基于以太网伺服包边控制与管理系统设计

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【摘 要】 本文提出的结合以太网通讯技术，利用伺服技术进行包边控制，不仅能够完成包边工艺生产，而且利用生产管理系统实现信息共享。

【关键词】 以太网 包边 PLC 现场总线

在当今的工业自动化系统中，各个孤立的局部自动化子系统中的现场设备，类似PDOFIBUS、MODBUS、MECHATROLINK和CONTROLNET等现场总线现场通讯标准共存，各标准之间没有统一的接口互补兼容，形成我们经常称为信息孤岛。将现场总线和工业以太网技术、甚至无线网络技术集成在一起，已经成为欧洲和美国厂商的常用做法。与此同时现阶段现场设备自动化和办公自动化的网络系统相互独立，并未达到良好的融合，实现设备系统与设备系统间，设备系统与办公自动化子系统的融合已是所有用户的愿望。

1 伺服桌式包边机的简介

包边是指把经过翻边的外板折叠到180°，他可以提高零件外观，保证外表面的光整平滑，没有压痕、凹陷、凸包等缺陷，同时增加整体刚度和强度。

国内、外在门盖线生产主要是压力机模压包边、机器人滚边、液压桌式包边机。

主要通过伺服电机进行包边控制。机设备比较小、布置灵活，可实现零件自动输送、桌式包边机属于专机，效率较高，可以达到65--75JPH。成本比较低，并且更加节能、环保。

2 控制方案

以现场环境要求与设计原则为基础，提出基于以太网的伺服包边机控制与管理系统的架构，然后对主要元器件进行了选型，最终确定了本文所设计的控制与管理系统方案为：

（1）本课题提出了基于伺服电机驱动包边机控制系统，其核心是利用伺服电机通过丝杠连接，推动包边压刀机构运动，实现对包边精度的精确控制。

（2）针对伺服控制领域的种类繁多的通讯技术，提出以太网通讯模式的伺服控制模式；

（3）利用以太网现场IO通讯适配器采集现场设备状态，实现现场设备总线协议与办公网络通讯协议统一。

3 控制系统结构

控制系统利用罗克韦尔RSLogix5000系列的PLC通过以太网与罗克韦尔的K300系列的伺服控制器通讯，伺服控制器驱动伺服电机，然后伺服电机通过丝杠连接推动包边机构包边，其余现场IO利用1734-AENT模块系统与PLC通讯。

（1）控制系统结构框架

本控制系统主要由两控制系统构成，其分成两部分一层为数据信息层，主要完成设备的上位监视和控制，硬件设备通过标准的以太网连接上位监控计算机和工业触摸屏，采用直观的方式监视和控制车身线设备的运行状态。

下一层为设备的控制层，控制方案采用“集中控制，分布管理”的控制方式，控制系统采用一台PLC控制方式，现场所有信息和设备动作的控制，都是由本台PLC完成，此台PLC是伺服包边机控制系统的核心，现场所有信息都采用集中处理的方式；现场设备的管理和执行机构，都分布在设备现场，通过标准的工业以太网连接到控制系统中。（图2.4）

（2）系统设备组成

3.1 数据交换机

用于完成数据信息接转的通信设备。通过数据交换机可以连通数据通信网内任意两个数据终端进行通信，以有效地利用网内的通信设备和电话资源。

3.2 主控制器硬件

根据本文涉设计方案的的需要。本控制系统比较小，小型机即可满足需要。但要求其具备以太网通讯接口，有很强I/O扩展能力，能够和各种人机界面单元、伺服控制单元等工业控制设备配套简便。罗克韦尔CompactLogix控制器是目前比较合适的选择。CPU：1769-L32E

3.3 触摸屏部分

HMI是Human Machine Interface的缩写，人机界面是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。采用以太网通讯相对于传统串口通讯，不受通讯距离的，可以使HMI更加接近现场。本系统采用AB VersaView 1000彩色触摸屏。

3.4 远程IO系统硬件

罗克韦尔POINT I/O系列具有适合于灵活及低成本应用场合的模块化i/O，是实现控制系统设计和操作的关键。本系统采用Ethernet/IP适配器AB 1734AENT。

3.5 伺服电机驱动控制部分

Kinetix300系列

驱动器简洁有力，能够快速、轻松、经济的，其单轴驱动足以满足伺服包边的要求，与此同时其具有以太网通讯模块，很容易和PLC通讯，便于现场调试和维护。

参考文献：

[1]钱晓龙.循序渐进Kinetix集成运动控制系统[M].北京：机械工业出版社第1版.2008-7-1.

[2]Rockwell Automation.具有以太网的伺服驱动系统使通讯网络畅通无阻[J].北京：现代制造.2010（41）.