自2005年開始，我國的發(fā)電行業(yè)便面臨煤荒導(dǎo)致的電荒。如今,，煤電帶來的環(huán)境污染、全球變暖以及我國承擔(dān)的減排任務(wù)都迫使我們必須尋求解決電源困局之道，調(diào)整能源結(jié)構(gòu),優(yōu)先發(fā)展風(fēng)電,、太陽能發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電是現(xiàn)今技術(shù)條件下的最佳選擇。本片案例是為太陽能光伏電池覆蓋鋼化玻璃板流水線作業(yè)打孔,，設(shè)備加工精度,，效率要求高,，在不降低性能的前提下，最大程度的控制了成本,。

1  設(shè)備概況

全自動玻璃打孔機包含6顆伺服,、定位軸、X1及X2送料軸,、Y軸,、Z1軸、Z2軸,。具體如圖1所示,。



圖1 全自動打孔機示意圖

（1）定位軸：選用玻璃精確定位（B2伺服*1），經(jīng)減速機后由絲杠傳動,。計算打孔點到玻璃邊沿距離,，定位到位置后，放下?lián)鯄K,，實現(xiàn)玻璃板的精確定位,；

（2）X軸：玻璃傳送（B2伺服*2），經(jīng)減速機后直接驅(qū)動,。高摩擦力傳送帶,，同時配合壓夾裝置，保證玻璃板傳送方向,，傳送帶的位置和速度由前后兩個伺服控制,，通過計算打孔點到玻璃邊緣的位置，傳送帶定位到對應(yīng)路徑位置,；

（3）Y軸：打孔鉆頭定位（A2伺服*1）,，經(jīng)減速機后由絲杠傳動。鉆頭安裝在Y軸上,，根據(jù)Y坐標(biāo)點,，計算打孔點到玻璃邊緣的距離，控制Y軸的位置和速度到達指定打孔點,；

（4）Z1,、Z2：鉆頭進給定位（A2伺服*2），經(jīng)由大小輪及絲杠傳動,。Y軸定位后,，下鉆頭較高速度1接近玻璃表面，再以速度2進行距離1的倒邊,，再以速度3進行距離2攻進,，最后以速度4慢速退刀；下鉆頭退刀后上鉆進行與下鉆類似的動作完成打孔。



圖2  X軸擋塊



圖3 Y軸及Z軸

2  技術(shù)參數(shù)

2.1 設(shè)備指標(biāo)

設(shè)備指標(biāo)如表1所示,。

表1 設(shè)備指標(biāo)



2.2 硬件清單

硬件清單如表2所示,。

表2 硬件清單



2.3 軟件清單

軟件清單如表3所示,。

表3 軟件清單



4 輔助工具

輔助工具如表4所示,。

表4 輔助工具



3 工藝說明

3.1 定位軸

定位軸使用B2伺服驅(qū)動，控制上采用絕對值定位DDRVA,。確定基準(zhǔn)后,，采用絕對值定位可以靈活定位到指定位置，避免一定量的數(shù)學(xué)計算,；當(dāng)一次定位完成,，開始打孔后，便進行下一個孔位置的比較,，如果X坐標(biāo)相同則不需要再次定位,，X坐標(biāo)不同，則進行下一次定位,，定位到位前放下?lián)鯄K,，慢速進入預(yù)定位置待命；最后一個空定位完成后,，收起擋塊定位至第一孔位置,，等待玻璃送出后放下?lián)鯄K。

3.2 Y軸

Y軸使用A2伺服驅(qū)動,，控制上采用絕對值定位DDRVA,。因為Y軸上有玻璃夾持壓盤，所以Y定位或重新定位前壓盤必須解除,；孔的Y坐標(biāo)與下一個想同時,，只需要壓盤、壓緊,、定位和送料動作后,，即可以打孔。

3.3 X1,、X2

X1,、X2使用兩臺B2伺服分別驅(qū)動，控制上采用增量式定位,，分送料后和送料前兩部份,。送料過超聲波后，X2不需要同步送料,，這時要高速補料到超聲波前光電位置,，以提高工作效率；送料到超聲波后，以一般速度移動,，當(dāng)接近至一定距離時,，再以慢速接近——最后貼上擋塊。

