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    摘要：本文介紹了一個(gè)以西門子SIMATIC T-CPU 為控制核心，通過IM174接口模塊以DP(DRIVE)等時(shí)同步模式與T-CPU相連控制第三方的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和變頻系統(tǒng)。人機(jī)界面HMI使用OP270-10，通過MPI通訊方式與T-CPU連接，組成一個(gè)集運(yùn)動(dòng)控制、邏輯控制、監(jiān)控等功能于一體的玻璃機(jī)械電氣控制系統(tǒng)，完成玻璃全自動(dòng)印刷工藝。

　　　重點(diǎn)介紹SIMATIC T-CPU 315T-2 DP的特點(diǎn)、選型思路及架構(gòu)，硬件配置及與第三方伺服驅(qū)動(dòng)如何配置參數(shù)。

關(guān)鍵詞：SIMATIC Technology， SIMATIC T-CPU，DP（DRIVE），第三方，IM174，伺服驅(qū)動(dòng)器，印刷，玻璃機(jī)械，運(yùn)動(dòng)控制，同步控制，多軸控制，isochrones mode

Abstract：This paper introduces that electrical control system with SIMATIC T-CPU as brain, which connecting with third party servo and convertor by interface module IM174 with isochrones mode. HMI part is OP270-10, which connecting with SIMATIC T-CPU with MPI type. The whole system function is motion control tasks, logical control tasks, monitor and diagnostics task, glass and printing technical application.

The thesis introduces that the reason why select SIMATIC T-CPU as brain controller in electrical control system, Technical features of SIMATIC T-CPU, some realization of application, and so on.

Key Words：SIMATIC Technology, SIMATIC T-CPU, DP（DRIVE）, third party servo drive, IM174, servo drive, servo motor, printing machine, glass, motion control, coupling motion, synchronizing axis, isochrones

一、項(xiàng)目概述

　　　深圳市深時(shí)機(jī)電是一家專業(yè)從事工業(yè)自動(dòng)化工程的成套、設(shè)計(jì)、開發(fā)及產(chǎn)品經(jīng)營(yíng)的高科技公司。同時(shí)也是德國(guó)西門子公司授權(quán)的西門子自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品（AS），低壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品（SD）、低壓電器（CD）等產(chǎn)品的一級(jí)代理商，系統(tǒng)集成商。

　　　本文介紹的機(jī)器是全自動(dòng)高速穿梭式絲網(wǎng)印刷機(jī),是針對(duì)汽車玻璃而專業(yè)打造的一款集連續(xù)自動(dòng)上片、儲(chǔ)片、精確定位、穿梭傳輸、自動(dòng)印刷、出料檢測(cè)、快速烘干、儲(chǔ)片、二次精確定位、二次套印、高效烘干、自動(dòng)下片為一體的高精度、高效率的新型玻璃印刷機(jī)。適合于大批量、高效、多色套印的家私、家電、產(chǎn)業(yè)等規(guī)則玻璃。特別適合轎車前后檔、三角窗、側(cè)窗和專業(yè)平板玻璃的大批量生產(chǎn)。

• 整機(jī)采用觸摸屏人機(jī)界面，操作機(jī)器設(shè)備；
• 多色印刷系統(tǒng)，采用獨(dú)立多次精確定位。傳輸采用精確伺服系統(tǒng)控制，穿梭傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)快捷傳輸。
• 選擇配置自動(dòng)上片系統(tǒng)，自動(dòng)儲(chǔ)片系統(tǒng)，自動(dòng)下片系統(tǒng)，UV或IR干燥系統(tǒng)。

工藝介紹

1. 手動(dòng)預(yù)定位定位氣缸上升，人工完成放片，左右定位啟動(dòng)，完成預(yù)定位，上升氣缸左右定位氣缸復(fù)位，啟動(dòng)輸送至于儲(chǔ)片機(jī)。

2. 儲(chǔ)片機(jī)

　　　玻璃進(jìn)入儲(chǔ)片機(jī)，不需儲(chǔ)片時(shí)，此機(jī)作為輸送段，儲(chǔ)片啟動(dòng)時(shí)有兩個(gè)感應(yīng)器(最大玻璃與最小玻璃)最大玻璃時(shí)，最小玻璃感應(yīng)器不工作，反之最大玻璃感應(yīng)器不工作。儲(chǔ)片架每次上升距離為40mm，玻璃輸送時(shí)儲(chǔ)片架不能上升，下降。輸送臺(tái)有玻璃片儲(chǔ)片架不能下降，儲(chǔ)片架下降完成啟動(dòng)輸送至精定位。

