贺州西门子PLC总代理商

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    一、项目概述
      散热带是空调行业中，重要也是用得多的零部件之一，它对散热器和冷凝器的温控效果，起到非常重要的作用。由于散热带成型技术的工艺复杂性，而且空调行业对它的需求量又很大，所以它的制造工艺往往很难用简单的机械设备来实现。传统工艺制造方法是：通过机械的齿轮传动，加上简单的伺服控制。传统工艺制造的技术弱点是：工艺参数修改困难，而且控制精度较差。
      此次，我们研制的这套散热带成型机设备，电气控制部分采用了西门子SIMATIC CPU315T-2DP对系统的各个传动轴进行jingque的运动控制，不仅可以有效地提高传动轴的定位精度，同时能够在整个系统运行过程中实时修改工艺参数，很好地克服了传统设备中的技术弱点。

      二、控制系统构成

图一

      散热带成型机是一套典型的运动控制系统，它的原料是一盘被卷成盘状的散热带（见图一），而它的成品是一根根有着同样长度和一定高度的锯齿型散热带（见图二）。

图二

      这个机床共由六根轴构成（见图三），对轴的各种操作和工艺参数，均是通过西门子的人机界面（HMI）来设定。系统的根轴是速度轴，通过变频器实现速度控制，其作用是将机床的原料——盘状的散热带按照系统设定的运行速度快速放出。系统的第二根轴经过齿轮箱和成型刀具相连，虽然它也是由变频器控制，但它却是机床的主轴，因为在它的轴端安装了作为整个系统主动轴的增量式编码器。第三根轴是一根从动轴，它的位置介于根轴和第二根轴之间起到一种阻尼和缓冲的作用。在传统的工艺中，这根轴被磁粉制动器所代替，但由于磁粉制动器的磁粉随着时间的推移被磁化，产品的质量得不到充分保证。现在我们将这根轴和主轴进行电子齿轮比的相对同步控制，使它和主轴形成一个微小的速差以产生一定的张力，这样既克服了磁粉制动器的缺点，同时也消除了由于原料不平整等因素引起的制造误差。
      散热带经过了成型刀具成型之后，形成松散的锯齿状。但是，成品散热带的锯齿状是很紧密的，并且，散热带成锯齿状后有较强的弹性，不容易形成终的形状。因此，第四、第五、第六根轴，要对整根散热带子进行多级整形调整。由于机床运行过程中，散热带的移动速度很快，要达到每秒三米，所以系统控制的一个难点是：各整形轴之间要配合得恰到好处，且不能产生累积误差。在这里我们使用了SIMATIC T-CPU所提供的电子齿轮比作jingque地同步功能，使得第四、第五、第六根轴和主轴末端的编码器实现位置同步，很好地解决了这一难题。
      系统控制中的另一个难点是：在散热带的快速移动中切出长短一致的带子。对机床第六根轴的控制中，我们使用了SIMATIC T-CPU的电子齿轮比同步中的OUTPUT CAM功能，使第六根轴到达规定位置后能迅速发出信号，触发刀具切断带子。
      整个机床的六根轴，通过PROFIBUS-DP（DRIVER）通讯口的等时同步通讯模式进行联接，极大地提高了系统的一致性、稳定性和快速性。

图三

      三、控制系统完成的功能
      整个控制系统的核心部件，我们选择了西门子的SIMATIC CPU315T-2DP。它是西门子家族中一款性价比较高的，集成了西门子SIMOTION运动控制器和SIMATIC 逻辑控制器于一体的新一代S7-300 PLC自动化控制产品。这两大的西门子控制器内核之间的通讯，是由SIMATIC T-CPU的内部硬件来保证，勿需要用户额外编制通讯程序，实现了复杂的逻辑控制器和的运动控制器之间的无缝连接，节省了用户的开发成本，大大缩短了系统的编程、调试时间。
      系统中将 CPU315T-2DP的两个通讯口都配置成12M bits/sec的通讯速率，其中标准的MPI/DP口用于连接人机界面和变频器，另一个Profibus DP（DRIVE）口连接伺服控制器和外接编码器。整个系统的六根轴由SIMATIC T-CPU通过PROFIBUS总线形式，采用ISOCHRONE MODE（等时同步）模式链接控制，极大地提高了系统的控制精度。硬件配置见图四。

