西门子PLC模块6ES7511-1CK01-0AB0

1  引言
    管材塑性加工是以管材作毛坯，通过塑性加工手段，制造管材零件的加工技术。管材塑性加工由于容易满足塑性成形产品轻量化、强韧化和低耗高效、**制造等方面的要求，已成为**塑性加工技术面向21世纪研究与发展的一个重要方向。

2  数控弯管
2.1 弯管工艺
    实践中有许多不同的弯管工艺，从不同的角度出发可以有多种不同的分类。工程中通常按弯曲时加热与否可分为冷弯和热弯，根据弯曲时有无填充物可分为有芯弯管和无芯弯管。 无模弯曲成形是指管材弯曲变形区不直接受到模具的作用，终的形状由工具和工件的相对运动决定，属于高度灵活的柔性加工手段。有模弯曲成形是指通过刚性模具直接作用于弯曲变形区而进行的管材弯曲，要求此刚性模具作用部分尺寸可以补偿制件卸载后发生的弯曲回弹，属于可重复性高而且快速的加工手段。管材弯曲的几种新工艺包括热应力弯曲；基于工具运动控制的无模弯曲；叠加法弯曲；数控机床绕弯等等。
2.2 数控弯管
    数控弯管将管材夹紧在弯曲模上，随弯曲模一起转动，当管材被拉过压块时，压块即将管材绕弯在弯曲管上，属于成形模弯曲工艺。传统绕弯工艺多是手工绕弯，效率低，质量难以保证。随着数控机床业的发展，采用**的数控弯管机床实现绕弯工艺，可以大大地提高生产效率，保证产品的质量。由于可以方便地调节工艺参数，因此数控弯管机可以既准确又稳定地完成弯曲、送进、转角等动作，保证了管制件的弯曲准确度。数控弯管机可以自动连续地成形不同曲率半径的空间弯曲件。结合相应的数据库软件系统，控制程序还可以预先修正弯曲回弹量。但是该工艺的模具结构(见图7)比较复杂，制件质量对工艺参数敏感，要求有充分的前期准备和试制工作。尤其是对于弯制薄壁管制件的情况，如果工艺参数选择不当，则很容易出现起皱现象导致零件甚至是模具的报废。如何高效准确地获取这些工艺参数，充分保证弯管产品质量，是数控绕弯工艺的研究热点。

3  数控弯管系统
3.1系统组成
    基于台达机电一体化平台的数控弯管设备共有六个运动轴系，工艺要求其中两轴需要直线插补，两轴需要圆弧插补，其它两轴没有特别的要求。plc控制器选择的是32eh00t2和20pm00d，显示部分选择的是10.4寸触摸屏dop-ae10thtd1，如附表所示。

附表  数控弯管系统配置

3.2 20pm运动控制器
    弯管控制系统核心由台达运动控制器dvp-20pmmood构成。台达dvp-20pm00d是一款具有运动控制专用功能的可编程控制器。dvp-20pm00d的大特点是plc主机直接提供电子凸轮功能，或者说dvp-20pm00d是内置电子凸轮功能的plc，所以有些场所直接称呼dvp-20pm00d为台达20pm运动控制器。20pm具有2路500khz的输入与输出，在电子凸轮功能中定义x轴为从轴，编码器输入轴为主轴，当定义好cam table后，从轴依据定义的曲线跟随主轴运动。采用高速双cpu结构形式，利用独立cpu处理运动控制算法，可以很好地实现各种运动轨迹控制、逻辑动作控制，直线/圆弧插补控制等，数控弯管机正是利用了20pm运动控制器的电子凸轮功能解决复杂运动轨迹控制问题。

4  20pm数控弯管编程设计
4.1 弯模模式
    根据弯管加工要求，开发了两个弯管工艺模式，参见图1所示。

 图1  弯管模式

4.2 工艺流程
    设备分手动和自动模式，手动模式下主要是包括设备回原点、悬臂定长前进/后退、悬臂定长上升/下降以及弯短管时的手动弯模。
    设备的自动流程分a模式和b模式，分别对应下面的a流程和b流程，流程之间的切换通过人机来完成。见图2、图3，在具体实施中，plc为主控制器，用来控制流程的选择和跳转等，同时通过plc给pm命令，以完成pm所担负的工作。

