MPC2810运动控制器在数控火焰切割机电气控制改造中的应用 - 图文

MPC2810运动控制器用于 数控火焰等离子切割机数控系统改造

陈尚兵 张广升 鲁世栋 张 新

山东莱芜煤矿机械有限公司 莱芜市凤城西大街329号 271100

摘要 针对数控火焰等离子切割机FAGOR 8040 CNC数控系统由于主板腐蚀老化导致系统不稳定，故障频繁的问题，使用MPC2810运动控制器，配以国产SM-2810数控切割控制软件进行数控系统改造，介绍其硬件安装和软件配置及电气原理图的改造。

关键词 MPC2810运动控制器 数控火焰等离子切割机 电气改造 数控系统 PLC 一、数控改造背景

WKQ系列数控火焰等离子切割机是山东莱芜煤矿机械有限公司于2002年购进，是由上海船舶工艺研究院设计研制生产的。该数控切割机采用西班牙FAGOR8040 CNC数控系统控制，配以欧姆龙PLC，经过二次开发增加一些辅助功能运用。自我公司投入使用近十年来，从2009年开始发生故障，分析是由于主板腐蚀老化，部分电器元件已到寿命损坏造成，导致系统工作不稳定，经常出现死机、黑屏等现象。曾经多次去北京发格公司维修，维修一次费用在2万元左右，且质保期为三个月，故障频发，维修效果不明显。因此，我们公司决定进行数控系统改造，一是摆脱厂家束缚，降低维修成本，不耽误正常生产任务；二是通过改造，锻炼员工技术能力，提高技能水平。

二、改造方案

改造前该数控切割机主要是由数控系统、机械部分、伺服系统、等离子电源等四大部分构成。由于该设备机械性能精度、伺服系统、PLC电气控制较好。因此决定对数控系统全面更新改造，采用工业控制计算机（工控机）、运动控制卡、I/O输入输出卡和数控切割控制软件即可彻底完成改造，达到我们使用要求。 1、 硬件方面 如图1

（1）增加MPC2810运动控制卡、P62-02转接板、继电器、连接电缆； （2）安装有WindowsXP操作系统的工控机（PC），具PCI插槽； （3）保留伺服驱动器和伺服电机； （4）保留等离子电源、电流控制器。 （5）原操作台数控系统、磁盘机去掉。

X/U轴驱动器Y轴驱动器TH4400电源运动控制卡阀控器阀控器电流控制器YBASMSMU数控火焰等离子切割机XSMP62-02转接板工业PC

2、软件方面（MPC2810驱动程序安装、SmartMove切割控制软件安装） （1）MPC2810软件安装

由于操作系统Windows XP支持即插即用，当MPC2810卡正确插入PCI插槽，操作系统启动后将会自动检测到PCI卡，此时可按照以下步骤完成驱动程序安装。

（a）系统检测到MPC2810后会提示找到“Unknown PCI Device”，此时单击“取消”。 （b）运行安装盘根目录下的MPC2810安装程序，跟随安装向导单击“下一步”，直到完成。

安装完成后，将在安装目录（默认安装目录为\\Program Files）下自动生成“MPC2810”文件夹，其目录树如下图所示：

图2 MPC2810目录结构

（2）SmartMove切割控制软件安装

(a) 工控机要求先装好Windows XP操作系统； (b) 再安装数控套装软件。 插入安装U盘后，运行U盘上的 \\smCut_Setup 目录下的 Setup.exe ,等弹出安装对话框后，点击“安装正式版”开始安装控制软件。

c:\\SmartMove\\g 目录下，是G代码切割文件，它主要存放由G代码所生成的G代码文件。 主运行程序为： c:\\SmartMove\\Exe\\smCut.exe

另外，由于原来使用的自动编程套料软件是由发思特软件开发的FASTCAM排料系统，生成的文件扩展名转换为G代码格式，所以经过调整为SmartMove切割控制软件能识别的文件格式。3、改造工作过程及步骤：

（1） 首先介绍P62-02转接板及部分引脚定义。

P62-02转接板就是集成了MPC2810卡所有专用和通用输入输出信号的外部引脚。图示如下：

CN5 CN4 CN3 CN2 CN1 ENC1 ENC2 AXIS1 AXIS2 AXIS3 AXIS4 图 3

P62-02 转接板示意图

功能 连接运动控制器的 DB62 接口 连接 C4037 的 DB37 接口 24 路通用输出接口 18 路通用输入及报警输入接口 24V 开关电源接口 辅助编码器 1 接口 辅助编码器 2 接口 控制轴 1 接口（脉冲、方向、原点、限位、减速等信号） 控制轴 2 接口（脉冲、方向、原点、限位、减速等信号） 控制轴 3 接口（脉冲、方向、原点、限位、减速等信号） 控制轴 4 接口（脉冲、方向、原点、限位、减速等信号）

