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一、項目簡介
1. 江蘇新瑞機(jī)械有限公司坐落于江蘇常州，是一家專業(yè)從事數(shù)控設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)的現(xiàn)代化制造型企業(yè)。公司主要產(chǎn)品覆蓋立式加工中心全部系列、數(shù)控車床全部系列、SR系列壓鑄機(jī)全部系列，具有高速度、高精度、高可靠性等特點(diǎn)。新瑞機(jī)械秉承“務(wù)實敬業(yè)、合作高效、銳意進(jìn)取、精益求精”的企業(yè)精神，把一流的產(chǎn)品貢獻(xiàn)給客戶，把永不滿足留給企業(yè)，把信心、技術(shù)和競爭力來實現(xiàn)“構(gòu)筑業(yè)界一流企業(yè)，爭創(chuàng)業(yè)內(nèi)第一品牌”的承諾。
2. 壓鑄機(jī)的主要工作原理是壓鑄成型。在高壓的作用下，使液態(tài)或半液態(tài)的金屬，以較高的速度填充壓鑄型型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。系統(tǒng)有2組比例閥：比例壓力和比例流量，用來控制機(jī)器的液壓動作，如動芯一入、動芯二入、靜芯入、動芯一出、動芯二出、靜芯出、開模、合模、頂針進(jìn)、頂針退；壓射動作分3步：慢壓射、快壓射和增壓射，由3個獨(dú)立的步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)油泵的開口；輔機(jī)由噴霧機(jī)械手、給湯機(jī)械手和取件機(jī)械手組成，動作速度由畫面設(shè)定，由相應(yīng)的變頻器控制輸出。
3. 項目當(dāng)中使用的西門子自動化產(chǎn)品的型號、數(shù)量、類型、何種控制對象
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型號 |
數(shù)量 |
類型 |
控制對象 |
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OP270 10 |
1 |
10.4”,256色 |
HMI |
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CPU313C
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1
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24DI,D24V
16DQ,DC24V,0.5A
5AI
2AQ
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數(shù)字量輸入
數(shù)字量輸出，3 PWM輸出
模擬量輸入：給湯機(jī)械手湯臂位置，給湯機(jī)械手湯勺位置，系統(tǒng)壓力
模擬量輸出：給湯機(jī)械手湯臂速度，給湯機(jī)械手湯勺速度 |
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SM321 |
3 |
32DI,DC24V |
數(shù)字量輸入 |
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SM322 |
2 |
8DQ,DC24V,2A |
數(shù)字量輸出（電磁閥輸出） |
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SM322 |
3 |
16DQ,DC24V,0.5A |
數(shù)字量輸出 |
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SM335
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1
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4AI
4AQ
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模擬量輸入：移模電子尺、壓射電子尺、頂針電子尺、壓射壓力檢測
模擬量輸出：比例壓力、比例流量 |
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IM365 |
1 |
P-BUS |
擴(kuò)展機(jī)架 |
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RAIL |
2 |
480mm |
導(dǎo)軌 |
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MPI Cable |
1 |
5m |
電纜 |
4. 照片
新瑞SR150型壓鑄機(jī)
二、控制系統(tǒng)構(gòu)成
1. 硬件配置、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及選擇依據(jù)
系統(tǒng)由HMI和S7-300型PLC構(gòu)成。因為有位置、壓力、速度等曲線需要顯示，所以選擇了OP270 10。顯示效果比較好，有操作按鍵，容易維護(hù)；由于需要3路PWM輸出控制步進(jìn)電機(jī)，所以選擇了CPU313C，幾乎全部利用該CPU的數(shù)字量輸入輸出及模擬量輸入輸出，性價比非常好；另外，由于壓射過程非�？欤ǔ�10-50m/s，有時甚至可以達(dá)到100m/s以上。系統(tǒng)需要高速采集大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、分析和比較，因此選擇了SM335模塊，它的模擬量輸入輸出速度快、精度高，還可以產(chǎn)生硬件中斷。
2. 附加系統(tǒng)的硬件配置圖，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，應(yīng)用中的監(jiān)視畫面。
輔機(jī)系統(tǒng)主要是由3個機(jī)械手構(gòu)成：噴霧機(jī)械手、給湯機(jī)械手和取件機(jī)械手。他們根據(jù)壓鑄機(jī)的動作循環(huán)，在相應(yīng)的位置進(jìn)行動作。