图四

      伺服控制器采用了西门子新推出的SINAMICS S120 CU320（见图五），电机模块选用了书本型并带有DRIVE-CLIQ接口的双轴模块，电机选用1FK7 系列带有DRIVE-CLIQ接口的伺服电机。硬件组态时通过软件S7 Technology中集成的S7T Config调试软件，使用“驱动器参数自动配置模式”，一次性将所有伺服系统数据（包括：伺服驱动器参数配置，伺服电机参数，伺服电机所带的编码器）读上来，免去了繁琐的伺服驱动器和电机的参数配置过程。

图五

      四、项目的实施与运行
      SIMATIC T-CPU的开发软件，通过集成在STEP7环境下的工艺软件包S7 Technology 进行硬件配置，驱动器调试，工艺参数设置，编制程序。
      对SIMATIC T-CPU就编制程序工作而言，与使用SIMATIC S7-300 PLC的编程软件STEP 7完全一致。这也是对于工程技术人员具诱惑力的地方，只要你有PLC编程的技术基础，你就可以在SIMATIC T-CPU这个平台上，独立地完成非常复杂的运动控制系统开发任务。由于SIMATIC T-CPU是一个集成了西门子SIMOTION运动控制器和SIMATIC 逻辑控制器于一体的新一代SIMATIC S7-300 PLC自动控制产品，所以，你不仅仅可以轻松得到zhuoyue的西门子SIMATIC S7-300 PLC控制器的诸多技术优势（例如，逻辑控制，工业网络通讯，HMI通讯，远程诊断，等等），同时，可以顺便得到西门子SIMOTION运动控制器的诸多运动控制技术优势。
      SIMATIC T-CPU 主要用于各种需要多轴运动控制的应用场合。这种多轴运动控制系统的应用，对电气控制系统的实现往往有一定的难度。如果你采用了SIMATIC T-CPU，只要在电脑中安装了STEP 7软件和S7-Technology 软件包，所有多轴运动工艺所需要的运动控制功能，都可以在STEP 7编程库中找到相对应的命令功能块，调用它们和使用通常的SIMATIC S7-300 软件功能块没有任何差别。你可以采用PLC结构化编程方式，非常容易地实现运动控制的编程、调试工作。这样，西门子SIMATIC T-CPU的用户，对工程师运动控制的知识背景要求不高，非常人性化。
      工艺轴的参数，如速度、位移等等，以及轴的各种状态和错误信息都包含在分配给轴的DB块中，编程时只要读取各个轴的DB块中相应地址的数值，就能对轴的运动状态一目了然。而且，通过DB块中的错误报警信息，能够及时地判断和处理故障。图六是机床的四根伺服轴经过配置后所生成的DB块。

图六

      五、应用体会
      机床投入运行后工作正常，性能稳定。尤其是设备能够达到每秒3米的成型速度，及其可以动态修改工艺参数的技术特性，受到了用户的好评。
      回顾机床控制系统的开发过程，庆幸自己在项目方案选型阶段，作出了明智的决定——选择西门子SIMATIC T-CPU作为控制系统的核心部件，从而保证自己可以在短短几个月时间内，成功地进行了整个复杂电气控制系统的研发，提供了有力的技术保证。
在系统的研发过程中，得到了西门子技术支持团队的良好服务，在此表示衷心地感谢。

一、项目简介

　　1. 江苏新瑞机械有限公司坐落于江苏常州，是一家从事数控设备的研发、生产、销售和服务的现代化制造型企业。公司主要产品覆盖立式加工中心全部系列、数控车床全部系列、SR系列压铸机全部系列，具有高速度、高精度、高可靠性等特点。新瑞机械秉承“务实敬业、合作高效、锐意进取、精益求精”的企业精神，把的产品贡献给客户，把yongbu满足留给企业，把信心、技术和竞争力来实现“构筑业界企业，争创业内品牌”的承诺。

　　2. 压铸机的主要工作原理是压铸成型。在高压的作用下，使液态或半液态的金属，以较高的速度填充压铸型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。系统有2组比例阀：比例压力和比例流量，用来控制机器的液压动作，如动芯一入、动芯二入、静芯入、动芯一出、动芯二出、静芯出、开模、合模、顶针进、顶针退；压射动作分3步：慢压射、快压射和增压射，由3个独立的步进电机调节油泵的开口；辅机由喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手组成，动作速度由画面设定，由相应的变频器控制输出。

