SIMATIC S7-300 PLC在貨架冷彎機(jī)組中的應(yīng)用

摘　要

　　簡述SIMATIC S7-300 可編程控制器在貨架冷彎機(jī)組系統(tǒng)控制中的具體應(yīng)用及系統(tǒng)調(diào)試要點(diǎn)，PLC控制系統(tǒng)的配置及控制方案的選擇思路。

Abstract:

　　This paper describes the application of SIMATIC S7-300 PLC which used in the racking cold-rollforming control systems. The PLC choice of adjus&maintain .The PLC choice of the compose and the method improve racking cold-rollforming control systems.

關(guān)鍵詞

可編程控制器 貨架冷彎機(jī)組

Keywords:

programmable logical controller （PLC） Racking cold-rollforming

1 引言

　　上世紀(jì)六十年代以來，各國相繼設(shè)計(jì)和發(fā)展了自動(dòng)化程度很高的物流存儲系統(tǒng)－－貨架，普遍采用多層鋼貨架結(jié)構(gòu)，其承重結(jié)構(gòu)組件多采用冷彎薄壁多孔型鋼，由于組合式貨架鋼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)與裝配上的要求，需要在特定冷彎型鋼的立面、側(cè)面沖壓出一系列的具有一定分布規(guī)律和精度要求的孔或不規(guī)則的連續(xù)裝配孔洞，以便用螺栓或其他的機(jī)械扣接等方式裝配成結(jié)構(gòu)件，構(gòu)成了特有的冷彎薄壁多孔、截面復(fù)雜的貨架鋼結(jié)構(gòu)體系特征；使用先進(jìn)的在線預(yù)沖孔貨架冷彎成型技術(shù)及設(shè)備生產(chǎn)的貨架組件可有效降低材料消耗，確保冷彎成型截面的冷彎性能、孔位精度和表面質(zhì)量，提高貨架鋼結(jié)構(gòu)裝配時(shí)的工作效率，極大地提高貨架鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。本文擬就SIMATIC S7-300PLC在貨架冷彎機(jī)組電氣控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用及系統(tǒng)調(diào)試特點(diǎn)，該P(yáng)LC控制系統(tǒng)的軟硬件配置及控制方案的實(shí)現(xiàn)等進(jìn)行探討分析,與同行共勉。

2 概述

2.1貨架冷彎機(jī)組系統(tǒng)功能簡介

2.1.1系統(tǒng)配置：

　　貨架冷彎機(jī)組系統(tǒng)由開卷機(jī)、校平機(jī)、切頭焊接機(jī)組、伺服送料機(jī)組、在線沖孔壓力機(jī)、冷彎機(jī)組、定尺飛剪、出料架等基本結(jié)構(gòu)組成，(如圖1所示)。也形成了貨架冷彎組件特有的冷彎成型工藝特點(diǎn)。根據(jù)從生產(chǎn)現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)分析，實(shí)際孔位控制精度σ基本穩(wěn)定在±0.15mm以內(nèi)，且孔位誤差符合正態(tài)分布規(guī)律，電氣控制精度確保在一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼脈沖上漂移，從根本上也保證了總長度上的累積誤差最小，基本穩(wěn)定在6σ以內(nèi)。由此也對貨架組件的冷彎制造工藝提出了更高的要求，并形成了貨架組件特定的冷彎生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備。



2.1.2 工作過程：

　　卷料或帶鋼料經(jīng)開卷機(jī)放料，通過開卷機(jī)與校平機(jī)的速度匹配將卷料進(jìn)行校平操作，便于后道的伺服送料及在線預(yù)沖孔等工序的加工處理，再經(jīng)冷彎機(jī)組的冷彎加工形成需要的合格截面，然后通過定長檢測和切斷、打包或后處理完成具體產(chǎn)品的生產(chǎn)活動(dòng)。其中的關(guān)鍵控制技術(shù)有：開卷機(jī)和校平機(jī)的速度匹配問題（因開卷卷徑的變化和校平機(jī)線速度的恒定間存在矛盾）、交流伺服送料控制精度和穩(wěn)定可靠性及其與壓力機(jī)的動(dòng)作節(jié)拍的協(xié)調(diào)、直流變頻調(diào)速系統(tǒng)與同規(guī)格不同厚度或不同規(guī)格產(chǎn)品的冷彎成型力矩之間的動(dòng)力平衡問題的解決、孔位和長度定位精度的控制問題等。

