西門(mén)子Simotion運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在托輥管生產(chǎn)中的應(yīng)用

1 托輥管生產(chǎn)線的工藝流程

　　該設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線主要包括3個(gè)單元：送料單元、切割單元和自動(dòng)下料單元。其中的送料單元包含大量的光電開(kāi)關(guān)和限位開(kāi)關(guān)以保證物料的準(zhǔn)確到達(dá)，并采用氣壓和液壓驅(qū)動(dòng)裝置依據(jù)指令完成料場(chǎng)上料、分料擋料、平移、送管動(dòng)作。其中托輥管在導(dǎo)軌上的移動(dòng)采用伺服軸驅(qū)動(dòng)，以保證管料中心在同一水平位置完成定長(zhǎng)送料，且在管料尾部有一氣壓驅(qū)動(dòng)卡盤(pán)，按照指令完成對(duì)管料的夾緊和松開(kāi)動(dòng)作，在管料前端裝光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)定位，此信號(hào)作為切管的起始位置。

　　切割單元中管料的切割采用三鋸片環(huán)切，通過(guò)變頻器控制旋轉(zhuǎn)和伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在切割時(shí)切割卡盤(pán)先卡緊物料，然后鋸片開(kāi)始旋轉(zhuǎn)、進(jìn)給、切割，最后松開(kāi)物料，回到初始位置等待下一切割指令。

　　自動(dòng)下料單元主要由氣壓驅(qū)動(dòng)的接料盤(pán)、送料軌道、定位裝置及料倉(cāng)組成。實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作過(guò)程是依據(jù)指令指定位置進(jìn)行接料，然后回到翻料位置進(jìn)行選擇翻轉(zhuǎn)方向，廢品直接翻轉(zhuǎn)到廢品料倉(cāng)，而合格產(chǎn)品沿著軌道進(jìn)入定位裝置進(jìn)行定位，最后通過(guò)機(jī)械手送到料倉(cāng)，而料倉(cāng)共分4層會(huì)依據(jù)指令編碼進(jìn)行選擇放置位置，其工藝流程圖如圖1所示。

圖1工藝漉程圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　為解決生產(chǎn)線的自動(dòng)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)上料、切割、分料等一系列動(dòng)作的準(zhǔn)確順利完成，必須有一套完整的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)一般分為硬件和軟件兩部分，其中硬件部分采用先進(jìn)的SIEMENS控制系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)，且整個(gè)控制系統(tǒng)主要分為主回路和控制回路，主回路主要完成對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的配電部分，如完成對(duì)伺服功率單元、液壓氣壓系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)、切割電動(dòng)機(jī)以及相關(guān)輔助部件的供配電；控制回路主要由sIEMENS公司的simotion D435運(yùn)動(dòng)控制器、伺服功率單元、TPl77B觸摸屏、E他00M遠(yuǎn)程輸入輸出模塊、MM440變頻器等組成，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。Simotion控制系統(tǒng)是世界上第一款針對(duì)生產(chǎn)機(jī)械而設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，將運(yùn)動(dòng)控制、邏輯控制集成于一身，為生產(chǎn)機(jī)械提供完整的解決方案。simotion D的功能集成在新的SI—NAMICS S120多軸驅(qū)動(dòng)控制模板上，使之成為一個(gè)極其緊湊的擁有控制器及驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。Simotion D具有兩個(gè)時(shí)鐘同步的PROFIBUS接口和工業(yè)以太網(wǎng)接口，PROFIBuS接口主要用于E曉00M遠(yuǎn)程輸人輸出模塊、TPl77B觸摸屏、變頻器與Simotion D運(yùn)動(dòng)控制器之間的通信，以太網(wǎng)主要用于控制器與生產(chǎn)管理系統(tǒng)之間的通信，而伺服功率單元機(jī)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與simotion D435運(yùn)動(dòng)控制器之間的通信依靠DRIVER—cuQ來(lái)完成。其中觸摸屏用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及數(shù)據(jù)的輸入輸出控制功能；遠(yuǎn)程輸入輸出模塊用于采集光電開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)等傳感器的信號(hào)，并輸出液壓、氣壓裝置及其他相關(guān)附件的執(zhí)行動(dòng)作信號(hào)。

