1，概述：

傳統(tǒng)的基于柔性加工系統(tǒng)的方案采用數(shù)控加工中心的方式，設(shè)備制造商購買數(shù)控產(chǎn)品制造商的數(shù)控設(shè)備來進(jìn)行開發(fā)。這對(duì)某些產(chǎn)量小，附加值低的機(jī)器設(shè)備的成本控制造成挑戰(zhàn)。所以普通機(jī)床制造商希望有一個(gè)性價(jià)比高的控制系統(tǒng)。

CANopen是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network)的簡稱，它是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線，具有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、通訊可靠性和實(shí)時(shí)性,簡單實(shí)用,網(wǎng)絡(luò)成本低。特別適用于機(jī)械加工控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。

CDE3000伺服是德國路斯特公司的一款伺服驅(qū)動(dòng)器，在機(jī)床行業(yè)有了廣泛的應(yīng)用，標(biāo)配CANopen接口。 PLC+總線控制+伺服驅(qū)動(dòng)器模式是進(jìn)行開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。

數(shù)控鉆床上配置三個(gè)伺服電機(jī)，分別控制左右方向，前后方向和旋轉(zhuǎn)方向的運(yùn)動(dòng)。其中左右方向的伺服帶動(dòng)鉆床的鉆頭進(jìn)行鉆孔，前后方向和旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行工件的位置移動(dòng)。根據(jù)加工產(chǎn)品的不同，工件上鉆孔的位置，大小以及排列方式都是可以改變的。這些參數(shù)可以在觸摸屏上直接修改，同時(shí)還可以通過PLC的程序進(jìn)行保護(hù)和錯(cuò)誤報(bào)警。該系統(tǒng)是要求伺服電機(jī)進(jìn)行位置控制，需要建立原點(diǎn)坐標(biāo)。位置精度達(dá)到0.001mm，傳統(tǒng)的采用脈沖方式實(shí)際上是一個(gè)半閉環(huán)的控制模式，無法保證機(jī)械對(duì)應(yīng)的加工精度，如果增加測長編碼器勢必增加電氣和機(jī)械的成本。所以采用通信的方式來達(dá)到精度控制的要求是一個(gè)合理的選擇。

本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是依照數(shù)控鉆床的工藝要求，在三維坐標(biāo)里面進(jìn)行絕對(duì)坐標(biāo)下的位置控制，在盡量提高效率的前提下最大程度地保證機(jī)器的安全性。我們采用CANopen通信方式控制3臺(tái)LUST伺服驅(qū)動(dòng)器配置數(shù)控鉆床的電氣控制。在三個(gè)軸上安裝原點(diǎn)傳感器，建立原點(diǎn)坐標(biāo)，依照坐標(biāo)體系來完成控制要求。

2，硬件配置

HMI：人機(jī)操作界面，工藝更改的一些參數(shù)通過HMI輸入到PLC。

上位PLC：CANopen通信的主站，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心。

伺服驅(qū)動(dòng)器：CANopen通信的從站，接收來自上位PLC的控制命令，執(zhí)行具體的動(dòng)作；反饋給上位命令的執(zhí)行情況，電機(jī)的工作狀態(tài)。

伺服驅(qū)動(dòng)器的CANopen接口是X5端口，其接線定義如下。

CANopen通信的硬件配置從圖上可以看到，只需要三根數(shù)據(jù)線，現(xiàn)場配線是非常方便的，即使現(xiàn)場的硬件上出現(xiàn)了問題，也是比較容易診斷的。

3，軟件配置及編程

采用CANopen協(xié)議的控制伺服驅(qū)動(dòng)器，是通過PDO和SDO這兩種方法來實(shí)現(xiàn)的，
SDO 用來在設(shè)備之間傳輸大的低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)，用來設(shè)置CANOPEN網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備參數(shù)。
PDO 用來傳輸8字節(jié)，沒有其它協(xié)議預(yù)設(shè)定（意味著數(shù)據(jù)內(nèi)容已預(yù)先定義）。

采用CANopen通信，首先要把驅(qū)動(dòng)器的EDS文件導(dǎo)入CANopen的配置程序，結(jié)合驅(qū)動(dòng)器的工作方式配置所需要的PDO，得到所需要的控制字，狀態(tài)字，給定位置和實(shí)際位置的字。然后導(dǎo)入PLC程序，這就打開了上位機(jī)控制伺服驅(qū)動(dòng)器的大門。

驅(qū)動(dòng)器的CANopen通信配置過程，需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)器的控制模式，站點(diǎn)，波特率等參數(shù)，并且查看驅(qū)動(dòng)器的調(diào)試軟件，驗(yàn)證CANopen通信是否建立。如下圖：

對(duì)于CDE3000伺服控制器的邏輯控制，例如啟動(dòng)，停止，暫停功能，是通過PDO中的命令字結(jié)合狀態(tài)字來實(shí)現(xiàn)的，而對(duì)伺服的內(nèi)部參數(shù)的改變，例如位置，速度，PID參數(shù)等，是通過SDO來實(shí)現(xiàn)的。