　　3. 项目当中使用的西门子自动化产品的型号、数量、类型、何种控制对象

　　4. 照片

新瑞SR150型压铸机

二、控制系统构成

　　1. 硬件配置、系统结构及选择依据

　　系统由HMI和S7-300型PLC构成。因为有位置、压力、速度等曲线需要显示，所以选择了OP270 10。显示效果比较好，有操作按键，容易维护；由于需要3路PWM输出控制步进电机，所以选择了CPU313C，几乎全部利用该CPU的数字量输入输出及模拟量输入输出，性价比非常好；另外，由于压射过程非常快，通常为10-50m/s，有时甚至可以达到100m/s以上。系统需要高速采集大量的数据进行显示、分析和比较，因此选择了SM335模块，它的模拟量输入输出速度快、精度高，还可以产生硬件中断。

　　2. 附加系统的硬件配置图，网络结构图，应用中的监视画面。

　　辅机系统主要是由3个机械手构成：喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手。他们根据压铸机的动作循环，在相应的位置进行动作。

　　3. 多种可选方案的比较：由于有3个步进电机需要控制，在选择方案时考虑过用CPU313C加3个FM353模块，该模块是1轴步进电机定位模块，高脉冲频率可达200KHz，但此方案成本太高；考虑到本机器对脉冲频率要求不高，CPU313C模块中集成的3路PWM输出脉冲频率可达2.5KHz，已经完全可以满足系统的要求。因此只用1个CPU313C就完成控制要求，性价比很完美！



三、控制系统完成的功能

　　1. 整个控制系统可以分为人机界面显示部分和PLC控制部分。其中PLC控制系统可以分为以下几个部分：压铸机动作顺序控制、压射曲线显示、PWM输出控制和机械手控制。压铸机的动作控制如开模合模，是根据不同的位置送出不同的压力和流量，通常合模分4级，开模分3级。考虑到液压动作的平滑，本系统加了软件斜率，在每个动作的开始、切换和结束时都要通过斜率平滑过渡，使动作很流畅而且声音很小。在机器的使用过程中模具的调整很麻烦，自动调模功能自动完成的繁琐的调节过程，简化操作；压射过程对机器的成型非常重要，需要采集大量的位置、压力和位置数据，压射动作分3步：慢压射、快压射和增压射，由3个独立的步进电机调节油泵的开口控制压射的速度；PWM输出是控制3个独立的步进电机，分别对应慢压射、快压射和增压射的速度。控制上由PLC调用系统功能块SFB49来实现；本机器配备了3个机械手：喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手，他们是可选的。根据压铸机的动作循环，在相应的位置进行动作。

　　脉宽调制功能是系统集成功能，仅需在硬件配置中作简单设定后，即可在PLC程序中调用SFB49，使用非常方便。

　　2. 在压射过程中如何高速采样位置、压力和速度数据是项目的难点。在硬件上，我们选用SM335模块，它的模拟量输入处理速度约为每通道200us，精度为14位，并产生硬件中断OB40。系统中设定了2ms的硬件中断，在压射过程中采集位置、压力和速度数据；在PLC程序方面，我们使用了变址寻址的编程技巧，压缩程序空间，提高运行效率，使系统可以在2ms的中断周期内完成运算；在HMI方面，配置了TREND曲线，在压射过程结束后可以马上更新曲线。

　　3. 附加生产工艺当中有特点或较典型的设备或工艺照片。

四、项目运行

　　系统在2005年4月份投入使用后，运行情况良好，获得用户的好评。该方案将用在大型、的压铸机上。由于压铸机的使用环境非常恶劣，因此硬件很可靠性非常重要，S7-300坚固的硬件保证了系统的可靠性。而HMI方面由于使用了OP270 10，操作简便，显示效果比较好，也回避了触摸屏的一些缺点，如不适合使用在多油污、金属碎片的环境等。



五、应用体会

　　项目进行当中，深深地感到西门子自动化产品无与伦比的灵活性。STEP 7强大而便捷的编程功能和PROTOOL灵活自如的组态性能使项目的编程和调试进展非常快。更改容易，维护方便。在PLC的编程中，使用了符号编程，简单明了，易学易懂易维护。为了节约成本，编程中使用模块化编程和变址寻址，大量压缩程序空间，否则必须使用更高一挡的CPU314C-2DP。

　　当然在调试的过程中，也在所难免地遇到了麻烦。PWM输出原本是集成功能，很方便使用。但由于我们节约成本，使用CPU313C上的数字量输入点，在没有配置使用硬件门的情况下，CPU313C上的部分数字量输入点还是会影响3通道的PWM输出。由于西门子手册上的描述也不确切，在求助无门的情况下，对CPU313C上的数字量输入点一一进行测试并与3通道的PWM输出对照，终于弄清楚了硬件门的准确定义，完满解决了问题。