圖2控鍘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了伺服系統(tǒng)、液氣壓系統(tǒng)的工藝與邏輯控制，以及機(jī)床的相關(guān)參數(shù)的設(shè)定和運(yùn)行狀態(tài)的指示功能。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 程序設(shè)計(jì)

　　由于系統(tǒng)中存在著大量的輸人輸出、檢測(cè)反饋元件和執(zhí)行元件，因此在程序設(shè)計(jì)時(shí)首先要解決的是系統(tǒng)的通訊和L／O分配問(wèn)題，把系統(tǒng)中各工藝的輸人輸出量分別分配給PLC中的I／O口，并確定各I／O口的作用和功能，填寫(xiě)變量表確定主站與子站之間的通信，并將以上配置組態(tài)下載到PLC中。在程序設(shè)計(jì)時(shí)主要分為主站程序和子站程序，并將其劃分為各個(gè)模塊，分別定義各模塊的作用和功能，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求確定各輸入、輸出量與操作之間的邏輯關(guān)系，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的操作內(nèi)容和操作順序；在程序編寫(xiě)時(shí)根據(jù)細(xì)化設(shè)計(jì)原則，選擇合適的編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，確定語(yǔ)法和文檔的正確；在調(diào)試時(shí)重點(diǎn)是看程序是否按設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行且是否具備各種必要的功能，在發(fā)生故障時(shí)能否進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的反應(yīng)。

　　控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)主要分為上料、切割和下料3個(gè)部分，且根據(jù)機(jī)床的控制任務(wù)和機(jī)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立的特點(diǎn)，分別對(duì)它們編寫(xiě)了子程序，這些子程序可以獨(dú)立起動(dòng)執(zhí)行，并且可以通過(guò)內(nèi)部的標(biāo)志位實(shí)現(xiàn)子程序間的聯(lián)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)動(dòng)作的循環(huán)執(zhí)行。

　　每個(gè)子程序還分為手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行兩部分，手動(dòng)運(yùn)行可以通過(guò)對(duì)上位機(jī)的簡(jiǎn)單設(shè)置實(shí)現(xiàn)，自助運(yùn)行在上電開(kāi)始程序啟動(dòng)后，會(huì)按照一定的邏輯關(guān)系和順序使各工序間有條不紊地進(jìn)行動(dòng)作。且為了保證動(dòng)作的順序性，系統(tǒng)在程序設(shè)計(jì)時(shí)，采用了前后動(dòng)作互鎖功能，即當(dāng)前一個(gè)動(dòng)作未完成時(shí)，后一個(gè)動(dòng)作不能起動(dòng)執(zhí)行，從而保證了前后動(dòng)作不會(huì)發(fā)生錯(cuò)位。當(dāng)不滿(mǎn)足安全執(zhí)行條件時(shí)，即使發(fā)生動(dòng)作指令，動(dòng)作也不會(huì)執(zhí)行，并且會(huì)通過(guò)人機(jī)界面向操作人員發(fā)出故障警告信息，從而保證了工作人員和機(jī)身的安全，程序流程圖如圖3所示。

