PROFIBUS總線在陶瓷成型裝飾布料系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖1 成型裝飾布料系統(tǒng)

系統(tǒng)的簡(jiǎn)要工藝
　　陶瓷墻地磚的生產(chǎn)是以硅酸鹽為主要原料，經(jīng)過(guò)球磨、制粉，通過(guò)布料系統(tǒng)按一定的配方將粉料送入壓磚機(jī)的模腔中；再由壓磚機(jī)根據(jù)工藝要求，以一定的壓力將粉料壓制成型，然后進(jìn)行燒制及后續(xù)加工。成型裝飾布料系統(tǒng)是由壓磚機(jī)、魔術(shù)師布料車(chē)、模具組成，是陶瓷墻地磚生產(chǎn)企業(yè)的核心設(shè)備。壓磚機(jī)是將粉料壓制成有一定強(qiáng)度、致密度的磚坯；魔術(shù)師布料車(chē)是由底板、7個(gè)工位、坯墊循環(huán)系統(tǒng)組成.首先根據(jù)磚坯的表面圖案設(shè)計(jì)各工位要布的粉料，每個(gè)工位主要是由布料擺管、填料料斗、升降氣缸組成的。通過(guò)工位將不同的粉料撒布在坯墊上，坯墊是平鋪在底板上,通過(guò)前后兩個(gè)伺服電機(jī)帶動(dòng)鏈條,再由鏈條上的掛鉤拖動(dòng)坯墊至下一工位， 當(dāng)檢測(cè)到坯墊到位后，升降氣缸下降，布上所需粉料，當(dāng)所有需要的工位布上粉料后，由伺服電機(jī)拖動(dòng)坯墊至壓磚機(jī)，再次檢測(cè)坯墊到位后，模具下降，壓磚機(jī)開(kāi)始進(jìn)行壓制，壓制完成后，鏈條帶動(dòng)壓制完成的磚坯送到下一道工序，坯墊在磚坯轉(zhuǎn)運(yùn)走后，經(jīng)坯墊循環(huán)系統(tǒng)到第一個(gè)工位準(zhǔn)備下一循環(huán)。這樣就完成了整個(gè)的成型裝飾布料系統(tǒng)的一個(gè)工作循環(huán)。

控制系統(tǒng)構(gòu)成
　　整個(gè)系統(tǒng)主要以西門(mén)子S7-300 PLC為主站，用OP270作為人機(jī)界面，各個(gè)工位以S7-200 PLC為從站，擴(kuò)展一個(gè)EM277模塊，通過(guò)PROFIBUS總線與主站通訊。由于環(huán)境溫度比較高，為了系統(tǒng)更加穩(wěn)定的運(yùn)行，在柜內(nèi)加裝了工業(yè)空調(diào)。同時(shí)使用了多種傳感器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，如：壓力傳感器、位移傳感器、PT100、接近開(kāi)關(guān)等。執(zhí)行元件主要是電磁閥、比例閥、伺服電機(jī)、變頻器等。硬件的性能優(yōu)劣對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，對(duì)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性有很大的決定作用，因此在硬件選型上嚴(yán)格把關(guān)，大部分原件均采用了國(guó)際著名品牌的產(chǎn)品，同時(shí)整機(jī)也通過(guò)了CE認(rèn)證。
　　本控制系統(tǒng)均采用西門(mén)子產(chǎn)品?？刂葡到y(tǒng)的硬件具體配置如下：
　　電源模塊PS307 
　　6ES7 307-1EA00-0AA0     1個(gè)
　　CPU 313C-2DP     

      6ES7 313-6CE01-0AB0     1個(gè)
　　DI數(shù)字量擴(kuò)展模塊      
　　6ES7 321-1BL00-0AA0     1個(gè)
　　DO數(shù)字量擴(kuò)展模塊      
　　6ES7 322-1BF01-0AA0     3個(gè)
　　DO數(shù)字量擴(kuò)展模塊      
　　6ES7 322-1BH01-0AA0     1個(gè)
　　AI/AO模擬量擴(kuò)展模塊   
　　6ES7 335-7HG01-0AB0     1個(gè)
　　OP270 HMI           
　　6AV6 542-0CC10-0AX0     1個(gè)
　　CPU224                 
　　6ES7 214-1AD23-0XB0     7個(gè)
　　EM277擴(kuò)展模塊         
　　6ES7 277-0AA22-0XA0   7個(gè)
　　(見(jiàn)圖2）    

