基于西門子S7-300T型CPU和S120變頻器對鋸鉆床系統(tǒng)的改造

摘 ?要：本文用西門子新一代SIMATIC S7-300T型CPU+SINAMICS S120對已經(jīng)停產(chǎn)的西門子SINUMERIK840D+611系統(tǒng)控制的重軌加工線鋸鉆床設(shè)備進(jìn)行升級改造，構(gòu)建了相應(yīng)技術(shù)改造方案。方案使用了通用型CPU，產(chǎn)品與其他在線設(shè)備重合，備件通用性較強(qiáng)，同時技術(shù)人員不用再參加培訓(xùn)就能對改造后的設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，改造后的設(shè)備通訊功能完全兼容原系統(tǒng)，驅(qū)動采用新一代S120系統(tǒng)，同時具備多種控制模型及定位功能，很好地實(shí)現(xiàn)了設(shè)備工藝要求，改造后的鋸鉆床設(shè)備不僅能提高工作的可靠性、減少故障、降低成本，還可提高工作效率。

關(guān)鍵詞：鋸鉆床;PLC;變頻器;定位控制

中圖分類號：TM921.5 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）18-0155-02

Abstract：In this paper，Siemens new generation SIMATIC S7-300T CPU+SINAMICS S120 is used to upgrade the heavy rail processing wire saw drilling machine controlled by SINUMERIK840D+611 system，and the corresponding technical transformation scheme is constructed. The scheme uses general CPU，the product coincides with other on-line equipment，and the spare parts are more versatile. At the same time，technicians can maintain the improved equipment without any training. The communication function of the improved equipment is fully compatible with the original system，driving the new generation of S120 system，and possessing a variety of control models and positioning. The function of the sawing and drilling machine can well meet the technical requirements of the equipment. The improved sawing and drilling machine can not only improve the reliability of the work，reduce the failure，reduce the cost，but also improve the work efficiency.

Keywords：sawing and drilling machine;PLC;converter;position control

0 ?引 ?言

攀鋼軌梁廠鋼軌鋸鉆床原系統(tǒng)采用的是西門子公司的SINUMERIK840D+611驅(qū)動系統(tǒng)，由于產(chǎn)品停產(chǎn)，部分備件已經(jīng)無法購買，且相關(guān)技術(shù)人員流失，導(dǎo)致維護(hù)故障頻發(fā)，生產(chǎn)壓力加重，維護(hù)難度加大。結(jié)合市場應(yīng)用產(chǎn)品及與西門子公司的技術(shù)交流，多方面考證后決定采用西門子SIMATIC S7-300T型CPU和新一代驅(qū)動器SINAMICS S120對原系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。本文對整個改造方案進(jìn)行了介紹。

1 ?鋸鉆床的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)要求

鋸鉆床機(jī)械系統(tǒng)由9根軸、7個液壓夾緊裝置組成。此設(shè)備用于鋼軌鋸切、鉆孔加工。105m長鋼軌通過用戶輥道被運(yùn)送至買方現(xiàn)有的鋸鉆床進(jìn)行定尺長度鋸切及鉆孔，該過程為全自動或手動操作。定尺長度為9～50m±0.02m，定尺鋼軌的長度要求要能在操作員站上選擇或輸入，啟動長度測量進(jìn)行自動控制。要求實(shí)現(xiàn)自動和手動控制、鋸切和同時一側(cè)鉆或兩側(cè)鉆，或僅鋸切的功能。

2 ?改造方案的組成

本方案選擇西門子SIMATIC S7-300T型CPU和新一代驅(qū)動器SINAMICS S120（DC-AC）模式來實(shí)現(xiàn)鉆鋸床的功能。同時配置操作員站HMI，實(shí)際自動手動等邏輯控制、定位鋸鉆等工藝控制、信息歸檔存儲與相關(guān)設(shè)備通訊等功能。本方案配置的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1 ?控制系統(tǒng)的選擇

控制系統(tǒng)選用西門子SIMATIC S7-315T技術(shù)型CPU。

SIMATIC S7-300T型屬于S7-300系列技術(shù)型CPU，不僅具有普通300CPU的功能，同時可以借助編程庫中的S7-Tech Library的現(xiàn)成指令庫來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的非常人工控制功能，具由于都是直接調(diào)用，大大減少了CPU的占用率。所有的程序編制和開發(fā)，都是借助西門子STEP7軟件環(huán)境，編程語言是用戶所熟悉的LAD、STL、FBD、SCL、Graph、CFC、SFC、HiGraph，現(xiàn)場有大量使用西門子S7-300系列PLC，技術(shù)人員熟悉STEP7軟件環(huán)境，無需再進(jìn)行相關(guān)的培訓(xùn)即可進(jìn)行后期維護(hù)。

SIMATIC S7-315T技術(shù)型CPU，總計(jì)可帶32個工藝組件，其中包括8根軸，集成工作存儲器256KB，可通過MMC卡擴(kuò)展裝置存儲器到8M，執(zhí)行指令時間浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算約為3μs，有256個可組態(tài)計(jì)數(shù)器，256個定時器，同時激活的作業(yè)的運(yùn)動控制指令功能塊可達(dá)210個，具有兩個集成的PROFIBUS接口，可參數(shù)化DP的主站或從站，可用于連接驅(qū)動組件，同時具有DP時鐘同步特性。通過DP網(wǎng)絡(luò)組態(tài)驅(qū)動器及遠(yuǎn)程I/0站、操作員站，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能控制。

2.2 ?驅(qū)動器的選擇

本方案選擇西門子新一代SINAMICS S120系列變頻器拖動原有變頻及伺服電機(jī)。采用ALM+電機(jī)模塊的結(jié)構(gòu)，其中鋸及夾送輥采用單軸電機(jī)模塊，鉆采用雙軸電機(jī)模塊。

