制、工艺数据解析、与从站进行数据交互、出错处理等。从站负责控制行车上的伺服电机，根据主站发送的指令和数据控制行车既快又稳地到达指定位置并停车，并将状态信息通过CC-Link网络反馈给主站。5 人机接口用于实现系统运行模式选择，状态监控，不同电镀工艺的程序编排等人机交互控制。在现场控制级一般由触摸控制屏担任，根据控制系统规模，生产车间信息化程度，也可将伺服控制系统通过网络交换机接入后台管理网络，从而构成一个功能更强大的信息化系统。触摸控制屏是伺服控制系统运行的现场人机交互接口，可以监控各行车运行状态、行车当前在那个槽位，是否有越位、故障发生等状态信息，同时，提供各个电镀工艺程序的编排、保存、修改功能，如图7和图8所示。6 结语通过PLC、CC-Link现场总线网络、伺服控制器和伺服电机构建的电镀生产线行车伺服控制系统，在安装布线上更加简单、方便，扩展性好，能方便接入上层管理网络。在广东中山、东莞等多个电镀生产线上的应用表明，该控制系统能让行车以更快更平稳的方式在工艺槽之间运行，有效提高生产效率、减少设备磨损、提升企业经济效益。参考文献1 王力,王平,卢希龙.PLC在全自动电镀生产线中的应用J.电镀与环保,2020,40(02):111-112.2 李兴莹.基于PLC的生产-教学两用型柔性电镀行车控制系统的设计J.电镀与环保,2017,37(04):62-64.3 郭威,许水鑫,王思雨,杨莎.基于CC-link现场总线与安全PLC通讯的液压机设计应用J.机械设计,2019,36(S1):377-380.4 宫言坤,万红平.基于可编程逻辑控制器的电镀生产线控制系统设计J.电镀与环保,2015,35(01):22-24.图5 CC-Link主站电镀工艺自动运行程序流程 图6 CC-Link从站行车自动运行程序流程图7 系统监控画面图8 电镀工艺程序编排画面