Profibus总线在多线切割机控制系统中的应用

1 引言

　　多线切割机是利用金属切割线切割硅、石英等硬脆材料的机器,主要原理就是把细的金属切割线通过复杂的机械结构和各种导线轮,按切割的工件的形状编织成一定网状,并在整个线网内给定一个相对恒定的张力,然后多个伺服电机驱动切割线网高速的运转,最后在切割线网上喷洒细研磨砂浆,同时进给工作台带动切割线网进给,完成切割任务。

　　多线切割机控制系统由以下部分构成:工控机和伺服驱动装置包括主伺服驱动、从伺服驱动、导轮伺服驱动及收放线伺服和排布线伺服,砂浆供给变频器、质量流量计和其他的传感器和执行机构等组成。

　　线网的正常运转,需要多个伺服电机的高度同步来保证,切割线在运转过程中放切割线的线轮和收切割线的线轮直径不断变化,要保持线网的张力不变,就要不断调整放线轮和收线轮的速度和扭矩,所以对于自动控制及驱动系统要求非常严格,同时系统还要有人机界面来操作和监控,切割过程中还要记录系统运行情况。所以控制系统要具有快速的复杂数学计算和逻辑运算能力,同时把运算的结果尽快地传给执行机构。

　　由于对控制系统要求比较苛刻,控制设备量大,各个设备间密切配合如果采用传统的控制方案,势必要敷设大量的控制和信号电缆,浪费大量的人力和物力,十分不经济,同时使系统复杂,可靠性降低 。采用目前比较流行的profibus现场总线技术,可以降低成本,同时提高系统的可靠性,使系统易于扩展和维护。

2 控制系统网络结构和说明

　　首先工控机设定切割需要的给定值,包括线速度、线张力、砂浆流量和砂浆温度等,给定值传给主驱动伺服,同时工控机与各伺服传动之间通过Profibus高速数据传输,将给定值和主驱动的数据快速传递给3个从驱动伺服和收放线轮伺服以及排线伺服,同步的实现依靠每个报文的同步字符,线张力由工控机通过Profibus总线传给收放线伺服,然后通过伺服I/O接口输出给气动调节阀控制张力臂。切割过程中,工控机通过Profibus总线适时读取角度传感器测得张力臂的张力以及收放线电机的扭矩,根据张力值和电机的扭矩计算线轮直径,不断调整收线和放线电机的角速度。从而保证切割的线速度和线张力恒定。

图1 网络拓扑图