转接板定义见下表一：

接口端子 CN1 CN2 CN3 CN4 CN5 ENC1 ENC2 AXIS1 AXIS2 AXIS3 AXIS4 表一 （2）对于本次改造，该数控切割机为纵、横两方向控制运动轨迹，因此我们只用到两个控

制轴接口。纵向为双驱动（X、U轴驱动），对应两台伺服驱动器（日本松下A系列），两台伺服共同使用P62-02转接板的控制轴1接口AXIS1，为了保证同方向运行，通过更改驱动器参数即可；横向为Y轴驱动，对应一台伺服驱动器（日本松下A系列），Y轴采用控制轴2接口AXIS2。控制轴1接口AXIS1，控制轴2接口AXIS2引脚定义见下表二： AXIS1引脚 D1+ D1- P1+ P1- DC5V E1+ E1- ORG1 SD1 说明 1轴方向+ 1轴方向- 1轴脉冲+ 1轴脉冲- +5V输出 1轴正向限位 1轴负向限位 1轴原点输入 1轴减速输入 AXIS2引脚 D2+ D2- P2+ P2- DC5V E2+ E2- ORG1 SD2 说明 2轴方向+ 2轴方向- 2轴脉冲+ 2轴脉冲- +5V输出 2轴正向限位 2轴负向限位 2轴原点输入 2轴减速输入 表二

（3）然后制作连接P62-02板卡九针插头及伺服驱动器CN I/F连接器。

MPC2810 脉冲输出方式默认情况下为脉冲方向模式（位置控制模式），我们需要对松下MINAS A系列交流伺服电机驱动器CN I/F连接器一端进行改造（X/U轴开关电源省略），另一端串口九针插头只接4个端子（正负向限位通过伺服驱动器功能解决），伺服驱动器其余接线端子保持不变。如下图4：

X/Y/U轴 轴信号接法：数控卡转接板P2+P2-D2+D2-P1+P1-D1+D1-(X轴的脉冲+)(X轴的脉冲-)(X轴的方向+)(X轴的方向-)AXIS2接口(Y轴的脉冲+)(Y轴的脉冲-)(Y轴的方向+)(Y轴的方向-)AXIS1接口P+P-D+D-P+P-D+D-U驱动器X驱动器松下A系列驱动器3P+4P-5D+6D-7892941Y轴驱动器CN端子接法开关电源数控卡转接板电源D2D3(DC24V+,输入)(DC24V-,输入)+-DC24V/5A

图4

（4）按图4连接后，对伺服驱动器其中一些参数进行调整，表三： 参数号 r02 控制方式选择 0-10 1 0 改为位置控参数定义 参数范围 调整前 调整后 备注 制方式 r42 r41 r46 r4A r4B 指令脉冲输入0-3 方式选择 指令脉冲逻辑0-3 取反 第一指令脉冲1-10000 分倍频分子 指令脉冲分倍0-17 频分子倍率 指令脉冲分倍1-10000 频分的分母 r02=0（位置控制方式）;r42=3（脉冲/方向指令方式）；当X、U驱动器同步使用时，将U驱动器中调整为r41=2（指令方向信号取反）。r46=10000;r4A=3;r4B=8000;

使得满足F=f× r46×2r4A = 10000=1000× 10000×23 r4B 8000 注：F为电机转一圈所需的内部指令脉冲数； f为电机转一圈所需指令脉冲数；

当控制器的脉冲发生器能力不足而不能获得所需速度时，可用倍频来增大指令脉冲频率。调整参数后，使运行速度和运行距离满足使用要求。

（5）原伺服驱动器编码器信号（CN SIG）不变，保持伺服电机编码器反馈与伺服驱动器的联接。

（6）电气原理图图纸改进。

（a） 原操作台去掉。重新制作电气操作台，用于放置工业PC和19#液晶显示器，以及在

新操作台面板开孔，用于安装以下控制信号：电源开、电源关、伺服开、伺服关、火焰等离子切换按钮、限位显示、报警器等。如图5

1 0 10000 0 10000 3 2 10000 3 8000 改为脉冲/方向指令方式 指令方向信号取反 保持

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gd4x.html