一喂很、項目簡介

1. 法因數(shù)控公司是一家高新技術(shù)企業(yè)祖擦，主要生產(chǎn)鋼結(jié)構(gòu)躏叽、鐵塔、化工等行業(yè)的數(shù)控加工設(shè)備相彼，并在行業(yè)內(nèi)取得了非常大的成就豺研，占領(lǐng)了國內(nèi)大部分市場份額髓无，機床設(shè)備遠銷14個國家。

2. 鋼結(jié)構(gòu)允逝、橋梁中H型沫十、C型鋼上在施工中要通過聯(lián)接板與其它型材進行聯(lián)接、固定宵绒。傳統(tǒng)的加工方式是人工在工件上劃好線狰丝，然后用搖臂鉆床鉆孔，即費時費力颖脸，精度又不高化团。三維數(shù)控鉆床實現(xiàn)了定長送料，送料到位后翩赐，三個鉆削動力頭分別從兩側(cè)及上方對H型辐荷、C型鋼進行鉆孔。大大提高了送料精度與聯(lián)接板孔群的精度燎窘，提高了加工效率摹闽，使傳統(tǒng)的手工加工行業(yè)發(fā)生了巨大變革，向高效褐健、高精度的數(shù)控加工方面發(fā)展付鹿。

3. 機床簡要工藝介紹:首先，是用吊裝工具將H型鋼搬動到料道上蚜迅，工件從幾米到18米不等舵匾，數(shù)控送料裝置的夾鉗將料頭緊住，然后沿著輥道方向按編程尺寸自動送進谁不、定位坐梯，外觀圖如（圖一）所示。送料定位完成后刹帕，開始工作吵血，主機外觀圖如（圖二）所示。主機在左偷溺、右蹋辅、上方向上有3個鉆削動力頭（液控行程），每個鉆削動力頭由2個伺服電機軸控制娱陈，可在一平面內(nèi)沿X挥疲、Y方向上定位。

（圖一）送料料道與主機

（圖二）電氣柜與主機

4. 主機將工件夾緊后藏苫，料寬搓捅、料高檢測啟動跛拌，將檢測數(shù)據(jù)進行比較處理后得出工件變形量信炬，分別補償?shù)礁魉欧S的定位值里铆性，鉆削動力頭對應(yīng)的伺服軸定位完成后，鉆削動力頭伸出移蔼，開始鉆孔跨溺，鉆孔完成后自動退回，鉆削動力頭對應(yīng)的伺服軸定又開始定位备饭，往復(fù)循環(huán)惩投，直至將孔群內(nèi)的孔加工完成。一次送料完成幼健，即將工件送到一個加工工位兄存，三個鉆削動力頭定位鉆孔互不影響，等到3個三個鉆削動力頭將所對應(yīng)的孔群的孔都加工完成后卑雁，才開始下一步送料募书，一直將工件加工完成為止。

二测蹲、控制系統(tǒng)構(gòu)成

1. SIMATIC CPU315T-2DP有兩個通訊口莹捡，其中一個是Profibus DP（DRIVE）口，專門用來連接驅(qū)動器工藝組件扣甲，通訊速度最高可達12M bits/sec篮赢，DP通訊采用的是Profibus DP ISOCHRONE MODE（等時同步）模式。ISOCHRONE MODE是PROFIBUS DP 通訊的新技術(shù)琉挖，它可以使PROFIBUS DP 的總線通訊周期時間保持恒定启泣，從而可以大大提高通訊的穩(wěn)定性, 提高傳動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。用于完成運動控制工藝任務(wù)的模塊IM174和ET200均連在Profibus DP（DRIVE）口下示辈，以滿足運動控制工藝的要求种远。另外一個通訊口是標準的MPI/DP口，速度可達12M bits/sec顽耳。用于連接到上位機PC坠敷、HMI和其他標準的DP 從站。用戶可以通過MPI/DP通訊口今捕，連接標準的ET200進行SIMATIC S7-300 PLC功能的擴展数屁。組成控制系統(tǒng)方案，非常便利希咒。