圖3程序流程圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　為解決生產(chǎn)線的自動(dòng)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)上料、切割、分料等一系列動(dòng)作的準(zhǔn)確順利完成，必須有一套完整的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)一般分為硬件和軟件兩部分，其中硬件部分采用先進(jìn)的SIEMENS控制系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)，且整個(gè)控制系統(tǒng)主要分為主回路和控制回路，主回路主要完成對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的配電部分，如完成對(duì)伺服功率單元、液壓氣壓系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)、切割電動(dòng)機(jī)以及相關(guān)輔助部件的供配電；控制回路主要由sIEMENS公司的simotion D435運(yùn)動(dòng)控制器、伺服功率單元、TPl77B觸摸屏、E他00M遠(yuǎn)程輸入輸出模塊、MM440變頻器等組成，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。Simotion控制系統(tǒng)是世界上第一款針對(duì)生產(chǎn)機(jī)械而設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，將運(yùn)動(dòng)控制、邏輯控制集成于一身，為生產(chǎn)機(jī)械提供完整的解決方案。simotion D的功能集成在新的SI—NAMICS S120多軸驅(qū)動(dòng)控制模板上，使之成為一個(gè)極其緊湊的擁有控制器及驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。Simotion D具有兩個(gè)時(shí)鐘同步的PROFIBUS接口和工業(yè)以太網(wǎng)接口，PROFIBuS接口主要用于E曉00M遠(yuǎn)程輸人輸出模塊、TPl77B觸摸屏、變頻器與Simotion D運(yùn)動(dòng)控制器之間的通信，以太網(wǎng)主要用于控制器與生產(chǎn)管理系統(tǒng)之間的通信，而伺服功率單元機(jī)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與simotion D435運(yùn)動(dòng)控制器之間的通信依靠DRIVER—cuQ來(lái)完成。其中觸摸屏用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及數(shù)據(jù)的輸入輸出控制功能；遠(yuǎn)程輸入輸出模塊用于采集光電開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)等傳感器的信號(hào)，并輸出液壓、氣壓裝置及其他相關(guān)附件的執(zhí)行動(dòng)作信號(hào)。

圖2控鍘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了伺服系統(tǒng)、液氣壓系統(tǒng)的工藝與邏輯控制，以及機(jī)床的相關(guān)參數(shù)的設(shè)定和運(yùn)行狀態(tài)的指示功能。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 程序設(shè)計(jì)

　　由于系統(tǒng)中存在著大量的輸人輸出、檢測(cè)反饋元件和執(zhí)行元件，因此在程序設(shè)計(jì)時(shí)首先要解決的是系統(tǒng)的通訊和L／O分配問(wèn)題，把系統(tǒng)中各工藝的輸人輸出量分別分配給PLC中的I／O口，并確定各I／O口的作用和功能，填寫(xiě)變量表確定主站與子站之間的通信，并將以上配置組態(tài)下載到PLC中。在程序設(shè)計(jì)時(shí)主要分為主站程序和子站程序，并將其劃分為各個(gè)模塊，分別定義各模塊的作用和功能，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求確定各輸入、輸出量與操作之間的邏輯關(guān)系，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的操作內(nèi)容和操作順序；在程序編寫(xiě)時(shí)根據(jù)細(xì)化設(shè)計(jì)原則，選擇合適的編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，確定語(yǔ)法和文檔的正確；在調(diào)試時(shí)重點(diǎn)是看程序是否按設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行且是否具備各種必要的功能，在發(fā)生故障時(shí)能否進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的反應(yīng)。

　　控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)主要分為上料、切割和下料3個(gè)部分，且根據(jù)機(jī)床的控制任務(wù)和機(jī)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立的特點(diǎn)，分別對(duì)它們編寫(xiě)了子程序，這些子程序可以獨(dú)立起動(dòng)執(zhí)行，并且可以通過(guò)內(nèi)部的標(biāo)志位實(shí)現(xiàn)子程序間的聯(lián)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)動(dòng)作的循環(huán)執(zhí)行。

　　每個(gè)子程序還分為手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行兩部分，手動(dòng)運(yùn)行可以通過(guò)對(duì)上位機(jī)的簡(jiǎn)單設(shè)置實(shí)現(xiàn)，自助運(yùn)行在上電開(kāi)始程序啟動(dòng)后，會(huì)按照一定的邏輯關(guān)系和順序使各工序間有條不紊地進(jìn)行動(dòng)作。且為了保證動(dòng)作的順序性，系統(tǒng)在程序設(shè)計(jì)時(shí)，采用了前后動(dòng)作互鎖功能，即當(dāng)前一個(gè)動(dòng)作未完成時(shí)，后一個(gè)動(dòng)作不能起動(dòng)執(zhí)行，從而保證了前后動(dòng)作不會(huì)發(fā)生錯(cuò)位。當(dāng)不滿(mǎn)足安全執(zhí)行條件時(shí)，即使發(fā)生動(dòng)作指令，動(dòng)作也不會(huì)執(zhí)行，并且會(huì)通過(guò)人機(jī)界面向操作人員發(fā)出故障警告信息，從而保證了工作人員和機(jī)身的安全，程序流程圖如圖3所示。

圖3程序流程圖