3. 多種可選方案的比較：由于有3個步進(jìn)電機(jī)需要控制，在選擇方案時考慮過用CPU313C加3個FM353模塊，該模塊是1軸步進(jìn)電機(jī)定位模塊，最高脈沖頻率可達(dá)200KHz，但此方案成本太高；考慮到本機(jī)器對脈沖頻率要求不高，CPU313C模塊中集成的3路PWM輸出脈沖頻率可達(dá)2.5KHz，已經(jīng)完全可以滿足系統(tǒng)的要求。因此只用1個CPU313C就完成控制要求，性價比很完美！
三、控制系統(tǒng)完成的功能
1. 整個控制系統(tǒng)可以分為人機(jī)界面顯示部分和PLC控制部分。其中PLC控制系統(tǒng)可以分為以下幾個部分：壓鑄機(jī)動作順序控制、壓射曲線顯示、PWM輸出控制和機(jī)械手控制。壓鑄機(jī)的動作控制如開模合模，是根據(jù)不同的位置送出不同的壓力和流量，通常合模分4級，開模分3級。考慮到液壓動作的平滑，本系統(tǒng)加了軟件斜率，在每個動作的開始、切換和結(jié)束時都要通過斜率平滑過渡，使動作很流暢而且聲音很小。在機(jī)器的使用過程中模具的調(diào)整很麻煩，自動調(diào)模功能自動完成的繁瑣的調(diào)節(jié)過程，簡化操作；壓射過程對機(jī)器的成型非常重要，需要采集大量的位置、壓力和位置數(shù)據(jù)，壓射動作分3步：慢壓射、快壓射和增壓射，由3個獨(dú)立的步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)油泵的開口控制壓射的速度；PWM輸出是控制3個獨(dú)立的步進(jìn)電機(jī)，分別對應(yīng)慢壓射、快壓射和增壓射的速度�？刂粕嫌蒔LC調(diào)用系統(tǒng)功能塊SFB49來實現(xiàn)；本機(jī)器配備了3個機(jī)械手：噴霧機(jī)械手、給湯機(jī)械手和取件機(jī)械手，他們是可選的。根據(jù)壓鑄機(jī)的動作循環(huán)，在相應(yīng)的位置進(jìn)行動作。
脈寬調(diào)制功能是系統(tǒng)集成功能，僅需在硬件配置中作簡單設(shè)定后，即可在PLC程序中調(diào)用SFB49，使用非常方便。
CALL SFB 49 , "DI_PULSE_1"
// 慢壓射
LADDR :="DI_PULSE_1".LADDR
// Count Address:768
CHANNEL :=0
SW_EN :="DI_PULSE_1".SW_EN
MAN_DO :="DI_PULSE_1".MAN_DO
SET_DO :="DI_PULSE_1".SET_DO
OUTP_VAL:="DI_PULSE_1".OUTP_VAL
JOB_REQ :="DI_PULSE_1".JOB_REQ
JOB_ID :="DI_PULSE_1".JOB_ID
JOB_VAL :="DI_PULSE_1".JOB_VAL
STS_EN :="DI_PULSE_1".STS_EN
STS_STRT:="DI_PULSE_1".STS_STRT
STS_DO :="DI_PULSE_1".STS_DO
JOB_DONE:="DI_PULSE_1".JOB_DONE
JOB_ERR :="DI_PULSE_1".JOB_ERR
JOB_STAT:="DI_PULSE_1".JOB_STAT
2. 在壓射過程中如何高速采樣位置、壓力和速度數(shù)據(jù)是項目的難點(diǎn)。在硬件上，我們選用SM335模塊，它的模擬量輸入處理速度約為每通道200us，精度為14位，并產(chǎn)生硬件中斷OB40。系統(tǒng)中設(shè)定了2ms的硬件中斷，在壓射過程中采集位置、壓力和速度數(shù)據(jù)；在PLC程序方面，我們使用了變址尋址的編程技巧，壓縮程序空間，提高運(yùn)行效率，使系統(tǒng)可以在2ms的中斷周期內(nèi)完成運(yùn)算；在HMI方面，配置了TREND曲線，在壓射過程結(jié)束后可以馬上更新曲線。
L #Index
SLD 4
LAR1
OPN "DB_Curve"
L #Act_Pos
T DBW [AR1,P#0.0] // Actual Position
L #Act_Prs
T DBW [AR1,P#4000.0] // Actual Pressure
L #Act_Pos
L #Act_PosPre
-I
L 33
*I
T DBW [AR1,P#8000.0] // Actual Speed
L #Act_Pos
T #Act_PosPre
L #Index
+ 1
T #Index
3. 附加生產(chǎn)工藝當(dāng)中有特點(diǎn)或較典型的設(shè)備或工藝照片。
四、項目運(yùn)行
系統(tǒng)在2005年4月份投入使用后，運(yùn)行情況良好，獲得用戶的好評。該方案將用在大型、高檔的壓鑄機(jī)上。由于壓鑄機(jī)的使用環(huán)境非常惡劣，因此硬件很可靠性非常重要，S7-300堅固的硬件保證了系統(tǒng)的可靠性。而HMI方面由于使用了OP270 10，操作簡便，顯示效果比較好，也回避了觸摸屏的一些缺點(diǎn)，如不適合使用在多油污、金屬碎片的環(huán)境等。
五、應(yīng)用體會
項目進(jìn)行當(dāng)中，深深地感到西門子自動化產(chǎn)品無與倫比的靈活性。STEP 7強(qiáng)大而便捷的編程功能和PROTOOL靈活自如的組態(tài)性能使項目的編程和調(diào)試進(jìn)展非�？臁８娜菀�，維護(hù)方便。在PLC的編程中，使用了符號編程，簡單明了，易學(xué)易懂易維護(hù)。為了節(jié)約成本，編程中使用模塊化編程和變址尋址，大量壓縮程序空間，否則必須使用更高一擋的CPU314C-2DP。
當(dāng)然在調(diào)試的過程中，也在所難免地遇到了麻煩。PWM輸出原本是集成功能，很方便使用。但由于我們節(jié)約成本，使用CPU313C上的數(shù)字量輸入點(diǎn)，在沒有配置使用硬件門的情況下，CPU313C上的部分?jǐn)?shù)字量輸入點(diǎn)還是會影響3通道的PWM輸出。由于西門子手冊上的描述也不確切，在求助無門的情況下，對CPU313C上的數(shù)字量輸入點(diǎn)一一進(jìn)行測試并與3通道的PWM輸出對照，終于弄清楚了硬件門的準(zhǔn)確定義，完滿解決了問題。
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