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臺(tái)達(dá)10MC與A2伺服在多線切割機(jī)上的應(yīng)用

時(shí)間:2013-07-11 13:57:38來源:應(yīng)院祥

導(dǎo)語:?本文主要介紹臺(tái)達(dá)10MC與A2伺服在多線切割機(jī)上的應(yīng)用。
The Application of 10MC and A2 Servo in Cutting Machine
【摘要】本文主要介紹臺(tái)達(dá)10MC與A2伺服在多線切割機(jī)上的應(yīng)用。
【Abstract】This paper is mainly introduce the application of 10MC and A2 servo in cutting machine.
【關(guān)鍵詞】A2伺服;10MC運(yùn)動(dòng)控制器;多線切割機(jī);CAN總線;
【Keywords】A2 servo;10 MC;cutting machine;
     多線切割機(jī)是一種全新概念的新型切割設(shè)備,簡稱“線鋸”,通過金屬絲的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng),把磨料帶入半導(dǎo)體加工區(qū)域進(jìn)行研磨,將半導(dǎo)體等硬脆材料一次同時(shí)切割為數(shù)百片薄片。其以極高的生產(chǎn)效率和出片率,在大直徑硅片加工領(lǐng)域,逐漸開始取代內(nèi)圓切割機(jī)的趨勢。
    長久以來,臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品都以高性價(jià)比、完善的售后服務(wù)體系以及優(yōu)秀的技術(shù)贏得了廣大客戶的青瞇。為此,在多線切割機(jī)上,臺(tái)達(dá)更是以最快的速度將整套系統(tǒng)開發(fā)成功。本篇文章將主要介紹臺(tái)達(dá)10MC與A2伺服在多線切割機(jī)上的應(yīng)用。
1  控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
  圖1為設(shè)備外形圖。

設(shè)備外形圖

圖1 設(shè)備外形

圖2為電控箱配置圖。

電控配置

圖2 電控配置

圖3為電機(jī)安裝位置圖。

 

電機(jī)安裝

圖3 電機(jī)安裝位置示意圖

圖4為加工產(chǎn)品圖。

 

加工產(chǎn)品

圖4 加工產(chǎn)品

2 控制系統(tǒng)實(shí)施課題的解決方案
2.1 應(yīng)用課題解決辦法
(1)初次啟動(dòng)的時(shí)候,先設(shè)定主軸的尺寸,計(jì)算出主軸脈沖頻率。慢速啟動(dòng)主軸后收放線輪速度大小由零開始啟動(dòng),然后根據(jù)張力輪的角度,通過算法控制和主軸進(jìn)行同步,并把同步后得到的速度作為實(shí)際的同步速度基準(zhǔn)比例;
(2)啟動(dòng)后根據(jù)設(shè)定主軸當(dāng)前設(shè)定速度和慢速時(shí)的速度比比例放大找同步后的收放線速度并作為二者的基準(zhǔn)速度;
(3)在線變更速度后根據(jù)變更前后速比關(guān)系立即調(diào)整速度頻率的給定,再根據(jù)張力輪的位置關(guān)系微調(diào);
(4)通過基準(zhǔn)算法計(jì)算速度,通過定時(shí)器實(shí)時(shí)給定與修改收放線速度;
(5)通過脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算出主軸的放線與收線長度,從而保持定長;
(6)在正常切割時(shí),通過控制進(jìn)給電機(jī)與橫向進(jìn)給電機(jī)的加工原點(diǎn)是否確定,在把加工原點(diǎn)確定標(biāo)志位作為自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)先決條件,方可啟動(dòng)主軸和沙泵電機(jī)進(jìn)行正常切割;
(7)通過判斷主軸速度是否達(dá)到設(shè)定速度,確定進(jìn)給電機(jī)是否進(jìn)行進(jìn)給切割;
(8)當(dāng)進(jìn)給電機(jī)進(jìn)給量結(jié)束,在啟動(dòng)退刀延時(shí)程序,在通過退刀延時(shí)結(jié)束標(biāo)志位。此時(shí)停止主軸和沙泵電機(jī),從而整個(gè)切割流程結(jié)束。
2.2  重點(diǎn)課題解決辦法
(1)要實(shí)時(shí)讀取主軸的脈沖頻率-由于10MC中定位功能塊無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)速度修改與平滑加減速,使用了速度功能塊和速度公式結(jié)合的方式對(duì)主軸進(jìn)行速度控制;
(2)在收放線和主軸同步中使用自行編寫的增量型PID控制方法(PI控制)保證收放線在外徑發(fā)生變化的情況下始終能以最優(yōu)的速度跟隨主軸;
(3)保證收放線的恒張力,通過使用A2伺服扭矩模式與MC扭矩功能塊實(shí)現(xiàn)恒張力;
(4)PLC程序編寫算法公式和MC程序分為運(yùn)動(dòng)程序與邏輯;
組成(運(yùn)動(dòng)程序相當(dāng)于定時(shí)中斷),PLC與MC的數(shù)據(jù)通過特D進(jìn)行交換;
(5)屏與控制沙泵電機(jī)變頻器進(jìn)行485通訊;
(6)進(jìn)給電機(jī)與橫向進(jìn)給電機(jī)進(jìn)給量通過速度功能塊和定位功能塊進(jìn)行定位控制,已達(dá)到走定長目的。
2.3  系統(tǒng)性能
(1)收放線張力輪擺幅:-3線~+3線。
(2)主軸線速度:400~500m/min。
(3)線輪存線量:137km。
(4)金屬線張力:20N~35N。
(5)進(jìn)給精度:0.0001mm/s。
(6)排線間距:0.218mm ~0.180mm。
(7)切割精度:1um。
(8)主軸伺服轉(zhuǎn)速:1480轉(zhuǎn)左右。