3.4 Z1,、Z2鉆頭位置定位

Z1,、Z2使用兩臺A2伺服分別驅(qū)動，控制上采用PR觸發(fā)來控制鉆頭位置,。位置1（6-03）,，高速（5-60）接近位置1；位置2（6-05）,，速度1（5-61）攻進1,；位置3（6-07），速度2（5-62）攻進2,；位置4（6-09）,，速度3（5-63）退刀；因為玻璃厚度不同,，不同規(guī)格的玻璃的鉆頭攻進1位置,，攻進2的位置需要進行調(diào)整，此時,，對應(yīng)PR路徑參數(shù)通過通訊修改,，以滿足加工需求。

 



圖4 PR參數(shù)



圖5 通過軟件規(guī)劃PR路徑

通過Delta ASDA-Soft 規(guī)劃PR路徑,，使用絕對值定位,，規(guī)劃加速和減速時間以及目標(biāo)速度索引；需要修改路徑時,，通過通訊修改對應(yīng)路徑的參數(shù)（例如06-03對應(yīng)路徑1的位置命令DATA）,。

4 工藝流程圖



圖6 工藝流程圖

在程序設(shè)計中，因為工藝穿插比較靈活,，所以選擇臺達步進程序進行設(shè)計,，將整套設(shè)備的動作進行細分，在每個步中設(shè)計獨立的控制動作,，這樣可以很好地提高工作效率,；除以上流程中的功能外，設(shè)備中還有潤滑功能,、修鉆功能,、修訂基準(zhǔn)、慢速前進,、慢速后退,，這些動作因為基于步進的思路設(shè)計,，所以可以靈活的穿插在程序中。

例如,，當(dāng)定位伺服電機完成最后一次定位,，同時設(shè)備開始打孔后，定位電機需要后退一定距離,，再定位到第一個孔前一定位置,，等待打孔完成，然后將玻璃送出一定距離后,，再把定位擋塊放下,，最后慢速靠近第一個孔的定位位置。這里因為采用步進程序設(shè)計,，這部分程序獨立流程設(shè)計，形成一個專門的流程控制回路,，就可以很容易實現(xiàn),，又不會影響原有控制的邏輯流程。

 

5  系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)



圖7 結(jié)構(gòu)示意圖



圖8 系統(tǒng)實際布置

利用28SV的4路200K高速脈沖分別控制定位軸,、Y軸,、X1送料、X2送料四個伺服,；同時利用28SV的COM2通訊口通過485通訊,，與Z1、Z2進行通訊,，修改PR位置參數(shù)和速度參數(shù),；與3臺變頻器進行通訊，修改變頻器的頻率參數(shù),。

6  HMI界面



圖9 HMI

HMI首頁顯示打孔數(shù)量和設(shè)備運行狀況,。設(shè)置孔數(shù)后（確定孔距參數(shù)通過其他頁面完成），通過控制柜面板按鈕啟動開始打孔,。



圖10 設(shè)備參數(shù)

在參數(shù)設(shè)置界面,，用戶設(shè)置各軸的機械補償及時間參數(shù)；玻璃送出距離是當(dāng)玻璃加工完畢后將玻璃送出的距離,，玻璃送出后定位軸才可以再次定位,，否則將造成玻璃的擠壓和破損。



 圖10 設(shè)備參數(shù)

在參數(shù)設(shè)置界面,，用戶設(shè)置各軸的機械補償及時間參數(shù),；玻璃送出距離是當(dāng)玻璃加工完畢后將玻璃送出的距離，玻璃送出后定位軸才可以再次定位,，否則將造成玻璃的擠壓和破損,。



