一、機(jī)器概要
形狀各異的鋼筋構(gòu)件是建筑工地上用量最大的構(gòu)件，它主要用于混凝土澆筑板固定、框架龍骨、梁柱間搭筋等。長期以來，這些鋼筋構(gòu)建都是靠建筑工人手工制成，不僅效率低，且精確度差，嚴(yán)重制約了工期進(jìn)度和樓體整體建筑質(zhì)量，同時(shí)由于廢品產(chǎn)生造成了巨大的材料浪費(fèi)。隨著運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，數(shù)控彎箍機(jī)的設(shè)計(jì)定型，大量的數(shù)控彎箍機(jī)應(yīng)用于建筑業(yè)鋼筋材料的加工中。
二、設(shè)備的結(jié)構(gòu)
設(shè)備工作前，所需各種工藝動(dòng)作的設(shè)置參數(shù)由HMI進(jìn)行輸入和修改。數(shù)控彎箍機(jī)有兩臺電機(jī)，折彎電機(jī)M1和送進(jìn)電機(jī)M2。送進(jìn)電機(jī)M2將產(chǎn)品原材料按設(shè)置好的定長向前送進(jìn)，當(dāng)材料進(jìn)入彎曲處后由彎曲電機(jī)M1帶動(dòng)折彎頭按預(yù)訂的產(chǎn)品形狀進(jìn)行折彎。產(chǎn)品成型后，由剪切氣缸帶動(dòng)機(jī)械剪切部分將成型產(chǎn)品剪切下再由操作工進(jìn)行產(chǎn)品檢驗(yàn)。
三、系統(tǒng)性能及功能要求
為了應(yīng)對激烈競爭，實(shí)現(xiàn)差異化，機(jī)械制造商對設(shè)備的控制系統(tǒng)提出了高性能的需求，簡介如下：
工作速度:90m/min
折彎范圍：Φ6～8mm
折彎角度:180度
就功能設(shè)計(jì)而言，幾個(gè)方面比較重要：
自動(dòng)的補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)
雙閉環(huán)同步控制
曲線存儲與下載
四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
經(jīng)過與客戶討論，對需求分析的基礎(chǔ)上，B&R為客戶提供了基于Power Panel 400系列的集成顯示與控制的HMI，該HMI是控制、顯示、操作集成產(chǎn)品，內(nèi)置128MB的DDR RAM，16kB二級緩存確保高速任務(wù)處理需要，配置二臺ACOPOS智能型伺服驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)送料與折彎頭的控制。
4.1彎箍成型工藝參數(shù)存儲
送料電機(jī)與折彎頭電機(jī)之間的精確位置實(shí)現(xiàn)了折彎曲線的變化，兩個(gè)軸之間建立了CAM關(guān)系，根據(jù)不同的送料速度， 預(yù)先給定的曲線，折彎頭和送料之間建立了相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以送料電機(jī)或外接編碼器為虛擬軸，兩個(gè)軸之間建立耦合關(guān)系，在同步和凸輪曲線之間進(jìn)行切換，當(dāng)設(shè)定各個(gè)節(jié)點(diǎn)參數(shù)后，伺服系統(tǒng)會依照最光滑的曲線對其進(jìn)行過渡，使得機(jī)械沖擊得以最大可能的減小。
由于現(xiàn)場生產(chǎn)需要各種形狀的折彎，因此，需要存儲大量的成型配方供調(diào)用，Power Panel可通過CF卡擴(kuò)展其存儲，最大可達(dá)8GB，很好的滿足了加工配方的選擇需要。
4.2圖形化編輯不同的折彎曲線
為了方便操作人員，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了根據(jù)建筑生產(chǎn)需要的不同工件的曲線圖，給定其節(jié)點(diǎn)、半徑參數(shù)等，客戶可根據(jù)生產(chǎn)需要選擇所需工件的折彎曲線，系統(tǒng)會根據(jù)其自動(dòng)運(yùn)算同步關(guān)系。滿足不同的生產(chǎn)需求，而無需復(fù)雜的編程。
4.3雙閉環(huán)伺服控制設(shè)計(jì)
