西门子SIMATIC T-CPU在高速散热带成型机中的应用_1

作者: admin 分类: 新闻 发布时间: 2019-06-20 14:09

  散热带是空调行业中,最重要也是用得最多的零部件之一,它对散热器和冷凝器的温控效果,起到非常重要的作用。由于散热带成型技术的工艺复杂性,而且空调行业对它的需求量又很大,所以它的制造工艺往往很难用简单的机械设备来实现。传统工艺制造方法是:通过机械的齿轮传动,加上简单的伺服控制。传统工艺制造的技术弱点是:工艺参数修改困难,而且控制精度较差。

  此次,我公司研制的这套散热带成型机设备,电气控制部分采用了西门子simatic cpu315t-2dp对系统的各个传动轴进行精确的运动控制,不仅可以有效地提高传动轴的定位精度,同时能够在整个系统运行过程中实时修改工艺参数,很好地克服了传统设备中的技术弱点。

控制系统构成

  散热带成型机是一套典型的运动控制系统,它的原料是一盘被卷成盘状的散热带,见图1,而它的成品是一根根有着同样长度和一定高度的锯齿型散热带,见图2。

  这个机床共由六根轴构成,如图3所示。对轴的各种操作和工艺参数,均是通过西门子的人机界面(hmi)来设定。系统的第一根轴是速度轴,通过变频器实现速度控制,其作用是将机床的原料盘状的散热带按照系统设定的运行速度快速放出。系统的第二根轴经过齿轮箱和成型刀具相连,虽然它也是由变频器控制,但它却是机床的主轴,因为在它的轴端安装了作为整个系统主动轴的增量式编码器。第三根轴是一根从动轴,它的位置介于第一根轴和第二根轴之间起到一种阻尼和缓冲的作用。在传统的工艺中,这根轴被磁粉制动器所代替,但由于磁粉制动器的磁粉随着时间的推移被磁化,产品的质量得不到充分保证。现在我们将这根轴和主轴进行电子齿轮比的相对同步控制,使它和主轴形成一个微小的速差以产生一定的张力,这样既克服了磁粉制动器的缺点,同时也消除了由于原料不平整等因素引起的制造误差。

  散热带经过了成型刀具成型之后,形成松散的锯齿状。但是,成品散热带的锯齿状是很紧密的,并且散热带成锯齿状后有较强的弹性,不容易形成最终的形状。因此,第四、第五、第六根轴,要对整根散热带子进行多级整形调整。由于机床运行过程中,散热带的移动速度很快,要达到每秒三米,所以系统控制的一个难点是:各整形轴之间要配合得恰到好处,且不能产生累积误差。在这里我公司使用了simatic t-cpu所提供的绝对电子齿轮比作精确地同步功能,使得第四、第五、第六根轴和主轴末端的编码器实现位置同步,很好地解决了这一难题。

  系统控制中的另一个难点是:在散热带的快速移动中切出长短一致的带子。对机床第六根轴的控制中,我们使用了simatic t-cpu的电子齿轮比同步中的output cam功能,使第六根轴到达规定位置后能迅速发出信号,触发刀具切断带子。

  整个机床的六根轴,通过profibus-dp(driver)通讯口的等时同步通讯模式进行联接,极大地提高了系统的一致性、稳定性和快速性。

控制系统完成的功能

  整个控制系统的核心部件,我们选择了西门子的simatic cpu315t-2dp。它是西门子家族中一款性价比较高的,集成了西门子simotion运动控制器和simatic逻辑控制器于一体的新一代s7-300 plc自动化控制产品。这两大著名的西门子控制器内核之间的通讯,是由simatic t-cpu的内部硬件来保证,勿需要用户额外编制通讯程序,实现了复杂的逻辑控制器和高级的运动控制器之间的无缝连接,节省了用户的开发成本,大大缩短了系统的编程、调试时间。

  系统中将 cpu315t-2dp的两个通讯口都配置成12m bits/s的通讯速率,其中标准的mpi/dp口用于连接人机界面和变频器,另一个profibus dp(drive)口连接伺服控制器和外接编码器。整个系统的六根轴由simatic t-cpu通过profibus总线形式,采用isochrone mode(等时同步)模式链接控制,极大地提高了系统的控制精度。硬件配置见图4。

  伺服控制器采用了西门子最新推出的sinamics s120 cu320,如图5所示。电机模块选用了书本型并带有drive-cliq接口的双轴模块,电机选用1fk7系列带有drive-cliq接口的伺服电机。硬件组态时通过软件s7 technology中集成的s7t config调试软件,使用驱动器参数自动配置模式,一次性将所有伺服系统数据(包括:伺服驱动器参数配置,伺服电机参数,伺服电机所带的编码器)读上来,免去了繁琐的伺服驱动器和电机的参数配置过程。

项目的实施与运行

  simatic t-cpu的开发软件,通过集成在step7环境下的工艺软件包s7 technology进行硬件配置,驱动器调试,工艺参数设置,编制程序。

  对simatic t-cpu就编制程序工作而言,与使用simatic s7-300 plc的编程软件step7完全一致。这也是对于工程技术人员最具诱惑力的地方,只要你有plc编程的技术基础,你就可以在simatic t-cpu这个平台上,独立地完成非常复杂的运动控制系统开发任务。由于simatic t-cpu是一个集成了西门子simotion优秀运动控制器和simatic逻辑控制器于一体的新一代simatic s7-300 plc自动控制产品,所以,你不仅仅可以轻松得到卓越的西门子simatic s7-300 plc控制器的诸多技术优势(例如,逻辑控制,工业网络通讯,hmi通讯,远程诊断,等等),同时,可以顺便得到西门子优秀simotion运动控制器的诸多运动控制技术优势。

  simatic t-cpu主要用于各种需要多轴运动控制的应用场合。这种多轴运动控制系统的应用,对电气控制系统的实现往往有一定的难度。如果你采用了simatic t-cpu,只要在电脑中安装了step 7软件和s7-technology软件包,所有多轴运动工艺所需要的运动控制功能,都可以在step 7编程库中找到相对应的命令功能块,调用它们和使用通常的simatic s7-300软件功能块没有任何差别。你可以采用plc结构化编程方式,非常容易地实现运动控制的编程、调试工作。这样,西门子simatic t-cpu的用户,对工程师运动控制的知识背景要求不高,非常人性化。

  工艺轴的参数,如速度、位移等等,以及轴的各种状态和错误信息都包含在分配给轴的db块中,编程时只要读取各个轴的db块中相应地址的数值,就能对轴的运动状态一目了然。而且,通过db块中的错误报警信息,能够及时地判断和处理故障。图6是机床的四根伺服轴经过配置后所生成的db块。

应用体会

  机床投入运行后工作正常,性能稳定。尤其是设备能够达到每秒3米的成型速度,及其可以动态修改工艺参数的技术特性,受到了用户的好评。

  回顾机床控制系统的开发过程,庆幸自己在项目方案选型阶段,作出了明智的决定选择西门子simatic t-cpu作为控制系统的核心部件,从而保证自己可以在短短几个月时间内,成功地进行了整个复杂电气控制系统的研发,提供了有力的技术保证。

  在系统的研发过程中,得到了西门子技术支持团队的良好服务,在此表示衷心地感谢。

如果觉得我的文章对您有用,请随意打赏。您的支持将鼓励我继续创作!