3. 精確預(yù)定位

　　　玻璃片進(jìn)入精定位，感應(yīng)器感應(yīng)到玻璃，輸送停止。定位托架上升（氣缸驅(qū)動(dòng)）此二項(xiàng)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，托架上升機(jī)頭下降完成，伺服電機(jī)啟動(dòng)。開始精定位，精定位完成，穿梭輸送上升（氣缸驅(qū)動(dòng)）上升完成，啟動(dòng)真空泵，完成吸附玻璃，伺服電機(jī)復(fù)位，定位托架下降，精定位機(jī)頭上升，穿梭輸送啟動(dòng)送至印刷機(jī)。

4. 印刷主機(jī)

　　　玻璃進(jìn)入印刷機(jī)，穿梭輸送停止，真空吸附關(guān)閉，穿梭架下降重新復(fù)位到預(yù)定位，與此同時(shí)臺(tái)板吸風(fēng)啟動(dòng)，印刷機(jī)頭下降，刮刀氣缸下降，印刷啟動(dòng)，離網(wǎng)啟動(dòng)，離網(wǎng)距離可自行設(shè)定，印刷完成，防滴墨氣缸啟動(dòng)，離網(wǎng)復(fù)位，機(jī)頭上升，刮刀上升，回油刀氣缸下降啟動(dòng)回油，印刷完成的同時(shí)，吸風(fēng)停止，穿梭架上升，真空泵啟動(dòng)，穿梭架輸送開始送至出料擦墨。

5. 擦洗網(wǎng)版

　　　擦洗網(wǎng)版時(shí)，松開鎖緊氣缸，抽出網(wǎng)版，推入網(wǎng)版時(shí)感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到網(wǎng)版，啟動(dòng)鎖緊氣缸完成網(wǎng)框定位。

6. 出料擦墨

　　　玻璃進(jìn)入出料擦墨機(jī)，不需擦墨時(shí)此機(jī)作為傳送帶，擦墨啟動(dòng)時(shí)，機(jī)頭鎖緊氣缸松開，機(jī)頭輸送啟動(dòng)，卷紙啟動(dòng)，輸送卷紙完成，吸風(fēng)啟動(dòng)，（氣缸）機(jī)頭下降，刮刀氣缸下降，下降完畢，啟動(dòng)印刷完成擦墨，吸風(fēng)停止，機(jī)頭上升，機(jī)頭輸送啟動(dòng)。輸送完成，機(jī)頭鎖緊氣缸啟動(dòng)，完成機(jī)頭復(fù)位。

7. 燈箱檢測(cè)機(jī)

　　　玻璃進(jìn)入燈箱檢測(cè)機(jī)，不需要檢測(cè)時(shí)此機(jī)作為輸送段，需檢測(cè)時(shí)，斜轉(zhuǎn)架上的氣缸升起，斜轉(zhuǎn)架啟動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)至30°時(shí)，檢測(cè)燈箱開啟，轉(zhuǎn)動(dòng)燈箱，檢測(cè)玻璃時(shí)不影響玻璃輸送，檢測(cè)完成，燈箱啟動(dòng)復(fù)位，斜轉(zhuǎn)架下降，斜轉(zhuǎn)架下降時(shí)輸送臺(tái)上不能有玻璃片。

二、控制系統(tǒng)構(gòu)成

　　　整個(gè)機(jī)器多達(dá)7處需要精確的定位控制，有兩個(gè)軸（印刷軸和離網(wǎng)軸）需要作凸輪盤同步控制，而且根據(jù)印刷的玻璃大小，凸輪盤要求很方便的通過人機(jī)界面改變凸輪形狀。SIMATIC CPU315T-2 DP集成邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制功能，它做運(yùn)動(dòng)控制最多可以控制8個(gè)軸、16個(gè)凸輪盤，有兩個(gè)通訊口，其中一個(gè)是Profibus DP（DRIVE）口，速度可達(dá)12M bits/sec，通訊是采用ISOCHRONE MODE（等時(shí)同步）模式。ISOCHRONE MODE是PROFIBUS DP 通訊的新技術(shù)，它可以使PROFIBUS DP 的總線周期保持恒定，從而可以大大提高通訊的穩(wěn)定性, 提高傳動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。IM174和ET200均連在此口下，以滿足運(yùn)動(dòng)控制工藝的要求。另外一個(gè)通訊口是標(biāo)準(zhǔn)的MPI/DP口，速度可達(dá)12M bits/sec。用于連接到上位機(jī)PC、HMI和其他標(biāo)準(zhǔn)的DP 從站。用戶可以通過該通訊口，連接標(biāo)準(zhǔn)的ET200進(jìn)行S7-300 PLC功能的擴(kuò)展。