SIEMENS最新一代的SINAMICS S120驅(qū)動系統(tǒng)，新的SINAMICS S120驅(qū)動系統(tǒng)帶有PROFIBUS接口的CU320- 2DP型控制單元，整流部分采用帶有回饋功能的整流回饋單元ALM，制動時候的能量能夠回饋電網(wǎng)，ALM節(jié)省了制動單元和制動電阻等組件，同時節(jié)省了空間及發(fā)熱單元。S120系統(tǒng)的通訊報文與原有一致，控制柜內(nèi)安裝DP通訊光纖模塊與上位系統(tǒng)通訊接口對接。上位機(jī)PLC系統(tǒng)保持不變，通訊方式仍保持Profibus DP通訊。

使用STARTER調(diào)試軟件，可快速，便捷地對驅(qū)動參數(shù)進(jìn)行設(shè)置及對傳動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。包括對驅(qū)動控制模式的選擇，鋸和鉆采用矢量控制，進(jìn)料輥、進(jìn)給軸采用伺服控制。通過E-POS定位功能及T-CPU的定位功能庫來共同實(shí)現(xiàn)定長、定位的要求。

3 ?改造調(diào)試過程

3.1 ?拆除及安裝

拆除原有840D操作臺，安裝新操作臺，并安裝一臺操作員站，安裝好HMI畫面。原有柜體利舊，拆除柜內(nèi)的611驅(qū)動器，安裝好SINAMICS S120驅(qū)動器，并安裝S7-300T型CPU。完成動力、控制接線，完成DP網(wǎng)、以太網(wǎng)、光纖搭建。

3.2 ?系統(tǒng)調(diào)試

通過PLC控制邏輯控制鋼軌經(jīng)進(jìn)料輥道對準(zhǔn)機(jī)器縱向進(jìn)料，到達(dá)進(jìn)料側(cè)切頭移出前的傳感器信號及定位長度時停止，進(jìn)行切頭，切頭后鋼軌將被慢速輸入鋸鉆床，在檢測到鋼軌頭部后，輸入側(cè)壓緊輥將向軌底提升，壓力輥將下降到軌頭。

鋼軌由伺服控制進(jìn)料側(cè)壓緊輥和變頻控制輥道同步運(yùn)行通過鋸鉆床，定位光柵檢測到鋼軌頭部，測量輪編碼器開始計(jì)數(shù)鋸切長度，通過T-CPU及S120定位功能共同協(xié)調(diào)作用（定位精度達(dá)到±3mm），當(dāng)鋼軌運(yùn)行到位置后停止運(yùn)行。壓緊輥夾緊關(guān)閉，水平夾緊關(guān)閉使鋼軌固定。鋸快速進(jìn)給到接近鋼軌，并將自動轉(zhuǎn)換鋸進(jìn)給速度。鉆快速進(jìn)給到接近鋼軌軌腰，鉆進(jìn)給自動轉(zhuǎn)換為預(yù)先設(shè)定速度和進(jìn)給行程。鉆進(jìn)給停止后快速退回到起始位置。當(dāng)鋸切循環(huán)結(jié)束時，出料側(cè)鋼軌將由主夾緊外擺8mm，鋸片將外擺4mm，確保鋸片無接觸退回到起始位置。夾緊將釋放，出料側(cè)鋼軌將被運(yùn)輸出鋸鉆床區(qū)域，經(jīng)由輥道送往收集區(qū)。這些動作將被重復(fù)，直到預(yù)先選擇的加工數(shù)量和加工長度完成。

在操作員站HMI畫面上設(shè)置鋸鉆床手動、自動操作，設(shè)置加工模式及定尺長度選擇;設(shè)置鋼軌規(guī)格尺寸的設(shè)定、歸檔及調(diào)用，方便后期查詢和維護(hù)。加工命令和鋸切參數(shù)能夠通過操作員在PC上發(fā)出指示，通過用戶輥道臺和運(yùn)輸-長度定位系統(tǒng)允許自動生產(chǎn)循環(huán)。

4 ?結(jié) ?論

通過本次升級改造，系統(tǒng)使用通用化的PLC及變頻設(shè)備，已有的技術(shù)能力完全能勝任后期的維護(hù)工作。同時西門子PLC模塊及S120與廠里其他設(shè)備的備件通用，減少了備件庫存。改造后的控制設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，且控制柜利舊，改造周期短，且此系列產(chǎn)品在市場上被廣泛應(yīng)用，改造后的鋸鉆床設(shè)備不僅提高了設(shè)備工作的可靠性、減少了故障、降低了成本，還提高了工作效率。投用以后，很快達(dá)產(chǎn)，且加工精度、節(jié)奏完全滿足工藝要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 崔興艷.機(jī)床電氣設(shè)備及升級改造 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[2] 徐清書.SINAMICS S120變頻控制系統(tǒng)應(yīng)用指南 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[3] 張斌，解巖，童小建，等.淺談西門子S120驅(qū)動器在鋸鉆機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用 [J].科技展望，2016，26（25）：141.

[4] 王軼，盧杰，范立新.西門子840D數(shù)控系統(tǒng)在軌梁鋸鉆床的應(yīng)用 [J].包鋼科技，2012，38（1）：67-69.

[5] 王益海.基于西門子數(shù)字驅(qū)動伺服611U的鋼軌鋸鉆床控制系統(tǒng) [J].四川冶金，2012，34（3）：33-36+58.

作者簡介：馮楊東（1974.03-），男，漢族，四川西充人，工程師，研究生，研究方向：工業(yè)自動化。