在上位機(jī)里面靈活的編寫程序，通過命令字直接地對(duì)伺服進(jìn)行，通過狀態(tài)字直接的對(duì)伺服的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，以達(dá)到工藝的動(dòng)作要求。CDE3000內(nèi)置PLC功能，驅(qū)動(dòng)器可以依照內(nèi)部PLC程序來完成一些智能化的動(dòng)作，在一些如下圖：

4,系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

通過對(duì)數(shù)控鉆床工藝的控制實(shí)現(xiàn)，我們可以歸納出該系統(tǒng)的一些特點(diǎn)：

強(qiáng)大的功能，對(duì)于CDE3000 來說，尋找原點(diǎn)的動(dòng)作，坐標(biāo)系統(tǒng)的建立和正負(fù)限位對(duì)機(jī)器的保護(hù)，驅(qū)動(dòng)器自行完成，這樣簡化了上位環(huán)節(jié)，更直接，更安全地達(dá)到了滿足了工藝的要求。

人性化要求：左右方向，旋轉(zhuǎn)方向，前后方向?yàn)閿?shù)控鉆床的三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)方向，分別達(dá)到對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)體系。在建立原點(diǎn)坐標(biāo)以后，每個(gè)動(dòng)作的加速度，減速度，目標(biāo)位置，目標(biāo)速度，加減速曲線等參數(shù)都是可以編輯的，這樣每個(gè)動(dòng)作都是可以通過CANopen通信設(shè)定的，最大化地滿足現(xiàn)場工藝的需要。同時(shí)建立正向和負(fù)向限位，保障伺服電機(jī)在運(yùn)行過程中不超過限位開關(guān)，保護(hù)機(jī)器的安全。在編寫程序的時(shí)候進(jìn)行全面的動(dòng)作互鎖，保證機(jī)器在運(yùn)行中的安全。

精度要求，達(dá)到0.001mm。通過選擇合適的原點(diǎn)定位方法和設(shè)置合適的PID參數(shù)，我們的產(chǎn)品能滿足客戶的要求。LUST伺服是完全開放的伺服系統(tǒng)，內(nèi)部調(diào)節(jié)器的參數(shù)是完全公開的，我們可以進(jìn)行最大程度的優(yōu)化調(diào)節(jié)。而且內(nèi)部的PID參數(shù)可以通過CANopen進(jìn)行修改，那么在不同的工作狀況下，我們可以設(shè)置相應(yīng)的PID參數(shù)，以更好的滿足工藝的要求。

動(dòng)作要求，在左右方向帶鉆頭的軸上，要求在不同的位置要有不同的速度，但是相鄰的兩段位置之間切換時(shí)速度不能為0，即要求運(yùn)行中切換。

其中梯級(jí)的圖線為速度曲線，速度曲線有明顯的分階段變化，藍(lán)色的曲線為位置曲線。結(jié)合兩個(gè)曲線來看，在進(jìn)行位置控制的時(shí)候可以自由切換速度而不用停止電機(jī)。通過CANopen 通信可以很容易地在觸摸屏上更改不同階段的位置和速度。

另外，在實(shí)際使用的過程中，旋轉(zhuǎn)方向的軸是一直朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的，隨著加工產(chǎn)品的數(shù)量的增加，軸的實(shí)際位置就可能溢出雙字的范圍。CDE3000具有“旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)”的功能，即工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周后CDE3000可以自動(dòng)復(fù)位內(nèi)部位置值，這樣就簡化上位的程序編寫，同時(shí)避免出現(xiàn)累計(jì)誤差。

旋轉(zhuǎn)變壓器反饋。機(jī)床加工行業(yè)，一般都有冷卻液和潤滑油，光電編碼器會(huì)明顯地受到影響，旋轉(zhuǎn)變壓器作為反饋元件不受此種影響；此外，旋轉(zhuǎn)變壓器地抗干擾特性在機(jī)械振動(dòng)較大的環(huán)境下也能可靠運(yùn)行。

安全要求，在運(yùn)行過程中，通過正負(fù)限位，緊急停止開關(guān)以及程序內(nèi)部的判斷這三個(gè)部分對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。在警報(bào)發(fā)生以后，需要重新給定啟動(dòng)命令才能運(yùn)行，例如在自動(dòng)運(yùn)行過程中按下緊急停止開關(guān)，驅(qū)動(dòng)器將停止輸出并保持停止?fàn)顟B(tài)直到再次給出啟動(dòng)信號(hào)以后，驅(qū)動(dòng)器才能重新激活。這樣就能最大程度地保護(hù)操作人員的安全。

結(jié)論

本文通過LUST伺服控制器和上位PLC的組合來完成一個(gè)數(shù)控鉆床的運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)，證明了LUST伺服在機(jī)床上應(yīng)用的良好適應(yīng)性，經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)際使用，證明本系統(tǒng)安全，可靠，性能良好。

從上面的部分可以看出來，LUST驅(qū)動(dòng)器采用CANopen通信的方式來裝配機(jī)械設(shè)備，具有明顯的優(yōu)勢：系統(tǒng)簡練，開發(fā)使用簡單靈活，接線少，系統(tǒng)可靠，批量生產(chǎn)容易，可復(fù)制性強(qiáng)。