1ST40繼電器輸出模塊

隨著“十一五”節(jié)能減排政 策的貫徹落實(shí)，門窗行業(yè)對于型材的 節(jié)能效果也提出了新的要求。傳統(tǒng)的 鋁合金門窗由于型材本身的特點(diǎn)—— 傳導(dǎo)散熱快，對于在冬季有效保持室 內(nèi)溫度的要求不能有效的滿足，節(jié)能 效果較差。的鋁塑門窗利用塑料 型材 ( 隔熱性高于鋁型材 1250 倍 ) 將 室內(nèi)外兩層鋁合金既隔開又緊密連接 成一個整體，比普通門窗熱量散失減 少一半，降低取暖費(fèi)用 30% 左右，成 為門窗行業(yè)新的發(fā)展趨勢。 S7-200 SMART 在鋁塑門窗雙頭切割鋸上的應(yīng)用 S7-200 SMART Application in Double-head Dicing Saw for Aluminium-Plastic Windows 濟(jì)南魯控自動化有限公司 蒿 陽 濟(jì)南倫渠數(shù)控機(jī)電有限公司 金大鵬 西門子 ( 中國 ) 有限公司 韓榮斌 Hao Yang Jin Dapeng Han Rongbin 摘? 要：本文介紹了西門子 S7-200 SMART PLC 及 SMART LINE 觸摸屏在鋁塑門窗行業(yè)切割鋸 設(shè)備上的應(yīng)用，闡述了工藝流程、控制系統(tǒng)選型和軟件開發(fā)。結(jié)合 SINAMICS V60 伺服驅(qū)動器， 整套西門子小型自動化解決方案有效提升設(shè)備的運(yùn)行效率，滿足了型材切割的精度要求。 關(guān)鍵詞：S7-200 SMART SMART LINE 鋁塑門窗 切割鋸 Abstract: The paper introduced application of S7-200 SMART PLC and SMART LINE HMI in Double-head Dicing Saw for Aluminium-Plastic Window, describing machine process, control system configuration, and software design and realization. Working with SINAMICS V60, total Siemens micro-automation solution enhanced operation efficiency and met precision requirements of material dicing. Key words: S7-200 SMART SMART LINE Aluminium-Plastic Windows Dicing saw 【中圖分類號】TG48 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 文章編號 3)03-0000-04 圖 1 切割鋸 門窗型材的變化推動著門窗加工 設(shè)備的種類逐漸細(xì)化、品種逐漸多樣 化，對生產(chǎn)工藝也有了更 高的要求。門窗型材鋸切 作為門窗生產(chǎn)流程的重 要環(huán)節(jié)，其加工精度直接 影響門窗的質(zhì)量與生產(chǎn) 效率。目前鋁塑型材鋸切 機(jī)床的加工精度較低，鋸 切后的鋁型材主要靠后 續(xù)的安裝彌補(bǔ)鋸切時的 誤差，塑料型材靠后續(xù)的 焊接彌補(bǔ)鋸切時的誤差， P2013-03雙色.indd 41 2013-3-18 10:15:15 42 《PLC&FA》 PLC&IPC&EAS PLC&IPC&EAS 2 工藝原理 2.1 切割鋸系統(tǒng)性能 濟(jì)南倫渠數(shù)控機(jī)電有限公司 生產(chǎn)各種鋁塑加工設(shè)備，針對 的切割鋸設(shè)備性能需求，提出了以 西門子推出的小型 PLC S7-200 SMART 作為主控制器，同時采用了 SMART LINE 觸摸屏和 SINAMICS V60 伺服驅(qū)動器。整套的西門子小型 自動化解決方案優(yōu)化了設(shè)備性能，調(diào) 試也更加便利，其基本性能如下： (1) 效率高：運(yùn)行速度可達(dá)每分 鐘 20 米，切割 3mm 鋁板速度可達(dá) 到 1.5 ～ 3m/min； (2) 切力大：切割深度可達(dá) 3 ～ 8mm，切割口平滑，無毛邊，不變形； (3) 精度高：能進(jìn)行準(zhǔn)確定位， 定位精度可達(dá) 0.02mm； (4) 性能穩(wěn)定：可 24 小時不間斷 作業(yè)，廢品率低； (5) 功能豐富：擁有斷點(diǎn)、斷電 復(fù)位，加工時間預(yù)測等功能。 