為了提高送料電機(jī)與折彎電機(jī)的同步精度，在鋼筋的送料上加裝一個(gè)外接編碼器，這個(gè)編碼器將兩個(gè)建立同步關(guān)系的軸進(jìn)行了位置閉環(huán)，通過外接編碼器反饋的位置與伺服內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換進(jìn)行比較，來提高伺服同步的精度，這得益于ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在其插入槽位里可以有通信、當(dāng)前軸編碼器，還有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器插入模塊支持第三或第四編碼器的輸入，而折彎和送料軸的同步關(guān)系本身是通過Ethernet POWERLINK實(shí)時(shí)以太網(wǎng)進(jìn)行速度、位置信號的交換。
4.4折彎自動(dòng)補(bǔ)償功能
不同的鋼材其折彎的饒度不同，應(yīng)力變化系數(shù)不同，根據(jù)折彎的鋼筋材料的應(yīng)力系數(shù)的變化，系統(tǒng)需為其計(jì)算補(bǔ)償參數(shù)，在運(yùn)動(dòng)中對于送絲和折彎的曲線進(jìn)行位置的補(bǔ)償，獲得預(yù)訂的折彎效果，根據(jù)內(nèi)置的補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)，只需輸入不同材料的工藝參數(shù)，系統(tǒng)即可計(jì)算送料與折彎的伺服曲線補(bǔ)償。
五、系統(tǒng)配置
系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)圖如下設(shè)計(jì)：
在這里,Power Panel選擇了PP452型，采用薄膜按鍵設(shè)計(jì)，這樣能夠確?，F(xiàn)場的操作人員避免用手直接進(jìn)行觸摸屏操作而造成的觸摸屏磨損-壽命更長。
5.1模塊化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)
5.1.1伺服驅(qū)動(dòng)器模塊化設(shè)計(jì)：伺服驅(qū)動(dòng)器支持多種編碼器接入，多種通信模塊可選，易于根據(jù)實(shí)際需求而調(diào)整。
5.1.2Power Panel的模塊化設(shè)計(jì)：可接入不同尺寸的CF卡，根據(jù)應(yīng)用需求對工藝配方參數(shù)、程序進(jìn)行存儲，方便程序升級；可接入不同的通信控制卡:支持RS485、CANopen、X2X、Profibus DP等，提供多種靈活的選擇；
5.2高性能系統(tǒng)
Power Panel 400系列采用 500MHz的處理器，支持200uS的高速任務(wù)，其Automation Studio支持圖形化編程，易于使用。
ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器是新一代的智能型伺服驅(qū)動(dòng)器，其支持高達(dá)400uS的位置環(huán)控制能力，并且，自身具有較強(qiáng)的內(nèi)置軟件功能，例如：本項(xiàng)目所需要使用的CAM電子凸輪功能、補(bǔ)償算法，虛擬軸等，這些都為其提供了良好的控制基礎(chǔ)。
5.3Ethernet POWERLINK
為了提高系統(tǒng)兩個(gè)軸之間的同步速度，采用了最前沿的實(shí)時(shí)通信技術(shù)，Ethernet POWERLINK-它能夠?qū)崿F(xiàn)可實(shí)現(xiàn)100Mbps的通信速率、支持200uS的數(shù)據(jù)刷新，對于高速的同步軸而言，這至關(guān)重要。
5.4Automation Studio的全線支持能力
通過Automation Studio內(nèi)置的示波器功能可以輕松實(shí)現(xiàn)對調(diào)試過程中電流、電壓等信號的監(jiān)控，采樣可以達(dá)到400uS的周期，使得對于工藝分析提供了很好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，調(diào)試過程變得簡單，從而降低了系統(tǒng)的試車周期。
六、結(jié)語
B&R系統(tǒng)在該系統(tǒng)的應(yīng)用穩(wěn)定可靠，盡管建筑工地現(xiàn)場條件惡劣，但是Power Panel及B&R系統(tǒng)的高可靠性贏得了客戶的持續(xù)信任。
