基于PLC与伺服实现的七头钥匙机系统配置及控制方案

七头钥匙机是一种同时加工七把钥匙的设备。钥匙形状如图1所示，该钥匙有两面，每一面都有18个孔， 孔的排列如图2所示。这种类型的钥匙，孔的深度有三个规格，按照排列组合可产生出3亿把不同的钥匙，这使得钥匙重复率非常低。

一、系统配置及控制方案

系统具体配置见表一：

表一

名称规格型号数量

1工控机研祥1

2力控上位软件力控6.01

3PLCK406CN-24AR1

4伺服驱动器ED430-0157-AA2

5伺服驱动器ED200-AA7

6伺服驱动器ED430-0040-AA7

7伺服电机130D-0157-20AAA2

8伺服电机23S41-0650-803J7-AA7

9伺服电机60S-0040-30AAA7

10变频器SV32027

本系统用工控机通过MODBUS RTU协议分别跟Kinco PLC和台安变频器通讯，Kinco PLC则通过CAN总线控制Kinco伺服。该系统利用CAN总线的高通讯速率，从而可以快速地控制多台伺服的联动，达到了系统快速性的要求。系统控制方框图如图3所示：

在本系统中，工控机主要起到设置变频器频率，钥匙编码的生成和传输，通过PLC设置伺服的速度，并显示各伺服的实时坐标;PLC主要是通过CAN控制伺服的动作，同时也通过I/O点控制变频器的启停。

二、工艺流程与要求

1)工艺流程

图4

工作流程解析：首先启动有两个按钮，一个是蓝色的，一个是绿色的。蓝色按钮是按同一个序号编码加工钥匙;绿色是按下一个序号编码加工钥匙。按了启动之后，Z轴开始回到工作零点(自定义的)，到位后，X、Y轴也开始定位到第一个孔的位置，定位完成，旋转轴旋转设定的角度，完成后，Z轴开始钻孔，钻完一个孔后，X、Y轴继续定位，一直到钻完18个孔后，旋转轴将钥匙翻转180°，然后再重复之前打孔的流程，直到钥匙两面都打了18个孔，X、Y、Z轴回工作零点，旋转轴回到0°位置，钥匙加工完成。

2)工艺要求

1. 工控机方面：能实时显示X、Y、Z的坐标，可以自由设定孔间距、孔排距、孔深级差、各轴的速度，能从外部导入编码文件，并从组态画面自由的选择某个编码传输到下位机。实现多用户操作，分三个等级，分别有不同的操作权限。

2.定位功能：用户任意选定工作原点后，系统自动校正，以后运行时可以自动找原点;

3. 断电保护：上电后程序沿着断点继续向下运行;

4.同时控制功能：能够同时控制所有16套伺服按照工艺流程运行;

5.分别调整功能：每套伺服可分别单独手动校准;

6.每分钟可生产七把钥匙，其中X、Y、Z方向精度为正负0.02mm，旋转方向±20º旋转范围内精度±0.05º，可重复加工同一把钥匙;

三、实现方法

1.伺服系统： X、Y轴采用1.57KW的三相伺服(ED430-0157-AA和130D-0157-20AAA);

Z轴采用7套两相伺服(ED200-AA和23S41-0650-803J7-AA);

旋转轴采用7套400W的三相伺服(ED430-0040-AA和60S-0040-30AAA);

2.工控机：工控机通过PLC设置各个伺服的速度，显示伺服的当前位置和伺服报警信息，手动控制伺服和变频器的启停。利用数据库链接功能，通过导入数据库文件，从而可以从画面上直接读取数据库里面的数据，并且根据PLC的信号来传输到PLC。

3.伺服的联动：本系统最主要的动作就是要实现16个伺服的联动，而本方案采用了CAN总线，利用我们的智能型伺服不需要脉冲/方向控制的特点和它的总线功能，用PLC通过CAN通讯中的PDO报文来设置伺服的操作模式、控制字、速度、位置等参数，从而启动伺服的定位模式控制，同时也通过读取伺服的状态字来判断伺服是否定位到位，从而以该到位条件来互锁每个动作的执行，使得每个伺服能够很好的完成彼此之间的联动。

4.本方案做出的效果完全达到了客户的要求，精度达到了正负0.01mm以内，并且速度达每分钟7把钥匙。

四、总结

在本方案中，PLC与伺服之间采用了CAN总线通讯，这就大大提高了伺服的响应速度，比起采用脉冲加方向的控制方案，CAN总线方案大大减少了布线，提高了速度，简化了PLC的程序。

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