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

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關(guān)鍵詞:西門子 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 托輥管生產(chǎn)

    托輥目前廣泛應(yīng)用于礦業(yè)生產(chǎn)、碼頭等大量使用帶式輸送設(shè)備的行業(yè),消耗和需求量都比較大。托輥的加工主要包括托輥管加工、軸加工、軸承卡圈以及密封件的裝配,而托輥管的生產(chǎn)速度和質(zhì)量,不僅影響了后序加工的生產(chǎn)進(jìn)程,也關(guān)系著整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量好壞,因此為滿足這一工業(yè)需求,結(jié)合西門子公司的Simotion運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)出托輥管自動(dòng)化生產(chǎn)線。此生產(chǎn)線采用先進(jìn)的SIEMENS控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)作為主要的控制單元,以確保托輥管的快速高質(zhì)量生產(chǎn)。

    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,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、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

    3.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)


      隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展以及機(jī)器復(fù)雜程度不斷提高,在生產(chǎn)過(guò)程中人機(jī)界面的重要性越來(lái)越受到設(shè)計(jì)人員的關(guān)注,人機(jī)界面的好與壞也體現(xiàn)著設(shè)備的先進(jìn)性與智能化水平。該系統(tǒng)采用SIEMENS公司的TPl77B彩色觸摸屏,其與主運(yùn)動(dòng)控制器為同一公司產(chǎn)品,因此有良好的通訊接口,使運(yùn)動(dòng)控制器的信息更加直觀地反應(yīng)在觸摸屏上,同時(shí)使機(jī)床的調(diào)試和加工參數(shù)的調(diào)整更加方便。由于觸摸屏使用強(qiáng)大的圖文編輯功能軟件wincc Flexible編寫(xiě)程序,大大簡(jiǎn)化了故障和報(bào)警程序的編寫(xiě)難度。

      人機(jī)界面主要有開(kāi)機(jī)畫(huà)面、主畫(huà)面、自動(dòng)循環(huán)畫(huà)面、手動(dòng)操作畫(huà)面、報(bào)警信息畫(huà)面等。開(kāi)機(jī)畫(huà)面顯示機(jī)床的初始化信息;主畫(huà)面顯示機(jī)床的名稱、操作狀態(tài)、主控制器的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置、切換畫(huà)面按鈕及用于啟動(dòng)、復(fù)位、置位的按鈕等;手動(dòng)操作畫(huà)面顯示伺服軸回零、伺服軸正反向點(diǎn)動(dòng)等;自動(dòng)循環(huán)畫(huà)面用于顯示程序在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)所正在進(jìn)行的工序以及各軸的實(shí)際速度位置參數(shù)等;報(bào)警信息畫(huà)面用于顯示機(jī)床的故障信息,當(dāng)操作不當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)自動(dòng)彈出警告信息,使機(jī)床操作人員知道故障之所在。觸摸屏的畫(huà)面關(guān)系圖如圖4所示。


    圖4主要的人機(jī)界面

      3.3 生產(chǎn)線的監(jiān)控與報(bào)警

      為保證生產(chǎn)線的順利與安全生產(chǎn),該系統(tǒng)通過(guò)觸摸屏TPl77B和操作站三色燈塔實(shí)時(shí)顯示各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)狀況,并通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)在上位機(jī)上顯示。一旦生產(chǎn)出現(xiàn)故障,觸摸屏和上位機(jī)上都會(huì)出現(xiàn)故障信息,同時(shí)操作站三色燈塔紅色亮起,工作人員會(huì)根據(jù)故障信息進(jìn)行緊急處理,保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

    4 結(jié)語(yǔ)

      該系統(tǒng)采用SIEMENs公司的Simotion D435控制器和伺服功率單元作為生產(chǎn)線的主要控制單元,因其自身強(qiáng)大的工程開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和多功能結(jié)構(gòu)化軟件模塊,大大縮短了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期,提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,在投人生產(chǎn)后提高了切管的效率和切管的質(zhì)量,大大降低了生產(chǎn)成本,為托輥的后序生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。此外結(jié)合Simotion運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的托輥管自動(dòng)化生產(chǎn)線在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用,不但改善了操作工人的勞動(dòng)條件,降低了勞動(dòng)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,而且還能確保生產(chǎn)的安全性,提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量,生產(chǎn)線如圖5所示。
     


    圖5托輥管生產(chǎn)線


    (審核編輯: 智匯張瑜)

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