3  控制工藝流程圖

圖5為系統(tǒng)構(gòu)造圖。
 

 

 

5

 

圖5 系統(tǒng)構(gòu)造示意圖

圖6為系統(tǒng)構(gòu)成圖。

6

圖6 系統(tǒng)構(gòu)成


圖7為系統(tǒng)流程圖。

7

圖7 系統(tǒng)流程


4  客戶應(yīng)用課題解決辦法
4.1 PID的應(yīng)用
4.11 離散化增量式PID算法
    在該案例中,收放線的頻率均為數(shù)字量,所以需要使用離散化的PID算法來實(shí)現(xiàn)控制。另外考慮到系統(tǒng)對(duì)快速性的要求,所以要盡量減小內(nèi)存的開銷以達(dá)到精減程序的目的,因此采用離散化增量式的PID算法。該算法在運(yùn)算過程中只需要保留最近3次的誤差數(shù)據(jù),就能夠推導(dǎo)出下一次的輸出量,節(jié)省了大量的數(shù)據(jù)空間,提高了運(yùn)算速度。T、Ti、Td和Kp是PID公式的常量,不同的數(shù)值代表著PID系統(tǒng)的微分、積分、比例調(diào)節(jié)作用的強(qiáng)度和效果,在此系統(tǒng)中,Td=0,只用了P、I控制。PID數(shù)學(xué)模型如圖8.

8

圖8 PID數(shù)字模型

4.12 離散化增量式PID算法的數(shù)據(jù)監(jiān)控
    根據(jù)PID算法模型,高速運(yùn)行時(shí),收線放線伺服輸出偏差正負(fù)5轉(zhuǎn)以及張力擺動(dòng)扭矩正負(fù)1牛。同時(shí)監(jiān)視主軸、張力、放線伺服的波形如下圖。其中,主軸波形圖如圖9所示。

9
圖9 主軸波形圖

圖10為張力伺服的波形圖。

10

圖10 張力波形圖

圖11為放線伺服的波形圖。

11
圖11 防線伺服波形圖


通過監(jiān)視波形,在張力輪的角度發(fā)生偏差后,收放線速度能夠快速地進(jìn)行改變,保持張力輪穩(wěn)定在一個(gè)相對(duì)固定的位置。由此可知,離散增量式PID算法在這種快速響應(yīng)的控制系統(tǒng)中是可行的。
4.22 排線中的應(yīng)用
(1)背景:若收線輪的線排列不均勻,在邊角處出現(xiàn)疊加,那么當(dāng)收線輪作為放線使用時(shí)很有可能導(dǎo)致放線不順利,從而會(huì)導(dǎo)致斷線。