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　由于陶瓷產(chǎn)品的竟?fàn)幵絹?lái)越激烈，提升產(chǎn)品的竟?fàn)幜Κq為重要。成型裝飾布料系統(tǒng)給客戶提供生產(chǎn)高附加值的仿石材設(shè)備。
　　本套系統(tǒng)的選擇，是由成型裝飾布料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定的。魔術(shù)師布料系統(tǒng)是一個(gè)多色瓷磚布料系統(tǒng), 基料需要一個(gè)工位, 每一種顏色需要一個(gè)工位. 本系統(tǒng)由7個(gè)工位組成，整個(gè)系統(tǒng)的總長(zhǎng)20幾米，可以生產(chǎn)仿石材線條瓷磚. 每個(gè)工位都與壓磚機(jī)有很多數(shù)據(jù)交換，同時(shí)每個(gè)工位又有各自的數(shù)字量I/O點(diǎn)要處理。如果用集中控制方式，電氣控制柜與各工位之間的線路非常多，敷設(shè)、安裝極其不便。因此決定選擇分散控制方式，用通訊達(dá)到總體協(xié)調(diào)，從而可以大大的精簡(jiǎn)線路，減少線路安裝、維護(hù)工作量。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)則是我們的最佳選擇。每個(gè)工位采用S7-200 CPU 進(jìn)行控制, 可以降低S7-313C CPU的負(fù)擔(dān), 提高系統(tǒng)做壓力閉環(huán)控制的精度. 各個(gè)S7-200 CPU使用EM277連到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)上, 通信性能好, 同時(shí)編程簡(jiǎn)單.
　　PLC的選擇也是經(jīng)過(guò)深思熟慮的，S7-300系列PLC是一個(gè)成熟產(chǎn)品，具有很高的穩(wěn)定性，技術(shù)參數(shù)符合設(shè)備的使用要求，而且在用戶心目中有良好的形象。CPU 313C-2DP集成有多路數(shù)字量輸入/輸出、模擬量輸入輸出、溫度檢測(cè)和高速計(jì)數(shù)通道，同時(shí)該CPU單元有兩個(gè)端口，MPI端口可用于編程或與HMI通訊，DP端口可作為主站的PROFIBUS總線與各工位的EM277和伺服電機(jī)控制器的DP端口通訊。這種CPU既符合本設(shè)備的使用要求，又可與公司其它產(chǎn)品通用，并且具有很高的性價(jià)比，因此最終選擇了CPU 313C-2DP。
　　由于設(shè)備中位置控制和壓力控制均要非常穩(wěn)定和準(zhǔn)確，而且對(duì)響應(yīng)速度有很高的要求，因此選擇了SM 335快速模擬量輸入/輸出，其性能優(yōu)越，用它進(jìn)行壓力和位置信號(hào)的采集，并用來(lái)控制高響應(yīng)的比例閥，以此達(dá)到位置和壓力的準(zhǔn)確快速控制，使之滿足工藝要求。設(shè)備中存在大量電磁閥，選用可帶大負(fù)載的晶體管輸出322-1BF01-0AA0模塊，與繼電器輸出相比，提高了模塊的使用壽命和響應(yīng)速度，而且更具有安全性。

　　

控制系統(tǒng)完成的功能
　　從控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可以看出，主站控制2臺(tái)伺服電機(jī)控制器和7個(gè)從站。人機(jī)界面OP270通過(guò)MPI總線發(fā)送各種工藝參數(shù)給主站，通過(guò)PROFIBUS總線傳送給每個(gè)從站，每個(gè)從站的I/O狀態(tài)和工藝數(shù)據(jù)也通過(guò)PROFIBUS總線返回給主站，通過(guò)MPI總線在人機(jī)界面上顯示出來(lái)(具體工藝參數(shù)見(jiàn)圖3)。

　　

圖3  數(shù)據(jù)監(jiān)控

　　魔術(shù)師成型系統(tǒng)修改配方的功能十分方便, 只需要在HMI上簡(jiǎn)單的設(shè)置, 就可以控制布料工位的數(shù)量, 布料次數(shù), 填料次數(shù)等數(shù)據(jù), 這些數(shù)據(jù)通過(guò)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò), 實(shí)時(shí)的傳送到各個(gè)工位,客戶隨時(shí)都可以方便的修改瓷磚的配方.
　　一個(gè)單色布料工位由以下各部分組成: 一個(gè)布料頭, 一個(gè)布料擋板(控制瓷磚上的仿石材紋路), 一個(gè)氣缸控制布料頭的升降, 一個(gè)變頻器控制控制布料頭的左右移動(dòng), 一個(gè)變頻器控制給料的皮帶.
　　單色布料工位部的是面料,  先將面料布好, 然后后在面料的基礎(chǔ)上布上較厚的基料, 最后送到壓機(jī), 壓成一塊磚坯.
　　單個(gè)工位的工作流程見(jiàn)圖4。