Profibus總線在多線切割機控制系統(tǒng)中的應用

1 引言

　　多線切割機是利用金屬切割線切割硅、石英等硬脆材料的機器,主要原理就是把細的金屬切割線通過復雜的機械結構和各種導線輪,按切割的工件的形狀編織成一定網(wǎng)狀,并在整個線網(wǎng)內給定一個相對恒定的張力,然后多個伺服電機驅動切割線網(wǎng)高速的運轉,最后在切割線網(wǎng)上噴灑細研磨砂漿,同時進給工作臺帶動切割線網(wǎng)進給,完成切割任務。

　　多線切割機控制系統(tǒng)由以下部分構成:工控機和伺服驅動裝置包括主伺服驅動、從伺服驅動、導輪伺服驅動及收放線伺服和排布線伺服,砂漿供給變頻器、質量流量計和其他的傳感器和執(zhí)行機構等組成。

　　線網(wǎng)的正常運轉,需要多個伺服電機的高度同步來保證,切割線在運轉過程中放切割線的線輪和收切割線的線輪直徑不斷變化,要保持線網(wǎng)的張力不變,就要不斷調整放線輪和收線輪的速度和扭矩,所以對于自動控制及驅動系統(tǒng)要求非常嚴格,同時系統(tǒng)還要有人機界面來操作和監(jiān)控,切割過程中還要記錄系統(tǒng)運行情況。所以控制系統(tǒng)要具有快速的復雜數(shù)學計算和邏輯運算能力,同時把運算的結果盡快地傳給執(zhí)行機構。

　　由于對控制系統(tǒng)要求比較苛刻,控制設備量大,各個設備間密切配合如果采用傳統(tǒng)的控制方案,勢必要敷設大量的控制和信號電纜,浪費大量的人力和物力,十分不經(jīng)濟,同時使系統(tǒng)復雜,可靠性降低 。采用目前比較流行的profibus現(xiàn)場總線技術,可以降低成本,同時提高系統(tǒng)的可靠性,使系統(tǒng)易于擴展和維護。

2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結構和說明

　　首先工控機設定切割需要的給定值,包括線速度、線張力、砂漿流量和砂漿溫度等,給定值傳給主驅動伺服,同時工控機與各伺服傳動之間通過Profibus高速數(shù)據(jù)傳輸,將給定值和主驅動的數(shù)據(jù)快速傳遞給3個從驅動伺服和收放線輪伺服以及排線伺服,同步的實現(xiàn)依靠每個報文的同步字符,線張力由工控機通過Profibus總線傳給收放線伺服,然后通過伺服I/O接口輸出給氣動調節(jié)閥控制張力臂。切割過程中,工控機通過Profibus總線適時讀取角度傳感器測得張力臂的張力以及收放線電機的扭矩,根據(jù)張力值和電機的扭矩計算線輪直徑,不斷調整收線和放線電機的角速度。從而保證切割的線速度和線張力恒定。

圖1 網(wǎng)絡拓撲圖