台达10MC在变压器铁芯横剪线上的应用

1  前言

       华东地区一直是电工装备设备使用大户，特别是变压器铁芯制造业。在国内也不乏有电工装备的制造企业，但在全伺服电动数控横剪线方面，与国外同行相比还较落后，尤其是装备于电力变压器铁芯制造的400型、600型、甚至900型的变压器铁芯横剪线。这些年随着国内对电力行业的大力投入，电力设备行业一直处于上升态势，很多企业已经看好未来的市场，纷纷采购大型的变压器横剪线来装备自己，从目前国内变压器铁芯加工行业近年来对横剪线的需求来看，液压横剪线、气动横剪线都因存在诸多的设计缺陷被逐步淘汰，而进口的加拿大MTM线、德国乔格线等价格太高，一般捉襟见肘的中小型企业无法承受。

        目前，台达通过与设备厂商深入合作，开发出了全伺服硅钢片横剪线，通过采用10MC运动控制器与高速CANOPEN总线控制、台达A2系列伺服，使设备的精度与速度都达到或超过行业内的标准。并且在控制架构上，由于采用总线控制，当客户的设备需要有更多工位时，可以在不增加控制器成本的情况下，使全套设备升级，具有极高的可扩充性、灵活性与性价比。

2  设备结构及工作原理

设备结构如图1所示。

图1 设备图

       此设备用于变压器铁芯的定长裁切，将成卷的硅钢带裁切成一定长度一定形状的硅钢片。设备组成部分（见图1）包括放料机构、送料单元、45度角裁切、135度角裁切、冲V形孔、轨道位置调整，另外，0度切和圆孔冲为选配。

       此设备全线采用单边定位、可全自动调宽。设备裁切出来的各种形状的成品，通过相应的叠装法，组合成变压器铁芯的半成品，如图2所示。

图2 铁芯的生产过程

                                 图3 45度与135度裁切                            图4 冲V形孔

       设备工作时，用户首先选择想要裁切的硅钢片形状，并输入相关参数，起动设备，PLC先会根据参数计算出各工位的动作顺序及每一步的送料长度，然后再动作。

       设备的生产过程，本质上来说，属于“停剪”，即先用伺服拖动送料辊，送出相应长度钢带，然后，送料停止，气缸压紧钢带，再让剪切工位动作，让伺服带动切刀上下切一次，将料切断，再送料，周而复始。

       剪切固定形状的硅钢片，较为简单。我们在10MC程序中固化了几种常用的片型形状，客户选择后，输入不超过4个参数，设备就可裁切出符合要求的硅钢片。

       此设备控制的真正难点在于，如何实现裁切客户多种“非标准”片型。

3  电气架构及选型说明

       通过详细了解客户设备的工艺（目前的设备为2剪1冲,配了5颗伺服），我们给客户配置了以下产品：PLC: DVP10MC11T+16SP11R×2、人机界面DOP-B10S615、ASDA-A2-M伺服2kW×5、CANOPEN专用电缆与终端电阻以及其它电气配件。

图5 控制架构图

4  部分程序说明

       设备工作前，首先要设好系统参数，主要是机械相关参数。

图6 系统参数界面

       之后，要设置好设备上已装好了的各工位相对位置，这里的参数非常重要，决定设备的裁切精度，及各工位工作时的先后顺序。

图7 刀具偏移量界面

       设备系统参数设定好后，就可以正常生产了。首先，选择片型，并设好硅钢片原料的宽度。如图8所示，然后输入加工的长度及片数，按下启动按钮后，设备生产开始。

图8 加工长度及片数设置界面

       上文中提到，如果客户想要生产非标准片型，怎么办？在这里，我们为客户提供了可供其自由编辑动作步骤的画面，如送料多少，然后，哪把切刀动，再送料多少，再动哪把切刀等等。

       每个客户自定义的片型有50步加工程序，HMI中一共可存80组片型的数据，并且可以给每个片型起名。实现这个功能是利用了台达屏的配方功能。如图9所示。

图9 程序编辑界面

       在屏的程序里，我们已将为设备日后升级成“3剪2冲”做了准备（多了零度切和圆孔冲），这样，不管客户设备的配置如何，操作界面是统一的，方便操作人员的使用。

       10MC处理上面的用户自定义片型的方法是：通过将配方从HMI调回PLC，再通过相应运算（由子程序完成），将数据算好，然后由主程序调用。

图10 PLC程序

点动调机主要用于设备初期调试与后期的故障排除，如图11所示。

图11 点动调机界面

5  PLC程序说明

       10MC使用双CPU控制，一个CPU执行运动控制程序，用CANOPEN BUILDER软件编程；一个CPU为标准PLC，用台达WPLSOFT软件编程，两个CPU之间通过共用的数据交换区交换数据（D6000到D6476）。

       根据10MC自身的特点，在编程时，我们将控制A2伺服的程序编写在运动控制程序中，共有5个子程序（任务），分别是CFC1-SON(控制伺服使能及原点初使化)，CFC-JOG(在点动调机时，控制各伺服)，CFC03-MAIN（设备正常工作时，控制并协调各伺服的动作），CFC04-STOP(保护功能)，CFC05-READ(将伺服的当前位置及速度等相关参数读回，并传给PLC程序控制相关气缸)。

图12 控制程序界面

       PLC部分的程序主要是运算和逻辑处理，让运动CPU与普通PLC CPU分工处理设备的程序，使程序结构清晰，调试方便。

       图13中的PLC程序为点动调机功能，通过触发相关位信号（如M171,M172等等），并通过公共数据交换区（这里是D6252，D6253）将信号传给运动控制CPU，然后运动控制CPU再解析每个位的作用，控制相应伺服（如上图用的是MC MOVE VELOCITY指令）。

图13 点动调机功能实现程序

6  伺服调试简要说明

       台达A2伺服具有很多工作模式，本文中选择的是其CANOPEN控制模式，通过DS402协议控制伺服运转。由于是采用通讯，参数设置主要为增益参数（本文中使用的是半自动增益调整，频宽40，开启共振抑制P2-47=1）、通讯参数（P3-00到P3-09）。如果现场对通讯的干扰大时，可将通讯参数P3-09的个位数由小调大，并正确使用终端电阻，可解决此问题。

7  结束语

       经过调试，该设备性能达到同行业领先水平。由于采用了CANOPEN控制架构，接线少，程序以模块化编辑，方便升级。送料，冲、剪都采用台达A2系列高响应伺服电机驱动，高效、低噪音。后续此机型可能配置更多的伺服（最多10颗），这样10MC控制器的省配线及成本的优势就更能显现出来。

作者简介：

        张根军，出生于1981 年 10 月，毕业于江苏技术师范学院机械制造与自动化教育专业，现就职于台达股份有限公司南京分公司，主要专注于台达自动化产品在江苏市场的技术支持工作。