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摘　要

　　簡述SIMATIC S7-300 可編程控制器在貨架冷彎機組系統(tǒng)控制中的具體應用及系統(tǒng)調試要點，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.

關鍵詞

可編程控制器 貨架冷彎機組

Keywords:

programmable logical controller （PLC） Racking cold-rollforming

1 引言

　　上世紀六十年代以來，各國相繼設計和發(fā)展了自動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構，其承重結構組件多采用冷彎薄壁多孔型鋼，由于組合式貨架鋼結構體系設計與裝配上的要求，需要在特定冷彎型鋼的立面、側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械扣接等方式裝配成結構件，構成了特有的冷彎薄壁多孔、截面復雜的貨架鋼結構體系特征；使用先進的在線預沖孔貨架冷彎成型技術及設備生產(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、孔位精度和表面質量，提高貨架鋼結構裝配時的工作效率，極大地提高貨架鋼結構的穩(wěn)定性和可靠性。本文擬就SIMATIC S7-300PLC在貨架冷彎機組電氣控制系統(tǒng)中的具體應用及系統(tǒng)調試特點，該PLC控制系統(tǒng)的軟硬件配置及控制方案的實現(xiàn)等進行探討分析,與同行共勉。

2 概述

2.1貨架冷彎機組系統(tǒng)功能簡介

2.1.1系統(tǒng)配置：

　　貨架冷彎機組系統(tǒng)由開卷機、校平機、切頭焊接機組、伺服送料機組、在線沖孔壓力機、冷彎機組、定尺飛剪、出料架等基本結構組成，(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。根據(jù)從生產(chǎn)現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)分析，實際孔位控制精度σ基本穩(wěn)定在±0.15mm以內，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旋轉編碼脈沖上漂移，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。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)關鍵技術和設備。

2.1.2 工作過程：

　　卷料或帶鋼料經(jīng)開卷機放料，通過開卷機與校平機的速度匹配將卷料進行校平操作，便于后道的伺服送料及在線預沖孔等工序的加工處理，再經(jīng)冷彎機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。其中的關鍵控制技術有：開卷機和校平機的速度匹配問題（因開卷卷徑的變化和校平機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的動作節(jié)拍的協(xié)調、直流變頻調速系統(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 貨架冷彎機組系統(tǒng)有兩種工作模式。

　　手動操作：可以通過觸摸屏控制、按鈕站控制等實現(xiàn)生產(chǎn)線配置的單機設備的啟動、停止、設備的調試與檢修、輔助操作手柄設置有向前向后的點動模式，實現(xiàn)冷彎操作過程的引帶和故障處理等；

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

3.1 系統(tǒng)基本構成結構

3.1.1 PLC系統(tǒng)基本構成結構如圖2所示：

　　貨架冷彎機組的PLC系統(tǒng)采用了Profibus-DP現(xiàn)場總線技術, 并把交流伺服、直流調速或異步交流變頻調速等先進的定位控制技術也集成到總線中, 是Profibus-DP現(xiàn)場總線技術的一次成功、高層次應用案例。PROFIBUS-DP系統(tǒng)配置的描述包括:站點數(shù)目、站點地址和輸入輸出數(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）、人機界面TP170A一塊，
10）、PROPHBUS網(wǎng)站一套等；從站可根據(jù)系統(tǒng)設計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，用模塊式結構程序方式編程，這樣既可增強程序的可讀性，方便調試和維護工作；又能使數(shù)據(jù)庫結構統(tǒng)一，方便ＷＩＮＣＣ組態(tài)時變量標簽的統(tǒng)一編制和設備狀態(tài)的統(tǒng)一顯示?？蓪崿F(xiàn)整機的手動、自動、整線聯(lián)機等基本功能；程序內置系統(tǒng)潤滑泵的啟停周期和運行時間。

4 SIMATIC S7-300 PLC在貨架冷彎機組中的應用

　　4.1本機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；冷彎成型機組的主動力由SIMENS公司6RA23系列直流調速控制器和直流電機實現(xiàn)，為了減少故障排除時間，整線電氣控制系統(tǒng)有啟動提示、故障報警及自動停機等功能，并通過漢字顯示終端，顯示故障詳細內容：如①壓機抬起不到位； ②伺服模塊故障； ③直流過熱等信息。

　　4.1.1 SIMATIC S7-300 PLC在貨架冷彎機組系統(tǒng)控制中的具體應用涉及前后工序設備單機間的速度匹配、整線速度的調整以及貨架冷彎機組的傳動位置定位、各單機整線自動運行或手動運行所需要動作的輸入輸出、整線故障自診斷等控制方面，如壓力機單機運行的電氣控制系統(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化為相應的脈沖信號，并利用PLC的高速計數(shù)模塊或伺服定位模塊進行計數(shù)或定位控制，以實現(xiàn)貨架冷彎型材的伺服測長送料和定尺剪切動作等。

　　4.1.2根據(jù)貨架冷彎機組的基本運行功能和要求，確認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：開卷機液壓漲緊裝置的伸縮運動、開卷送料電機的正反運動、壓料頭和漲緊裝置的液壓換向運動，電液剎車裝置動作的輸入控制；②校平機驅動電機的正反轉運動，壓料裝置、輔助進料裝置的順序動作等；③剪切對焊機的引送料裝置動作；④伺服定尺送料裝置的定位送料控制及手動操作要求等；⑤壓力機的單機控制及整線聯(lián)機信號的控制，如壓力機工作的上下滑塊極限位信號、伺服運行允許信號、壓力機的啟停信號等；⑥冷彎成型機的啟動、正反轉、高低速、停止信號，液壓剪切定位及控制信號等；⑦各單機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 特殊單機運動分析及PLC電氣控制要點：

　　4.2.1伺服定尺送料裝置動作分析及設計原理：主要由如圖3所示的自動送料裝置組成，⑴光電傳感器1#部分：主要反饋進入壓力機工作區(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作光電傳感組構成,一般在自動送料裝置前設置緩沖料坑；⑵伺服電機經(jīng)1/i齒輪箱向下導料輥傳遞輸送動力，齒輪箱的傳動比和電機的轉速決定該系統(tǒng)送料、定位速度，也是系統(tǒng)主動力和定位精度的執(zhí)行單元；⑶200PPR以上的旋轉編碼器測出上導料輥通過與板料間的運動傳遞的實際位移及速度信號等；⑷機械抱閘實現(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；一般可利用壓力機本身的凸輪控制器來綜合設計考慮；⑹上、下模實現(xiàn)在線孔位的預沖壓。



　　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組成的上位機設置相應的計數(shù)脈沖數(shù)或長度轉化值，并由與上導料輥相聯(lián)的角編碼器被動測量反饋信號相協(xié)調（由程序設定和觸摸屏顯示），PLC中選配的伺服定位模塊驅動伺服單元和伺服電機動作，實現(xiàn)沖壓板料的可調整、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置的誤差補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SGMG-3DA、OMRON公司位置檢測脈沖編碼器完成；


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