　　　在以往我們都會(huì)選擇FM353或者FM354做定位，而做凸輪盤就要使用FM357-2,但是這種方案成本較高且編程很繁雜，使用、調(diào)試的工作難度也很大。如果選用SIMATIC T-CPU通過IM174模塊控制第三方伺服，只需要一個(gè)CPU315T-2 DP 和2塊IM174就夠了，還有一個(gè)通道可以用來作測(cè)量摖墨紙輸送長(zhǎng)度。這個(gè)方案及滿足力系統(tǒng)所需要的運(yùn)動(dòng)控制功能，又大大的降低了成本并且大大的簡(jiǎn)化了編程和調(diào)試工作，縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期。

硬件配置如下：

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：

三、控制系統(tǒng)完成的功能

　　　本系統(tǒng)的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)就是機(jī)器在印刷不同規(guī)格的玻璃時(shí)，印數(shù)軸的工作行程要求可以是隨意調(diào)整的，例如：印刷軸的最大工作行程時(shí)0～1800mm，離網(wǎng)的最大工作行程是0～40mm，他的同步關(guān)系如下圖黑色線所示，但在印刷小玻璃時(shí)，為了提高效率，可能需要將印刷工作行程改為300～1500mm，離網(wǎng)同步的關(guān)系改成下圖紅色線所示，

　　　可見該系統(tǒng)需要一個(gè)可以在HMI就可以改變形狀的凸輪盤，在SIMATIC T-CPU凸輪盤清除和生成功能正好可以非常容易地解決這個(gè)技術(shù)難題。

四、項(xiàng)目的實(shí)施與運(yùn)行

　　　該系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到調(diào)試，一共花了一個(gè)多月的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了客戶要求的所有功能，整機(jī)印刷速度達(dá)到12片／分鐘

五、應(yīng)用體會(huì)

1. 之前我使用過西門子的SIMOTION D425運(yùn)動(dòng)控制器，這次選用的西門子SIMATIC T-CPU運(yùn)動(dòng)控制器。這兩個(gè)控制器的運(yùn)動(dòng)控制功能都是一樣的，因?yàn)樗鼈兌际遣捎梦鏖T子SIMOTION Kernel 軟件內(nèi)核，但在使用上卻有很大的區(qū)別。

2. SIMOTION采用專門的編程語(yǔ)言MCC、SCL、等，需要很長(zhǎng)一段時(shí)間去適應(yīng)和學(xué)習(xí)。SIMATIC T-CPU 是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的S7-300 CPU，簡(jiǎn)單地通過集成在STEP7 環(huán)境下的工藝軟件包（S7 Technology）來配置和編程，是工程師所熟悉的S7-300 PLC的編程語(yǔ)言環(huán)境，例如：梯形圖LAD, STL，F(xiàn)BD，S7-SCL，CFC，SFC，S7-GRAPH。工程師初次應(yīng)用時(shí)，不用經(jīng)過技術(shù)培訓(xùn)，上手使用就非常迅捷。

3. SIMATIC T-CPU可以很方便的同上位機(jī)通訊，跟以往用S7-300 PLC一樣，非常輕松就可以把位于SIMOTION Kernel 內(nèi)核的各個(gè)伺服軸數(shù)據(jù)顯示上來。當(dāng)邏輯控制需要軸的數(shù)據(jù)時(shí)，可以直接從軸的數(shù)據(jù)塊DB中找到，非常方便。在SIMATIC T-CPU中軸的配置和SIMOTION是一樣的，運(yùn)動(dòng)控制的程序編寫只是簡(jiǎn)單的調(diào)用相應(yīng)的功能就可以實(shí)現(xiàn)。

4. 因?yàn)镾IMATIC T-CPU是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的S7-300 PLC邏輯控制器，所以在擁有了運(yùn)動(dòng)控制功能的同時(shí)，依然保留了強(qiáng)大的PLC邏輯控制功能，SIMATIC NET通訊功能，而且非常容易實(shí)現(xiàn)。而采用SIMOTION D作為控制器時(shí)，編寫邏輯控制程序時(shí)非常復(fù)雜難以實(shí)現(xiàn)。例如，做一個(gè)定時(shí)功能，在PLC中僅僅調(diào)用一個(gè)指令就可以實(shí)現(xiàn)了。但是，在SIMOTION中做一個(gè)定時(shí)功能，需要調(diào)用一個(gè)復(fù)雜的功能塊。當(dāng)想用SIMOTION來編寫一些標(biāo)準(zhǔn)塊時(shí)，更是難以實(shí)現(xiàn)。

5. 當(dāng)定位要求不是很精確、動(dòng)態(tài)響應(yīng)很迅捷的時(shí)候，使用SIMATIC T-CPU通過控制變頻器，就可以完成定位功能。這樣，更是大大降低了OEM廠家的設(shè)備開發(fā)成本。