圖11 孔參數(shù)設(shè)置1



圖12 孔參數(shù)設(shè)置2





7.2 Y軸位置計算

 Y軸位置計算如下：



圖14 Y軸計算示意圖

7.3 孔位置循環(huán)比較確定

X坐標(biāo)在400mm~1500mm范圍內(nèi)依次增大設(shè)置,；Y坐標(biāo)0mm~1500mm范圍內(nèi)任意設(shè)置；鉆孔數(shù)量是36,。定位到某個孔的坐標(biāo)并開始打孔,，此時比較當(dāng)前孔的X坐標(biāo)與下一個孔X坐標(biāo)是否相同。相同時,，定位軸保持不動,，Y軸重新定位后打孔；不同時,，定位移動至下一定位位置,；同時Y打孔結(jié)束后比較當(dāng)前孔的X坐標(biāo)與下一個孔X坐標(biāo)是否相同，根據(jù)比較結(jié)果決定是否再次送料與是否繼續(xù)打孔,，相同則Y軸定位后打孔,；不同就送料到位，Y軸定位后打孔,，兩個動作同時進行以提高效率,。



圖15 孔位置循環(huán)設(shè)定

7.4 節(jié)拍控制

因為孔的位置不確定，就必須設(shè)計一個可以實時計算坐標(biāo)位置,，靈活跳轉(zhuǎn)在多個動作中,；通過對設(shè)備工藝反復(fù)研究，確定兩個重要的控制節(jié)拍：

（1）定位軸定位,，以上下盤壓緊時機為基準(zhǔn),，計算打孔定位次數(shù)；

（2）Y軸定位,，以打孔完畢時機為基準(zhǔn),，計算Y軸定位次數(shù)。



E5=（定位次數(shù)-1）*2

通過指針的循環(huán)計算,，靈活的對當(dāng)前數(shù)據(jù)與下一筆數(shù)據(jù)進行比較,。作為比較結(jié)果，在同一步進程序中,，可以跳轉(zhuǎn)到多個對應(yīng)的控制步中,；以指針的方式，可以在規(guī)劃一個連續(xù)的數(shù)據(jù)區(qū)域后,，完成一批動作設(shè)計,。

8 結(jié)束語

本款全自動數(shù)控打孔機，具有三大特點,。第一,，重復(fù)的加工精度要求高（小于0.5mm）；第二,，浮點數(shù)運算量大,；第三,，加工動作靈活，需要柔性的編程,，需要適時靈活的滿足客戶的擴充需求,。

來源于臺達伺服驅(qū)動器的高精度和SV控制器強大的浮點數(shù)運算能力，很好地實現(xiàn)了玻璃打孔加工中孔距,、孔數(shù)計算,；利用E指針偏移，可以實現(xiàn)靈活擴充孔數(shù),，相鄰兩孔間依次比較等功能,，可以達到靈活擴充打孔數(shù)量的柔性程序設(shè)計要求。借助臺達控制器靈活的步進程序設(shè)計,，可以處理控制動作的交叉流程,，提高了程序設(shè)計效率。綜上所述,，該設(shè)備的控制精度和工藝要求在行業(yè)內(nèi)屬于較高的水平,。

此外，對于客戶工藝的熟悉程度,，決定了整個控制流程的質(zhì)量；設(shè)備的機械結(jié)構(gòu),，也直接影響設(shè)備的控制精度,。當(dāng)然，相比其他成熟的自動打孔設(shè)備,，該設(shè)備也有不足之處,，主要表現(xiàn)在：校準(zhǔn)孔的位置采用485通訊讀取伺服位置方式速率及穩(wěn)定性低，PLC的控制速度較數(shù)控低,；但是相比數(shù)控系統(tǒng),，使用臺達PLC可以保證電氣控制成本投入得到有效的控制。同時,，臺達小型PLC靈活的控制程序設(shè)計,，大容量程序存儲，可以滿足用戶大量,、復(fù)雜的程序設(shè)計,，給用戶帶來靈活的設(shè)計體驗，體現(xiàn)了臺達小型控制器強大的控制和運算處理能力,，突顯了臺達HMI產(chǎn)品,、伺服產(chǎn)品、變頻器產(chǎn)品的易用性和實用性,。