2.1.3 貨架冷彎機(jī)組系統(tǒng)有兩種工作模式。

　　手動(dòng)操作：可以通過觸摸屏控制、按鈕站控制等實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線配置的單機(jī)設(shè)備的啟動(dòng)、停止、設(shè)備的調(diào)試與檢修、輔助操作手柄設(shè)置有向前向后的點(diǎn)動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)冷彎操作過程的引帶和故障處理等；

　　自動(dòng)操作：可以通過觸摸屏控制、按鈕站控制等實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線配置設(shè)備的聯(lián)線運(yùn)行，可以通過觸摸屏或輔助旋鈕等設(shè)置生產(chǎn)線的運(yùn)行速度、生產(chǎn)數(shù)量、定尺長度及修正值等，并通過觸摸屏顯示實(shí)際生產(chǎn)量、生產(chǎn)線的實(shí)際運(yùn)行速度、PLC檢測到的故障信息等；

3.1 系統(tǒng)基本構(gòu)成結(jié)構(gòu)

3.1.1 PLC系統(tǒng)基本構(gòu)成結(jié)構(gòu)如圖2所示：

　　貨架冷彎機(jī)組的PLC系統(tǒng)采用了Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù), 并把交流伺服、直流調(diào)速或異步交流變頻調(diào)速等先進(jìn)的定位控制技術(shù)也集成到總線中, 是Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)的一次成功、高層次應(yīng)用案例。PROFIBUS-DP系統(tǒng)配置的描述包括:站點(diǎn)數(shù)目、站點(diǎn)地址和輸入輸出數(shù)據(jù)的格式，診斷信息的格式以及所使用的總體參數(shù)。



3.1.2 SIMATIC S7-300 PLC系統(tǒng)配置

硬件：
1）、SIEMENS SIMATIC S7-300 CPU315C-2DP一塊，
2）、伺服電機(jī)定位模塊SIEMENS 6ES7 354一塊，
3）、SIEMENS SIMATIC S7-300 OP27一塊，
4）、繼電器輸出單元SIEMENS 6ES7 322五塊，
5）、SIEMENS SIMATIC S7-300 6ES7 FM350高速計(jì)數(shù)模塊一塊，6）、SIEMENS SIMATIC S7-300 PS3075A電源模塊一塊，
7）、接口模塊IM153二塊，
8）、數(shù)子量輸入輸出模塊SIEMENS 6ES7 321十塊，
9）、人機(jī)界面TP170A一塊，
10）、PROPHBUS網(wǎng)站一套等；從站可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和要求合理選擇多組。

軟件：
　　該系統(tǒng)軟件的開發(fā)環(huán)境為SIEMENS SIMATIC S7 STEP7 V5.2編程軟件，用模塊式結(jié)構(gòu)程序方式編程，這樣既可增強(qiáng)程序的可讀性，方便調(diào)試和維護(hù)工作；又能使數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，方便ＷＩＮＣＣ組態(tài)時(shí)變量標(biāo)簽的統(tǒng)一編制和設(shè)備狀態(tài)的統(tǒng)一顯示?？蓪?shí)現(xiàn)整機(jī)的手動(dòng)、自動(dòng)、整線聯(lián)機(jī)等基本功能；程序內(nèi)置系統(tǒng)潤滑泵的啟停周期和運(yùn)行時(shí)間。

4 SIMATIC S7-300 PLC在貨架冷彎機(jī)組中的應(yīng)用

　　4.1本機(jī)組電氣控制部分采用西門子S7-300PLC，PLC與監(jiān)控系統(tǒng)以及各從站之間的通訊采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線方式；冷彎成型機(jī)組的主動(dòng)力由SIMENS公司6RA23系列直流調(diào)速控制器和直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)，為了減少故障排除時(shí)間，整線電氣控制系統(tǒng)有啟動(dòng)提示、故障報(bào)警及自動(dòng)停機(jī)等功能，并通過漢字顯示終端，顯示故障詳細(xì)內(nèi)容：如①壓機(jī)抬起不到位； ②伺服模塊故障； ③直流過熱等信息。

　　4.1.1 SIMATIC S7-300 PLC在貨架冷彎機(jī)組系統(tǒng)控制中的具體應(yīng)用涉及前后工序設(shè)備單機(jī)間的速度匹配、整線速度的調(diào)整以及貨架冷彎機(jī)組的傳動(dòng)位置定位、各單機(jī)整線自動(dòng)運(yùn)行或手動(dòng)運(yùn)行所需要?jiǎng)幼鞯妮斎胼敵?、整線故障自診斷等控制方面，如壓力機(jī)單機(jī)運(yùn)行的電氣控制系統(tǒng)及其與整線相聯(lián)接的輸入輸出信號等；光電編碼器和測長輪同軸連接，把貨架冷彎型材的長度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的脈沖信號，并利用PLC的高速計(jì)數(shù)模塊或伺服定位模塊進(jìn)行計(jì)數(shù)或定位控制，以實(shí)現(xiàn)貨架冷彎型材的伺服測長送料和定尺剪切動(dòng)作等。