12
圖12 排線布置

(2)說明:根據(jù)收線輪的寬度和線寬以及排線伺服的分辨率以及絲桿的導(dǎo)程可以計(jì)算出L和P的值,排線就能夠根據(jù)收線的旋轉(zhuǎn)方向和行進(jìn)量在正確的放線進(jìn)行均勻排線。
(3)PLC程序如圖13所示。

13
圖13 PLC程序示意圖


(4)MC的邏輯程序如圖14所示。

14

圖14 MC邏輯程序

使用此算法實(shí)現(xiàn)了排線的均勻分布、無層疊現(xiàn)象,很好的滿足了系統(tǒng)的要求。
4.12 實(shí)時(shí)速度修改
    由于算法需要實(shí)時(shí)給定收放線輪的速度,但是MC運(yùn)動(dòng)指令均不支持該功能,因此需要編寫實(shí)時(shí)修改程序。如果不實(shí)時(shí)修改速度將會(huì)造成斷線,通過使用此算法實(shí)現(xiàn)了速度實(shí)時(shí)修改。MC程序如圖15。

15

圖15 MC程序

4.13 快速功能模塊
通過速度功能塊,定位功能塊進(jìn)行定位控制進(jìn)給的應(yīng)用。PLC數(shù)據(jù)運(yùn)算程序如圖16。
 

16
圖16 PLC數(shù)據(jù)運(yùn)算程序

17

圖17 MC邏輯程序
18
圖18 MC運(yùn)動(dòng)程序

使用通過速度功能塊,扭矩功能塊和使能功能塊進(jìn)行定位控制進(jìn)給很好的滿足了系統(tǒng)的要求。
5   結(jié)束語
    作為進(jìn)軍高端控制領(lǐng)域的力作,臺(tái)達(dá)DVP-10MC是一款基于CANopen現(xiàn)場總線的多軸運(yùn)動(dòng)控制器,其通訊速度高達(dá)1M。為快速實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制,DVP-10MC內(nèi)部設(shè)計(jì)了兩大功能模塊:PLC模塊及運(yùn)動(dòng)控制模塊,兩部分分別獨(dú)立處理邏輯任務(wù)和運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)。兩大功能模塊的并行運(yùn)行大大提高了高端設(shè)備的運(yùn)行效率。
   此外,DVP-10MC的飛剪/追剪功能采用5階多項(xiàng)式凸輪曲線自動(dòng)計(jì)算、工藝參數(shù)可運(yùn)行中修改、同步切割區(qū)速度比例可調(diào)。而在使用電子凸輪功能時(shí),ANopenBuilder軟件提供AM編輯器,用戶可以在CAM編輯器中規(guī)劃凸輪曲線,并能隨時(shí)動(dòng)態(tài)更改電子凸輪曲線。G碼功能能夠滿足運(yùn)動(dòng)軌跡和進(jìn)給速度的嚴(yán)格要求。借由這些出色的功能,DVP-10MC在加工、包裝、食品、機(jī)床等各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用正不斷深入。臺(tái)達(dá)DVP-10MC能夠在眾多新品種脫穎而出,不僅是產(chǎn)品本身的魅力,也來自于用戶對(duì)于臺(tái)達(dá)產(chǎn)品的認(rèn)可和激勵(lì)。用戶的需求,就是臺(tái)達(dá)發(fā)展的方向和動(dòng)力。

作者簡介:
應(yīng)院祥,男,出生于1985年12月,畢業(yè)于江西現(xiàn)代學(xué)院電子與信息技術(shù)專業(yè),現(xiàn)任中達(dá)電通股份有限公司應(yīng)用工程師。近幾年來一直從事運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品的程序開發(fā)及營銷推廣等工作,具有5年的多線切割機(jī)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)以及各種機(jī)型工藝。

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