數(shù)控龍門(mén)高速鑄錠復(fù)合加工生產(chǎn)線智能控制
2018-3-8 來(lái)源： 齊齊哈爾爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 作者：張會(huì)龍
【摘要】: 本文介紹了數(shù)控龍門(mén)高速鑄錠復(fù)合加工生產(chǎn)線的智能控制技術(shù)，闡述了實(shí)現(xiàn)智能控制的方法和途徑。
【關(guān)鍵詞】: 智能控制; 自動(dòng)加工;840D
概述
鋁錠銑面是鋁合金板帶材生產(chǎn)工藝流程的一個(gè)重要階段。鋁錠在軋制之前，必須將上下兩側(cè)表面銑平，以保證最終產(chǎn)品質(zhì)量，我公司生產(chǎn)的數(shù)控龍門(mén)高速鑄錠復(fù)合加工生產(chǎn)線全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，用戶可對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，滿足不同用戶的生產(chǎn)要求，對(duì)設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)提供設(shè)備信息、故障自診斷信息、故障處理方法。同時(shí)，根據(jù)鋁加工行業(yè)的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)一套生產(chǎn)操作系統(tǒng)，用于完成與MES 和L1 的通訊和數(shù)據(jù)交換，以及相對(duì)應(yīng)的操作功能和數(shù)據(jù)處理功能。
1.數(shù)控龍門(mén)高速鑄錠復(fù)合加工生產(chǎn)線介紹
如圖1 所示，數(shù)控龍門(mén)高速鑄錠復(fù)合加工生產(chǎn)線是一條全自動(dòng)加工單元，采取流水線式布局，由主機(jī)和輔機(jī)兩部分組成。
圖1 數(shù)控龍門(mén)高速鑄錠復(fù)合加工生產(chǎn)線圖
主機(jī)由上料車(chē)、上料輥道裝置、翻轉(zhuǎn)裝置、龍門(mén)、床身、工作臺(tái)、工件對(duì)中機(jī)構(gòu)、卡緊機(jī)構(gòu)、測(cè)量裝置、主銑頭、角度側(cè)銑頭、稱(chēng)重、噴碼系統(tǒng)、下料輥道、下料車(chē)、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)等組成。
輔機(jī)由吸屑管道、破碎機(jī)、吸屑風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)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(zhuān)用機(jī)床，該機(jī)床有三個(gè)主軸，其中一個(gè)方滑枕立式主軸和兩個(gè)帶擺角的臥式主軸，臥式主軸可同時(shí)加工鋁錠的一個(gè)大平面和兩個(gè)角度小平面，因此主軸角度要求在0-25 度之間可任意調(diào)整。機(jī)床可以進(jìn)行全自動(dòng)循環(huán)加工、半自動(dòng)循環(huán)加工、手動(dòng)銑削、單面銑削，并有單動(dòng)作、手動(dòng)調(diào)整等功能。
機(jī)床的自動(dòng)化主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 工件自動(dòng)上、下料; 工件自動(dòng)翻轉(zhuǎn)并且自動(dòng)降速;工件自動(dòng)夾緊; 工件厚度、寬度自動(dòng)測(cè)量并自動(dòng)進(jìn)刀; 數(shù)控自動(dòng)編程及切削參數(shù)優(yōu)化; 自動(dòng)安全防護(hù)回退; 工件自動(dòng)稱(chēng)重; 鋁屑的自動(dòng)收集等。為提高機(jī)床自動(dòng)化程度及控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的
主要實(shí)施以下措施
(1) 控制中心采用840D 數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)字化驅(qū)動(dòng)及1FT6 系列交流伺服電機(jī)。系統(tǒng)內(nèi)部具有對(duì)所控制伺服電機(jī)的全部保護(hù)和控制功能，所有控制的伺服電機(jī)運(yùn)行參數(shù)都能在屏幕上顯示出來(lái)供使用參考。不需外部復(fù)雜聯(lián)線，裝配工藝簡(jiǎn)單，維修方便，工作穩(wěn)定可靠。可連續(xù)不間斷工作;
(2) 配置OP015A 型15 英寸彩色顯示器具有以太網(wǎng)接口，可以根據(jù)用戶要求，同上位機(jī)連接完成數(shù)據(jù)交換。設(shè)備的所有監(jiān)示和檢測(cè)信號(hào)都通過(guò)PLC 傳送給840D 系統(tǒng)，行成中文報(bào)警文本，并通過(guò)顯示器顯示，保存成歷史記錄可供今后查詢(xún)使用。PLC 所有I/O 接口信號(hào)狀態(tài)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(mén)子交流變頻器驅(qū)動(dòng)，并且與數(shù)控系統(tǒng)之間采用總線方式傳送命令，并通過(guò)數(shù)控編制的程序控制;
