摘要：本文介紹了數控龍門高速鑄錠復合加工生產線的智能控制技術，闡述了實現智能控制的方法和途徑。
關鍵詞：智能控制；自動加工；840D
概述
鋁錠銑面是鋁合金板帶材生產工藝流程的一個重要階段。鋁錠在軋制之前，必須將上下兩側表面銑平，以保證最終產品質量，我公司生產的數控龍門高速鑄錠復合加工生產線全部實現自動化，用戶可對生產工藝參數進行調整，滿足不同用戶的生產要求，對設備關鍵點實時進行監測并根據設備運行狀態自動提供設備信息、故障自診斷信息、故障處理方法。同時，根據鋁加工行業的特點，開發一套生產操作系統，用于完成與MES和L1的通訊和數據交換，以及相對應的操作功能和數據處理功能。
1.數控龍門高速鑄錠復合加工生產線介紹
如圖1所示，數控龍門高速鑄錠復合加工生產線是一條全自動加工單元，采取流水線式布局，由主機和輔機兩部分組成。
圖1 數控龍門高速鑄錠復合加工生產線圖
主機由上料車、上料輥道裝置、翻轉裝置、龍門、床身、工作臺、工件對中機構、卡緊機構、測量裝置、主銑頭、角度側銑頭、稱重、噴碼系統、下料輥道、下料車、電氣控制系統、液壓系統、潤滑系統、氣動系統等組成。
輔機由吸屑管道、破碎機、吸屑風機、旋風分離器、鋁屑收集裝置、粉塵吸集裝置等組成。
2.控制方式及方法
作為鋁錠外表面加工的專用機床，該機床有三個主軸，其中一個方滑枕立式主軸和兩個帶擺角的臥式主軸，臥式主軸可同時加工鋁錠的一個大平面和兩個角度小平面，因此主軸角度要求在0-25度之間可任意調整。機床可以進行全自動循環加工、半自動循環加工、手動銑削、單面銑削，并有單動作、手動調整等功能。
機床的自動化主要體現在以下幾個方面：工件自動上、下料；工件自動翻轉并且自動降速；工件自動夾緊；工件厚度、寬度自動測量并自動進刀；數控自動編程及切削參數優化；自動安全防護回退；工件自動稱重；鋁屑的自動收集等。
為提高機床自動化程度及控制系統穩定性的主要實施以下措施
(1)控制中心采用840D數控系統和數字化驅動及1FT6系列交流伺服電機。系統內部具有對所控制伺服電機的全部保護和控制功能，所有控制的伺服電機運行參數都能在屏幕上顯示出來供使用參考。不需外部復雜聯線，裝配工藝簡單，維修方便，工作穩定可靠。可連續不間斷工作；
(2)配置OP015A型15英寸彩色顯示器具有以太網接口，可以根據用戶要求，同上位機連接完成數據交換。設備的所有監示和檢測信號都通過PLC傳送給840D系統，行成中文報警文本，并通過顯示器顯示，保存成歷史記錄可供今后查詢使用。PLC所有I/O接口信號狀態都可以在顯示器上顯示，供操作及維修人員參考；
(3)所有輥道都采用西門子交流變頻器驅動，并且與數控系統之間采用總線方式傳送命令，并通過數控編制的程序控制；
(4)由于設備各控制部件分散較遠，故PLC采用西門子S7-300和ET200組成，子分站采用PROFIBUS-DP現場總線方式控制，共采用4個分站，分別是：滾道及翻轉機構分站、龍門工作臺分站、主龍門架上分站、主操縱室分站。分站采用全封閉的分線箱結構，安裝在被控部件附近，減少了機床控制連線，提高了可靠性，維修更方便；
(5)毛坯的上料、定位、卡緊、測量、數據傳輸，各軸的跟蹤測量，切削加工均由程序自動完成，主機與輔機之間采用現場總線方式控制，提高了機床的可靠性；
(6)設備的輔助動作（輥道、液壓、氣動、潤滑等）都由數控系統發出的M代碼經PLC去控制自動完成；
(7)輔機驅動的交流電機（破碎機、碎屑風機、鋁粉塵收集風機）采用交流軟啟動和交流變頻器驅動，配有完善的監控系統對電機監控（電流、軸承溫度、線圈溫度監視）通過編制合理的程序，控制變頻器完成碎屑風機的節能控制，控制命令來自840D數控系統。
3.實時采集設備自身運行狀態及故障診斷的方法