图2  弯模a模式流程图

图3  弯模b模式流程图

4.3 渐开线坐标计算
    由于20pm自身不支持渐开线方式的插补功能，所以在具体实施中，将渐开线按照弯曲的角度分成多点，通过人机计算出每点的坐标，后pm通过做直线插补来实现用户要求的功能。当时给出的具体渐开线方程：
    x=(r+h)×sinα+(l-α×r)×cosα
    y=r-(r+h)×cosα+(l-α×r)×sinα
    其中l，r，h都为常量，可以通过人机设定。
    在计算时，为了预防编写的宏指令对人机的执行速度造成影响，通过画面cycle宏来实现坐标的计算，这样就不会影响到人机其它页面的操作速度。下面是编写的宏指令：
    bmov($88, (2@d664), 2)
    bmov($90, (2@d144), 2)
    ## x=(r+h)*sinθ+(l-r*θ)cosθ
    ## y=r-(r+h)*cosθ+(l-r*θ)sinθ
    #初始化运算
    if $58 <= $m56 (signed dw)
    $112 = sin($58) (signed dw)   
    $116 = cos($58) (signed dw) 
    $66 = fcnv($58) (signed dw)
    $60 = fcnv($m50) (signed dw)
    $62 = fcnv($m52) (signed dw)
    $64 = fcnv($m54) (signed dw)
    $120 = fdiv($66, 180.0) (signed dw)
    $124 = fmul($120, 3.14) (signed dw)
    $128 = fmul($124, $62) (signed dw)
    ##r+h
    $108 = fadd($62, $64) (signed dw)
    ##l-r*θ
    $132 = fsub($60, $128) (signed dw)
    ##(r+h)*sinθ
    $136 = fmul($108, $112) (signed dw)
    ##(l-r*θ)cosθ
    $140 = fmul($132, $116) (signed dw)
    ##(r+h)*cosθ
    $144 = fmul($108, $116) (signed dw)
    ##(l-r*θ)sinθ
    $148 = fmul($132, $112) (signed dw)
    ##开始计算
    ## x
    $152 = fadd($136, $140) (signed dw)
    ## y
    $156 = fsub($62, $144) (signed dw)
    $160 = fadd($156, $148) (signed dw)
    ##角度自加一
    $58 = $58 + 1 (signed dw)
    ##转成整数并存储
    $164 = icnv($152) (signed dw)
    $168 = icnv($160) (signed dw)
    $170 = $88 - $164 (signed dw)
    $172 = $90 - $168 (signed dw)
    *$200 = $170 (signed dw)
    *$900 = $172 (signed dw)
    $200 = $200 + 2 (dw)
    $900 = $900 + 2 (dw)
    elseif $58 < 120 (signed dw)
    $58 = $58 + 1 (signed dw)
    *$200 = 400 (signed dw)
    *$900 = 400 (signed dw)
    $200 = $200 + 2 (dw)
    $900 = $900 + 2 (dw)
    else
    ##赋值给pm，并重新初始化
    bmov((2@d3000), $500, 240)
    bmov((2@d3600), $1000, 240)
    $58 = 0 (dw)
    $200 = 500 (dw)
    $900 = 1000 (dw)
    setb $50.0

本文主要介绍了台达机电产品和CANopen总线产品通讯整合应用，着重说明了台达CANopen总线产品在工业现场总线通讯整合应用中的应用技术特点和技巧，体现了台达自动化产品强大的功能和整合应用技术方案优势。

关键字：CANopen总线 Modbus

前言：近年来，现场总线技术在愈来愈多的工业现场得到良好的应用，国外多家自动化厂商相继推出了现场总线类产品，为了适应工业自动化产品技术发展的需要，满足众多客户现场总线应用需求，台达也推出了CANopen总线产品，支持台达全系列自动化产品，同时支持自定义设备，可以支持其他厂商产品接入CANopen总线。