(4) 由于設(shè)備各控制部件分散較遠(yuǎn)，故PLC采用西門(mén)子S7-300 和ET200 組成，子分站采用PROFIBUS-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線方式控制，共采用4個(gè)分站，分別是: 滾道及翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分站、龍門(mén)工作臺(tái)分站、主龍門(mén)架上分站、主操縱室分站。分站采用全封閉的分線箱結(jié)構(gòu)，安裝在被控部件附近，減少了機(jī)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(cè)量、數(shù)據(jù)傳輸，各軸的跟蹤測(cè)量，切削加工均由程序自動(dòng)完成，主機(jī)與輔機(jī)之間采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式控制，提高了機(jī)床的可靠性;
(6) 設(shè)備的輔助動(dòng)作（輥道、液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑等）都由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的M 代碼經(jīng)PLC 去控制自動(dòng)完成;
(7) 輔機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流電機(jī)（破碎機(jī)、碎屑風(fēng)機(jī)、鋁粉塵收集風(fēng)機(jī)）采用交流軟啟動(dòng)和交流變頻器驅(qū)動(dòng)，配有完善的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電機(jī)監(jiān)控（電流、軸承溫度、線圈溫度監(jiān)視）通過(guò)編制合理的程序，控制變頻器完成碎屑風(fēng)機(jī)的節(jié)能控制，控制命令來(lái)自840D 數(shù)控系統(tǒng)。
3.實(shí)時(shí)采集設(shè)備自身運(yùn)行狀態(tài)及故障診斷的方法
(1) 研發(fā)了一種接觸式鑄錠測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)氣缸驅(qū)動(dòng)測(cè)量板壓緊在鑄錠被測(cè)面上，利用與840D 數(shù)控系統(tǒng)相連接的光柵尺和絕對(duì)編碼器確定鑄錠厚度、寬度及斜邊的相關(guān)參數(shù)，并由此確定銑削量和銑削次數(shù)。測(cè)量精度為±0.2mm，采用全自動(dòng)控制，確保在最短時(shí)間內(nèi)完成銑面過(guò)程;
(2) 主軸箱安裝了多點(diǎn)溫度傳感器和振動(dòng)傳感器，隨時(shí)監(jiān)測(cè)主軸的溫度變化及工作狀態(tài);
(3) 破碎、吸屑、除塵電機(jī)和軸端安裝有溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控其文段變化及工作狀態(tài);
(4) 實(shí)時(shí)對(duì)主軸電機(jī)和輔機(jī)電機(jī)的電流進(jìn)行監(jiān)測(cè);
(5) 三個(gè)主軸、破碎、吸屑、除塵的傳動(dòng)端安裝接近開(kāi)關(guān)，通過(guò)高速計(jì)數(shù)器監(jiān)測(cè)其轉(zhuǎn)速變化;
(6) 對(duì)各液壓點(diǎn)位和氣動(dòng)點(diǎn)位的壓力及流量的監(jiān)測(cè);
(7) 鋁錠定位控制傳感器采用反射式光電開(kāi)關(guān)，監(jiān)控并實(shí)時(shí)顯示鋁錠的實(shí)時(shí)位置;
(8) 三個(gè)主軸安裝有防撞機(jī)構(gòu)，實(shí)時(shí)對(duì)主軸進(jìn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)及保護(hù);
(9) 在840D 系統(tǒng)屏上實(shí)時(shí)顯示銑頭的實(shí)際位置、側(cè)銑頭旋轉(zhuǎn)角度、設(shè)備工作中夾緊放松狀態(tài)、當(dāng)前正在鋁錠加工信息、銑后鋁錠信息、自動(dòng)加工程序進(jìn)度，以及各部件工作條件、鋁錠歷史信息等。
當(dāng)以上監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)會(huì)在界面進(jìn)行顯示并自動(dòng)進(jìn)行安全保護(hù)，每個(gè)故障都具有相應(yīng)的診斷提示和處理方法; 在主畫(huà)面和生產(chǎn)監(jiān)控畫(huà)面頂端都有報(bào)警視圖，顯示當(dāng)前報(bào)警并可查詢(xún)報(bào)警記錄。
4.實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信及數(shù)據(jù)交換的方法
設(shè)備具有生產(chǎn)操作系統(tǒng)，用于完成與MES和L1 的通訊和數(shù)據(jù)交換，以及相對(duì)應(yīng)的操作功能和數(shù)據(jù)處理功能。
(1) 實(shí)施方案概述
銑面加工生產(chǎn)操作系統(tǒng)通過(guò)與數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)銑面加工生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)參數(shù)等數(shù)據(jù)的自動(dòng)獲得，并把這些數(shù)據(jù)通過(guò)ODBC 數(shù)據(jù)接口下達(dá)給WinCC fl exible 系統(tǒng)。同時(shí)，對(duì)于WinCC fl exible 系統(tǒng)產(chǎn)生的生產(chǎn)實(shí)績(jī)等數(shù)據(jù)，銑面加工生產(chǎn)操作系統(tǒng)把數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)上傳給L3。
