折弯机整体伺服 电气控制系统 的硬件 结构如图4所示。 光纤环网 工业PC机 一RS -2 3 塑I i 警 口 光纤通信控制卡 液晶、触控 体化显示器 一国i I I I l , 接 口 l I接 口 l l接 口 l I接 E l 指 一不 灯 脚 踏 开 关 接 近 开 关 激 光 安 全 栅 开关量i/ O 设备控制 l I挠度补 l I偿控制 ./ ’ 、 .一⋯⋯一 蓁 ll蓁 I l 羹 ll蓁 耋 后挡料控制 、 、.⋯⋯⋯ 光 栅 尺 速度控制板卡 接 口ll接口 II接 口 lI接 口 — — — — 1 r — 1 r— — — — 1 r。 ‘— 一 薰 l肉 l ¨ 妻 I 肉 I 薹 I 滑块、刀梁、上模 \ 滑块控制 图4电气控制系统的硬件结构 3. 1. 1 Y 轴全闭环运动控 制系统结构 为了实现折 弯机 大功率 折弯力输 出 , 该折弯机在顶板上安装 了4台伺服 电机 ,同 时要求4台伺服电机能够实现同步控制 。为 实现Y轴方 向4电机同步控制算法 ,伺 服电 机均采用模 拟量速度控制模式 。 由于皮带 存在 打滑与张力不均 的情况 ,电机 轴上安 装 的旋转 编码器不能真实反 映滑块位 置 , 上位数控系统 牺l , 所 以本项 目在Y 1~ Y 4轴上各安装 1把光栅 尺 进行实 际位 置测量 ,构成 了真正 的位 置全 闭环 运 动 控 制 系 统 。本 项 目选 用 的KA一 300一 C30270型光栅尺作为位 置传感器 ,分 辨率为0. 5ur n ,有效计量长度270mm ;共使 用4把光栅尺 、4台伺服 电机 、45 机械传动 机构组成4个位置全 闭环运动控制系统 ,单 轴系统结构如图5所示。 ,⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、 ‘ 伺服驱动器 I 信号分 析滤波 一一一一一一一一一一一一一=一/ l 编 码 器 l L_r_ 图5单轴位置全闭环运动控制系统 广船科技2014年第瑚( 总第127期 ) 27 3. 1. 2其余数 控 轴 的 电机 选 型及 控 制方式 该全 电动折弯机不但上模折 弯采用伺 服 电机控制 系统 ,而在按照一体化后挡料 装置控制 ,有x 、R、Z 1、Z2四轴 ,加挠度 补 偿 装 置V轴 一 轴 ,共 有5轴 伺 服 电机 控 制 。按安装使 用条件与技术指标 ,综合 考 虑安装尺寸 、制 造成本与控制要求 ,选用 松下A 5系列伺 服电机驱动x 、R 、Z 1、Z2与 V轴 ,采用差分式脉冲位置控制模式 ,与机 械传动机构一起组成如图6所示 的半闭环运 动控制系统 。 I 伺服驱动器 篓 嚣 喜 定 信 号 I— I控 制 器 I l控 制 器 l— l控 制 器 I l控 制 器 口 ] = 三三三塞图6/~ ⋯ IP ID H S ⋯ P W M 臣 、 莲 半闭环运动控制系统 3. 2整体软件控制系统结构 该折弯机使用实时内核RTAI对Linux操 作系统进行实时化改造 。RTA I内核接管系 统所有 的硬件 中断接 口,并 根据实时调度 器的需求 ,将其重新定 向为实时任务或普 通Linux任务。实时任务 的中断将直接触发 实时任务调度运行 ,非实 时任 务的 中断则 通过软中断方式转发给L inux内核 。该折弯 机 选 用 最 新 的 稳 定 版 Linux操 作 系 统 Ubuntu10. 04进行改造 ,以提供可视化桌面 级操 作 ,满 足用 户 的 易用 性 、直观 性 要 求 。该系统还提供完整 的网络 通信功能 , 方便进行远程通信与操作扩展。 非 实 时 空 间 人机界面 GUI NM L 消息通信 EmcTask 任务调度层 厂 一一 一一 1 广 一 一 一1 广 ] I !实 攫 : 间 l l t 一 一 l Motion层速度规划,运动插补 l H A L 共享内存 N M L 消息通信 I/ 0 控制器 弱 限位开关、指示灯 ⋯ ~] r 一 共享 内存 HAL 硬件抽象层 运动控制板卡 I l I/ 0 控制板卡 2 8 图7数控系统软件结构 l —J 该折弯机使 用的数控系统采用多进程 协作方式 ,执行速度规划 与插 补计算 的运 动控制模块 、硬件 系统驱 动模 块运行在实 时 空 间 , 由RTAI内核直 接 调 度 ;操 作 界 面 、任务管理器 、I/ O控制器运行在非实时 空间 ,由Linux操作 系统调度 。该 系统与传 统的基于DSP的数控板卡相 比,在集成度 、 兼 容性与扩展性上有 了很大提 高 ,所有程 序运行在一台工业PC机上 ,其软件结构与 各部分 功 能如 图7所 示 。 4结 论 3. 2 m× 100 kN全 电动折 弯机 电气控制 系统运用 了大功率伺服 电机的控制及测试 技术实现 了多 电机驱 动高精度 控制滑块运 行 ,达到 同步控制 的功 能。同时通过工业 计 算机和多轴运动卡 ,并集成 网络化制造 技术 ,开发 了基于 网络化制造 技术的数控 系统及 软件 ,除实现对多 台电机精确控制 及PLC功能外 ,还能够根据不同的加工工艺 要 求 扩 展 专家 库 ,具有 工 艺 过程 模 拟 显 示 、远 程 检 测 与 诊 断 等 功 能 。该 数 控 系 统 更是大大提高了数控折弯机的折弯精度 。 3. 2 m× 100 kN 全 电动折弯机 电气控制 系统 的研 发 ,是 一 次 国 内领 先 的科 技 创 新 ,为我公司研发 和制作小 型多轴全 电动 折弯机提供 了宝贵 的知识 和经验 ,加快我 厂折弯机产品的数控化速度和产业升级。 ( 收稿 日期 :2013— 11— 29) 李志丹丁振华 :3. 2m× 100kN全电动折弯机 电气控制系统