激光連續落料線電控方案初探

李 超，石 磊，毛玉俊，徐 寧

（江蘇亞威機床股份有限公司 卷板事業部，江蘇 揚州 225200）

激光連續落料線是由開卷校平單元、激光切割單元、輸送堆垛單元等多個子單元集成。其中開卷校平單元是將卷料恒張力開卷校平后以板帶的形式連續輸送到緩沖坑區，激光切割單元的引料裝置將板料從緩沖區連續輸送到激光切割區域，激光切割單元由CNC 多軸聯動的激光切割頭以及隨動皮帶組成，保證激光頭在兩段隨動皮帶的接縫處對板料進行切割，切割出的小規格的廢料直接在皮帶接縫處掉入廢料箱，成品及大規格的廢料由輸送帶輸送到堆垛單元，由多關節機器人配合線陣及面掃相機的視覺控制篩選拾取出成品料片后放到碼垛臺上堆垛成成品料堆。

1 電控系統方案描述

1.1 開卷校平單元

開卷校平單元電控系統由PLC、HMI、IO 模塊、變頻器、傳感器、能源介質、PN/PN Coupler、以太網交換機等設備組成?？刂破髋cIO 及變頻器之間采用Profinet 總線網絡通訊，操作按鈕、傳感器元器件將開關量、模擬量等控制和反饋信號通過IO 模塊傳送給PLC，PLC 內部的邏輯化程序對信號處理后控制液壓閥、氣閥、電機等執行元器件動作，而其中核心設備的主傳動更是靈活使用變頻器的轉矩、VF、矢量等多種控制方式，從而實現了該單元的恒張力開卷、引料、清洗、校平等多種加工工藝。其網絡拓撲結構如圖1 所示。

圖1 開卷校平單元網絡拓撲

1.2 激光切割單元

激光控制單元以西門子840D SL 數控系統為核心，集成結構緊湊、高功率密度的SINAMICS S120 驅動系統從而控制多達27 個伺服軸，并建立了雙通道來對兩組龍門軸進行高響應的運動插補控制和激光頭的隨動控制。該系統在內部集成了一種CNC 高級語言，提供了很高程度的編程自由，且可實現CNC與PLC 之間數據的高效交換。

在此基礎上還結合了SIMATIC S7-300 PLC 系統，對復雜的外圍的設備進行控制，如水冷機、除塵機的開關控制、氣體壓力的比例調節和激光頭功率的PWM（脈沖寬度調制）控制。此外，激光切割系統主要采用IPG 的激光發生器和普雷的激光頭，在切割過程中通過調焦器ADAPTER 實現自動調焦，通過調高器EG8030 實時反饋的電壓信號來保證割嘴間隙的高度從而保證隨動控制的可靠性。

對于加工方面，專門研發了針對雙激光頭的CAM 軟件，實現工件CAD 圖形的導入，自動套料排版、生成加工程序的系統管理，大大提高了系統的柔性化。

1.3 機器人視覺抓取堆垛單元

堆垛系統包括PLC 邏輯控制單元、輸送器傳動單元、相機智能識別和KUKA 機器人抓取單元四個部分。其中PLC 邏輯控制單元通過PN/PN Coupler實現與激光系統的通訊，獲取板料的加工信息，并通過配置在輸送器末端的編碼器測算板料的實時位置來觸發同步信號給機器人。此外PLC 還通過PN 總線通訊進行抓取板料時的抽真空處理和碼垛小車的變頻控制等輔助動作。當機器人收到同步信號，且板料進入同步區后，機器人按照示教器示教的曲線對零件進行同步抓取。與此同時，智能相機通過對零件的固定姿態拍照并與參考的姿態做對比計算出零件位置和旋轉角度的相對變化，最后在機器人下料過程中加以修正并加以隨高等功能從而實現板料碼垛的整齊性。

圖2 激光切割單元網絡拓撲

圖3 視覺機器人抓取堆垛單元網絡拓撲

圖4 各單元間數據接口

1.4 各單元間數據接口

數控單元和開卷單元或機器人單元之間的工藝接口按照信號的傳遞方向可劃分為6 類：

（1）開卷單元（PLC）→數控單元（NC）工藝接口：板料信息、開卷送料執行結果。

（2）數控單元（NC）→開卷單元（PLC）工藝接口：開卷送料執行信號、開卷送料速度信號。

（3）開卷單元（PLC）→數控單元（NC）工藝接口：設備信息。

（4）數控單元（NC）→機器人單元（PC）工藝接口：板料信息、數控軸當前位置。

（5）機器人單元（PC）→數控單元（NC）工藝接口：堆垛狀態加工結果。

（6）數控單元（NC）→機器人單元（PC）工藝接口：設備狀態。

通過使用TCP、S7、Profinet 等，基于工業以太網的通信方式完成各個單元之間的工藝接口數據的交換任務。

2 結束語

本文對激光連續落料線的電控系統進行了初探，首先講述了各子單元的電控系統組成、核心控制方法以及該單元下各子設備間的網絡拓撲結構，然后對各個單元間的數據接口組成進行了簡單規劃與介紹。激光落料線作為一種新型的加工生產線，其柔性化的加工過程在適應現代汽車對高強度鋼、鋁合金的加工要求的同時也滿足了現代汽車快速換型以及小批量試制的要求，具備較為廣闊的發展空間。