另外，銑面加工生產(chǎn)操作系統(tǒng)將包含一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)處理部分，用于把生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)記錄轉(zhuǎn)化為iba 的文件格式（*.dat），以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)生成數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一，以方便存儲(chǔ)、管理與使用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。
圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
(2) 數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)功能與實(shí)現(xiàn)
實(shí)現(xiàn)與銑面加工生產(chǎn)操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，保證L3 數(shù)據(jù)與WinCC fl exible 系統(tǒng)的自動(dòng)交互數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)通過(guò)TCP/IP 方式與銑面加工生產(chǎn)操作系統(tǒng)進(jìn)行通訊，并以此下達(dá)L3 的生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)參數(shù)數(shù)據(jù)給WinCC fl exible 系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)下達(dá)到L1; 同時(shí)，數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)通過(guò)TCP/IP 方式，從銑面加工生產(chǎn)操作系統(tǒng)獲得WinCC fl exible 生產(chǎn)實(shí)績(jī)等數(shù)據(jù)，最終上傳給L3 系統(tǒng)。
結(jié)論
數(shù)控龍門(mén)高速鑄錠復(fù)合加工生產(chǎn)線全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，用戶可對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，滿足不同用戶的生產(chǎn)要求，對(duì)設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)提供設(shè)備信息、故障自診斷信息、故障處理方法。同時(shí)，根據(jù)鋁加工行業(yè)的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)一套生產(chǎn)操作系統(tǒng)，用于完成與MES 和L1 的通訊和數(shù)據(jù)交換，以及相對(duì)應(yīng)的操作功能和數(shù)據(jù)處理功能。最終實(shí)現(xiàn)L3 系統(tǒng)中的生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)參數(shù)等數(shù)據(jù)自動(dòng)下達(dá)到WinCC fl exible 或L1 系統(tǒng)，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)績(jī)也能自動(dòng)上傳給L3 系統(tǒng)，使所有的數(shù)據(jù)交換不再需要手工處理，過(guò)程數(shù)據(jù)和PDA 系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)以統(tǒng)一的存儲(chǔ)方式保存到文件服務(wù)器中，以方便用戶的管理與使用。用戶可對(duì)全部過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過(guò)新建的數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，在滿足數(shù)據(jù)庫(kù)管理與數(shù)據(jù)查詢(xún)方便的同時(shí)，保證數(shù)據(jù)庫(kù)的安全。
數(shù)控龍門(mén)高速鑄錠復(fù)合加工生產(chǎn)線的成功研制，不僅打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷，擋住了進(jìn)口，為國(guó)家節(jié)約了大量的外匯，還為有色金屬行業(yè)的生產(chǎn)提供了技術(shù)先進(jìn)的裝備，促進(jìn)了行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。
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