2.2 切割鋸原理結(jié)構(gòu) 鋁塑門窗雙頭切割鋸由機(jī)械系統(tǒng) 和電氣系統(tǒng)構(gòu)成，前者包括鋸頭、固 定機(jī)頭、移動機(jī)頭、移動機(jī)頭拖動裝 置、床身、托料架等機(jī)械結(jié)構(gòu)，后者 由電氣箱、電氣控制操作臺等電氣系 統(tǒng)及氣動系統(tǒng)組成，用于實(shí)現(xiàn)對型 材定尺定角度切割下料設(shè)備的控制。 鋁塑門窗雙頭切割鋸上的切割* 使用硬質(zhì)合金齒鋸片，切削速度快、 效率高、加工精度高。該機(jī)也可用于 木料加工，其兩個機(jī)頭可單獨(dú)工作也 可同時工作，一次切出需要的長度及 切口角度。 (1) 鋸頭。鋸頭部分由左、右鋸 頭組成。左鋸頭為固定鋸頭，右鋸頭 隨拖板在圓導(dǎo)軌上左右移動。拖板與 導(dǎo)軌之間有直線運(yùn)動副。鋸頭的左右 運(yùn)動輕快、靈活，保證了運(yùn)動的平穩(wěn) 性。鋸片的進(jìn)給由雙作用氣液阻尼缸 完成。其氣動控制系統(tǒng)具有無極調(diào)速 的功能，根據(jù)加工需要，可調(diào)節(jié)其進(jìn) 給及返回的速度，使之具有慢速進(jìn)給 快速返回的功能； (2) 床身。床身由低碳鋼矩形鋼 管焊接而成，焊接后經(jīng)時效處理，保 證了床身的剛度及穩(wěn)定性； (3) 工作臺。固定工作臺和左鋸 頭裝在一起，活動工作臺隨拖板在導(dǎo) 軌上可左右水平移動。 2.3 切割鋸工藝流程與特點(diǎn) 機(jī)床的床身上裝有兩個鋸頭。左 鋸頭為固定的，用螺釘固定在床身 上，右鋸頭可由把手拉動在圓導(dǎo)軌上 移動并可鎖定在所需位置上。工作切 削的長度，由安裝在床身上的刻度尺 指示，長度的調(diào)整通過手輪微調(diào) 進(jìn)行。 右機(jī)頭的右邊裝有操作臺，隨鋸 頭一起運(yùn)動，電氣控制元件均裝在操 作臺上。工件放到工作臺上后只要 操作人員按操作規(guī)程按動按鈕，機(jī) 器即可完成工件定位，壓緊、切割、 *返回、松開等工序。 該機(jī)的設(shè)計充分考慮到了工作人 員的安全。鋸頭運(yùn)動部分，全部罩在 可開啟的、堅固的安全罩內(nèi)。 切割鋸工藝流程如圖 2 所示。 3 電控系統(tǒng)設(shè)計 3.1 PLC 控制器 鋁塑門窗雙頭切割鋸設(shè)備所需的 PLC 控制點(diǎn)數(shù)為數(shù)字量輸入 20 點(diǎn)， 數(shù)字量輸出 16 點(diǎn)，其中設(shè)備右鋸頭 需用伺服控制其左右移動定位，定 位信號通過磁柵尺的反饋到 PLC。 該系統(tǒng)中控制器選用西門子 S7-200 SMART CPU ST40，其他數(shù)字量輸入 24 點(diǎn)，數(shù)字量輸出 16 點(diǎn)。同時該 CPU 模塊具備三軸 100kHz 的高速脈 沖輸出，在不增加高速脈沖輸出模 塊的前提下即能滿足伺服定位的需 求，其磁柵尺的反饋信號可直接接 入 PLC 的輸入點(diǎn)中，利用 PLC 的高 速計數(shù) A/B 相功能即可采集。 3.2 人機(jī)界面 人機(jī)界面選用西門子 SMART LINE 觸摸屏，64k 真彩顯示，通過 以太網(wǎng)與 S7-200 SMART 實(shí)現(xiàn)便捷 高效的通訊。一方面能將設(shè)備的狀 態(tài)、行走位置等數(shù)據(jù)實(shí)時的反饋至人 機(jī)界面，另一方面可以通過人機(jī)界面 上實(shí)時修改設(shè)備的運(yùn)行模式、行走位 置等。 3.3 伺服驅(qū)動器 設(shè)備的右鋸頭可以左右移動， 移動通過絲杠加直線導(dǎo)軌的機(jī)械部 件實(shí)現(xiàn)行走定長功能，控制絲杠用 的 是 1.5kW 的 伺 服， 選 用 西 門 子 SINAMICS V60 驅(qū)動系統(tǒng)，包含有 CPM60.1 驅(qū)動模塊和 1FL5 交流伺 服電機(jī)及配套電纜。SINAMICS V60 伺服驅(qū)動器通過脈沖輸入接口來接 圖 2 工藝流程圖 P2013-03雙色.indd 42 2013-3-18 10:15:16 《PLC&FA》 2013 年 03 月 43 受從 S7-200 SMART 發(fā)來的脈沖序列，進(jìn)行速度和位置 控制，通過數(shù)字量接口信號來完成驅(qū)動器運(yùn)行的控制和 實(shí)時狀態(tài)的輸出。