　　4.1.2根據(jù)貨架冷彎機(jī)組的基本運(yùn)行功能和要求，確認(rèn)SIMATIC S7-300 PLC主要輸入輸出信號：①系統(tǒng)控制的輸入輸出信號有：開卷機(jī)液壓漲緊裝置的伸縮運(yùn)動(dòng)、開卷送料電機(jī)的正反運(yùn)動(dòng)、壓料頭和漲緊裝置的液壓換向運(yùn)動(dòng)，電液剎車裝置動(dòng)作的輸入控制；②校平機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，壓料裝置、輔助進(jìn)料裝置的順序動(dòng)作等；③剪切對焊機(jī)的引送料裝置動(dòng)作；④伺服定尺送料裝置的定位送料控制及手動(dòng)操作要求等；⑤壓力機(jī)的單機(jī)控制及整線聯(lián)機(jī)信號的控制，如壓力機(jī)工作的上下滑塊極限位信號、伺服運(yùn)行允許信號、壓力機(jī)的啟停信號等；⑥冷彎成型機(jī)的啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、高低速、停止信號，液壓剪切定位及控制信號等；⑦各單機(jī)間的速度匹配控制信號，如料坑中送料狀態(tài)檢測信號、料尾檢測控制信號等；⑧與觸摸屏、伺服定位控制單元等之間的網(wǎng)絡(luò)線接口等。由此決定了PLC的輸入和輸出信息量大小和總體的編程思路。

4.2 特殊單機(jī)運(yùn)動(dòng)分析及PLC電氣控制要點(diǎn)：

　　4.2.1伺服定尺送料裝置動(dòng)作分析及設(shè)計(jì)原理：主要由如圖3所示的自動(dòng)送料裝置組成，⑴光電傳感器1#部分：主要反饋進(jìn)入壓力機(jī)工作區(qū)域前的鋼帶狀況，如：有無余料、是否缺料等，可有上限位光電傳感組、下限位光電傳感組及送料動(dòng)作光電傳感組構(gòu)成,一般在自動(dòng)送料裝置前設(shè)置緩沖料坑；⑵伺服電機(jī)經(jīng)1/i齒輪箱向下導(dǎo)料輥傳遞輸送動(dòng)力，齒輪箱的傳動(dòng)比和電機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定該系統(tǒng)送料、定位速度，也是系統(tǒng)主動(dòng)力和定位精度的執(zhí)行單元；⑶200PPR以上的旋轉(zhuǎn)編碼器測出上導(dǎo)料輥通過與板料間的運(yùn)動(dòng)傳遞的實(shí)際位移及速度信號等；⑷機(jī)械抱閘實(shí)現(xiàn)定位后的位置固定，確保在沖壓過程中不發(fā)生外力作用下的位置偏移或其他誤差的產(chǎn)生；⑸光電傳感器2#傳遞壓力機(jī)工作滑塊的位置信號和其它需要的控制輸入信號；一般可利用壓力機(jī)本身的凸輪控制器來綜合設(shè)計(jì)考慮；⑹上、下模實(shí)現(xiàn)在線孔位的預(yù)沖壓。



　　4.2.２伺服定長送料電氣控制原理見圖4；具體的每模送料步距量值的大小PLC組成的上位機(jī)設(shè)置相應(yīng)的計(jì)數(shù)脈沖數(shù)或長度轉(zhuǎn)化值，并由與上導(dǎo)料輥相聯(lián)的角編碼器被動(dòng)測量反饋信號相協(xié)調(diào)（由程序設(shè)定和觸摸屏顯示），PLC中選配的伺服定位模塊驅(qū)動(dòng)伺服單元和伺服電機(jī)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)沖壓板料的可調(diào)整、高精度、無積累誤差的一定步距的送料沖壓，累積誤差由程序中設(shè)置的誤差補(bǔ)償算法或人工在線修正等手段處理，如：定位沖壓由SIMENS公司定位模塊SIMATIC S7-300 FM 354、YASKAWA公司伺服系統(tǒng)SDGB-03ADG、伺服電機(jī)SGMG-3DA、OMRON公司位置檢測脈沖編碼器完成；


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