本项目就是利用台达CANopen总线和台达其他自动化产品整合应用，基于CANopen现场总线通讯协议，达到高速通讯响应的控制要求。

控制系统技术方案配置：详见下表

序号

元件名称

型号规格

数量（台）

备 注

1

人机界面

DOP-AE10THTD

1

10.4”

2

PLC主机

DVP28SV11R

1

16K Step

3

CANopen主站

DVPCOPM-SL

1

SV左侧高速扩展

4

CANopen从站

IFD9503

5

CANopen/Modbus

5

变频器

VFD007B21A

1

750W，单相220V

6

变频器

VFD007M21A

3

750W，单相220V

7

变频器

VFD004S21A

1

400W，单相220V

上述表格仅列举出技术方案主要元器件，此外还包括121Ω终端电阻以及其他通讯连接电缆等辅助器件，此处均不予赘述。

控制系统原理框图简要介绍：

采用CANopen现场总线作为通讯介质，主要为了实现多从站大量数据高速通信响应和提高通讯稳定性，和传统Modbus通讯协议比较，CANopen总线通讯协议有质的飞跃，数据通讯不再受到Modbus轮询方式的制约，大大提高了主从站之间的大量数据通讯响应速度和稳定性。

人机界面通过RS485和主站28SV PLC连接，28SV左侧高速并行接口连接CANopen总线主站模块DVPCOPM-SL，5台CANopen总线从站模块IFD9503分别连接5台台达变频器，系统实现人机输入频率和启停命令，实时显示变频器输出频率、电流、电压等参数数值。

控制系统原理框图：

人机界面画面如下：

人机界面可以实现：分别设定5台变频器给定频率和启动、停止运转信号；可以分别显示5台变频器运行参数数据，包括输出频率、输出电流、输出电压等等。

人机界面模组参数设置介绍如下：

CANopen总线产品配置说明：

1、CANopen网络主站模块（DVPCOPM-SL）硬件设置如下：

a、CANopen网络主站模块地址设置为2；

b、CANopen网络从站模块地址分别设置为：4，6，8，10，12；

3、CANopen网络从站模块IFD9503连接变频器参数分别设置如下：

a、VFD007B21A参数设置如下：

参数

设置值

说明

02-00

04

主频率由RS-485通讯界面操作

02-01

03

运转指令由通讯界面操作，键盘STOP操作有效

09-00

01

VFD-B系列变频器的通讯地址01

09-01

03

通讯传送速度Baud rate 38400 bps

09-04

03

MODBUS RTU模式，资料格式

b、VFD007M21A参数设置如下：

参数

设置值

说明

P00

03

主频率输入由串行通讯控制（RS-485）

P01

03

运转指令由通讯控制，键盘STOP操作有效

P88

01

VFD-M系列变频器的通讯地址01

P89

03

通讯传送速度Baud rate 38400 bps

P92

03

MODBUS RTU模式，资料格式

c、VFD004S21A参数设置如下：

参数

设置值

说明

02-00

04

主频率由RS-485通讯界面操作

02-01

03

运转指令由通讯界面操作，键盘STOP操作有效

09-00

01

VFD-B系列变频器的通讯地址01

09-01

03

通讯传送速度Baud rate 38400 bps

09-04

06

MODBUS RTU模式，资料格式

4、CANopen网络从站模块IFD9503和变频器Modbus通讯电缆如下

5、CANopen网络主、从站模块软件设置如下：
a、Delta CANopenBuilder总线组态软件在线扫描结果如下：

b、Delta CANopenBuilder总线组态软件主站模块参数地址映射如下：

c、Delta CANopenBuilder总线组态软件从站模块参数地址映射如下：

d、Delta CANopenBuilder总线组态软件从站模块PDO配置如下：

PLC控制程序简要说明：

上述画面是一台变频器参数写入和过程数值读出的程序，其他4台控制程序大体相同，注意不同变频器PDO映射地址区别