根據(jù)用戶的中慣量伺服電機(jī)的需求， 選用 SINAMICS V60 7.7Nm 伺服電機(jī)及其驅(qū)動器。同時 V60 伺服具有 10000 脈沖 / 轉(zhuǎn)的高分辨率，配合設(shè)備上特 殊的機(jī)械設(shè)計，可滿足設(shè)備 0.02mm 控制精度的要求。 硬件配置如表 1 所示。 表 1 切割鋸 PLC 硬件配置 序號 訂貨號 描述 數(shù)量 1 6 E S 7 2 8 8 - 1ST40-0AA0 S7-200 SMART 標(biāo)準(zhǔn)型 CPU 模塊，晶體 管輸出，24VDC 供電，24 輸入 /16 輸出 1 2 6 AV 6 6 4 8 - 0BC11-3AX0 SMART LINE 7 寸觸摸屏，64k 真彩， 內(nèi)置以太網(wǎng)接口 1 3 6 F C 5 5 4 8 - 0AF04-0BA0 SINAMICS V60 驅(qū) 動 系 統(tǒng)，1.5kW， 1FL5- 電機(jī) ( 不帶抱閘 )，電纜長度 10M 1 4 切割鋸軟件設(shè)計 S7-200 程序開發(fā)主要包括邏輯程序、磁柵尺高速計 數(shù)，伺服運(yùn)動控制功能等。 4.1 PLC 邏輯程序 根據(jù)設(shè)備的具體工藝編寫邏輯程序，主要分為點(diǎn)動、 排料、角碼等，使用子程序?qū)ι鲜龉δ苓M(jìn)行歸類，程序 邏輯更加清晰，邏輯編寫示意圖如圖 3 所示。 4.2 磁柵尺高速計數(shù) 此設(shè)備上磁柵尺用于記錄右鋸刀行走當(dāng)前位置，輸出 A/B 相正交信號，利用 S7-200 SMART PLC 的高速計數(shù) 功能可非常方便的采集磁柵尺反饋的位置信號。 Micro/WIN SMART 提供高速計數(shù)器向?qū)?，高速計?shù) 模式 9 為 A/B 相正交計數(shù)器模式，通過參數(shù)設(shè)置能夠生 成用于高速計數(shù)器的子程序，編程者只需將這些子程序 進(jìn)行簡單調(diào)用，即可實(shí)現(xiàn)對磁柵尺信號的采集。例如先 在初始化程序中將當(dāng)前值 CV 設(shè)為斷電之前的數(shù)值，將預(yù) 設(shè)值 PV 設(shè)為，利用邊沿指令使觸摸屏上設(shè)置的數(shù)值 改變當(dāng)前值 CV 和預(yù)設(shè)值 PV。SMB37 為控制字，SMD38 為當(dāng)前值 CV，SMD42 為預(yù)設(shè)值 PV，HDEF 指令將計數(shù) 器工作模式設(shè)置為 9，HSC 指令執(zhí)行以上的操作。初始 化程序中設(shè)置高速計數(shù)功能圖如圖 4 所示。 4.3 伺服運(yùn)動控制 S7-200 SMART 運(yùn)動控制功能通過設(shè)置向?qū)Ъ纯蓪?shí) 現(xiàn)。選擇測量系統(tǒng)：在 Micro/WIN SMART 運(yùn)動向?qū)?中只需通過參數(shù)設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)工程單位和脈沖的轉(zhuǎn)換， 直觀的顯示了控制對象的單位，而無需進(jìn)行人為的計 算。此設(shè)備選擇工程單位，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要 10000 個 脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈工作臺行走 10mm，控制精度可達(dá) 0.001mm/ 脈沖，從而能更容易的地實(shí)現(xiàn)用戶 0.02mm 圖 3 邏輯編寫示意圖 圖 4 設(shè)置高速計數(shù)功能圖 精度的要求。 在向?qū)傻墓δ軌K中，常用到以下幾個子程序： AXISx_CTRL 子例程 ( 控制 ) 用于啟用和初始化運(yùn) 動軸。 AXISx_MAN 子例程 ( 手動模式 ) 將運(yùn)動軸置為手動 模式，用于電機(jī)按不同的速度運(yùn)行，或沿正向或負(fù)向慢進(jìn)。 (1) 初始化子程序調(diào)用圖如圖 5 所示： (2) 手動子程序調(diào)用圖如圖 6 所示： 4.4 人機(jī)界面設(shè)計 人機(jī)界面組態(tài)：系統(tǒng)主要包括點(diǎn)動功能、排料功能、 加工功能、設(shè)置功能等。 (1) 點(diǎn)動功能：在觸摸屏上通過按鈕手動控制設(shè)備各

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