(1)研發了一種接觸式鑄錠測量系統，通過氣缸驅動測量板壓緊在鑄錠被測面上，利用與840D數控系統相連接的光柵尺和絕對編碼器確定鑄錠厚度、寬度及斜邊的相關參數，并由此確定銑削量和銑削次數。測量精度為±0.2mm，采用全自動控制，確保在最短時間內完成銑面過程；
(2)主軸箱安裝了多點溫度傳感器和振動傳感器，隨時監測主軸的溫度變化及工作狀態；
(3)破碎、吸屑、除塵電機和軸端安裝有溫度傳感器，實時監控其文段變化及工作狀態；
(4)實時對主軸電機和輔機電機的電流進行監測；
(5)三個主軸、破碎、吸屑、除塵的傳動端安裝接近開關，通過高速計數器監測其轉速變化；
(6)對各液壓點位和氣動點位的壓力及流量的監測；
(7)鋁錠定位控制傳感器采用反射式光電開關，監控并實時顯示鋁錠的實時位置；
(8)三個主軸安裝有防撞機構，實時對主軸進行進行監測及保護；
(9)在840D系統屏上實時顯示銑頭的實際位置、側銑頭旋轉角度、設備工作中夾緊放松狀態、當前正在鋁錠加工信息、銑后鋁錠信息、自動加工程序進度，以及各部件工作條件、鋁錠歷史信息等。
當以上監測點出現故障時系統會在界面進行顯示并自動進行安全保護，每個故障都具有相應的診斷提示和處理方法；在主畫面和生產監控畫面頂端都有報警視圖，顯示當前報警并可查詢報警記錄。
4.實現網絡通信及數據交換的方法
設備具有生產操作系統，用于完成與MES和L1的通訊和數據交換，以及相對應的操作功能和數據處理功能。
(1)實施方案概述
銑面加工生產操作系統通過與數據服務系統進行交互，實現銑面加工生產計劃與生產參數等數據的自動獲得，并把這些數據通過ODBC數據接口下達給WinCC flexible 系統。同時，對于WinCC flexible 系統產生的生產實績等數據，銑面加工生產操作系統把數據通過數據服務系統上傳給L3。
另外，銑面加工生產操作系統將包含一個獨立的數據處理部分，用于把生產過程數據記錄轉化為iba 的文件格式（*.dat），以實現系統生成數據格式的統一，以方便存儲、管理與使用。
系統結構圖如圖2所示。
圖2 系統結構圖
(2)數據服務系統功能與實現
實現與銑面加工生產操作系統的數據交互，保證L3數據與WinCC flexible 系統的自動交互數據服務系統通過TCP/IP 方式與銑面加工生產操作系統進行通訊，并以此下達L3的生產計劃與生產參數數據給WinCC flexible 系統，最終實現相關數據下達到L1；同時，數據服務系統通過TCP/IP 方式，從銑面加工生產操作系統獲得WinCC flexible 生產實績等數據，最終上傳給L3系統。
結論：
數控龍門高速鑄錠復合加工生產線全部實現自動化，用戶可對生產工藝參數進行調整，滿足不同用戶的生產要求，對設備關鍵點實時進行監測并根據設備運行狀態自動提供設備信息、故障自診斷信息、故障處理方法。同時，根據鋁加工行業的特點，開發一套生產操作系統，用于完成與MES和L1的通訊和數據交換，以及相對應的操作功能和數據處理功能。最終實現L3 系統中的生產計劃和生產參數等數據自動下達到WinCC flexible 或L1 系統，同時現場生產實績也能自動上傳給L3 系統，使所有的數據交換不再需要手工處理，過程數據和PDA 系統生成的數據以統一的存儲方式保存到文件服務器中，以方便用戶的管理與使用。用戶可對全部過程數據進行分析。通過新建的數據服務系統，在滿足數據庫管理與數據查詢方便的同時，保證數據庫的安全。
數控龍門高速鑄錠復合加工生產線的成功研制，不僅打破了國外的技術壟斷，擋住了進口，為國家節約了大量的外匯，還為有色金屬行業的生產提供了技術先進的裝備，促進了行業的進步與發展。
參考文獻
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