2. 本機床總共有7個定位軸透格，全部是點位控制，伺服驅(qū)動器及電機采用的是安川（YASKAWA）∑－Ⅱ系列顺良。在選用定位模塊時韭拙，首先考慮到定位模塊FM354、FM357-2些栅，功能強大但成本較高祥扒。并且草仪，定位模板的程序編制工作量大，使用鼻蟆、調(diào)試的工作難度也很大振害。而一塊IM174模塊有4個定位通道，7個軸采用2塊IM174就夠了匀油，多余的一個通道可以做為數(shù)字軸缘缚，用以檢測送料小車的夾鉗臂的高度。由于IM174 模板可以非常方便地與SIMATIC T-CPU連接使用敌蚜，所以采用了315T-2DP CPU連接IM174的控制方案, 它們之間通過SIMATIC T-CPU的DP (DRIVE) 通訊口連接桥滨，通過總線形式連接伺服驅(qū)動器（YASKAWA），組成運動控制組件的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)弛车。從技術(shù)指標上可以看出该园，SIMATIC T-CPU集成了傳統(tǒng)S7－300 PLC的優(yōu)秀特點和強大功能，同時集成了大量運動控制相關(guān)的工藝對象功能帅韧，例如：凸輪開關(guān)里初，凸輪盤，電子齒輪忽舟，測量輸入双妨，印刷位置糾偏功能，位置控制叮阅，同步控制刁品，等等。在運動控制對象上浩姥，各種品牌的變頻器凡宅，均可以非常方便地與SIMATIC T-CPU 相連,通過ET200進行運動控制功能擴展，例如：硬件限位開關(guān)簸眼，找尋原點信號钓闲，凸輪開關(guān)，等等疤削。同時拉盘，所有SIMATIC S7-300 PLC系列的AI/AO,DI/DO,CP,FM模板，均可以自由應(yīng)用撬彭。

3. 硬件配置如下：

• CPU模板 315T-2DP 6ES7 315-6TD10-0AB0 1塊
• 定位模板IM174 6ES7 174-0AA00-0AA0 2塊
• 擴展模板ET200M 6ES7 153-2BA00-0XB0 1塊
• 數(shù)字量輸入量模板 6ES7 321-1BH10-0AA0 2塊
• 計數(shù)器模板FM350-1 6ES7 350-1AH03-0AE0 2塊
• 數(shù)字量輸入量模板SM321 6ES7 321-1BL00-0AA0 3塊
• 數(shù)字量輸出量模板SM322 6ES7 322-1BL00-0AA0 2塊

4. 硬件布置如圖三所示

（圖三）

三当糯、控制系統(tǒng)完成的功能

1. 系統(tǒng)的要點構(gòu)成如圖四所示：

（圖四）

2. 系統(tǒng)的人機界面，用的是聯(lián)想商用電腦据钱，沒有用傳統(tǒng)的觸摸屏或工控機捧练。因為，我們是用VB6.0開發(fā)的上位機軟件，給用戶提供一個工件編程风居、CAD圖形處理俘戈、機床信息監(jiān)控等，商用機還是挺適合的比驻。

3. PLC采用的是SIMATIC 315T-2DP CPU, 上面附有2個通訊口该溯，上位機通過MPI/DP口與PLC CPU相連, 通訊電纜是USB接口PC Adapter電纜 (6ES79720CB200XA0) 岛抄。與CPU模板緊挨的是3塊數(shù)字量輸入模板别惦，完成輸入伺服驅(qū)動的報警信號，變頻器的啟停與報警信息夫椭，位置開關(guān)和操作面板按鈕等等輸入信號掸掸。然后是2塊數(shù)字量輸出模板，通過中間繼電器蹭秋，控制變頻器的啟停扰付、各類電磁閥、指示燈等仁讨。2塊高速計數(shù)功能模板FM350-1, 其中一個作為工件高度檢測計數(shù)羽莺，另一個是作工件寬度檢測計數(shù)。因為鋼結(jié)構(gòu)工件變形是比較大的洞豁，如果工件的邊沿不能與加工基準靠齊盐固，那么在工件上孔群就會有誤差，通過檢測工件的變形量掐抢，并將補償量加在各軸的定位值上候榨。

4. 本機床的7個定位軸，采用2塊IM174模板统扔，用 Profibus DP總線與PLC的Profibus DP（DRIVE）口相連琅芍。特別強調(diào)的是：通訊是ISOCHRONE（等時同步）方式，它可以使PROFIBUS DP 的總線周期時間保持恒定馁筷，從而可以大大提高通訊的穩(wěn)定性甸垄。七個軸的伺服驅(qū)動器與電機，采用的是日本安川公司的產(chǎn)品芥吧，IM174可以很好地兼容非西門子的第三方驅(qū)動器（因為旋逛，西門子伺服驅(qū)動器的價格太昂貴了）。但是析口，需要特別提醒注意的是妥触，伺服驅(qū)動器參數(shù)中每伏電壓所對應(yīng)的電機轉(zhuǎn)數(shù)要設(shè)置準確，否則乱归，將會造成跟隨誤差報警錯誤群镰，在軸的硬件組態(tài)里，電機的最高轉(zhuǎn)速是與10V電壓對應(yīng)的。IM174中剩余的最后一個通道镀赌，連接編碼器氯哮，作為工藝數(shù)字軸，用來作為送料裝置手臂的高度計數(shù)檢測商佛。兩塊IM174的工藝對象組態(tài)如圖五所示喉钢。

（圖五）

5. 由于一個定位軸至少要有2個極限開關(guān)與一個原點開關(guān)，7個軸需要有21個數(shù)字輸入量才能滿足良姆， IM174自身所帶的I/O點有限肠虽，于是通過ET200擴展增加了2塊高速輸入數(shù)字量模板，ET200模塊是連在DP（DRIVE）總線模式下玛追。整個系統(tǒng)的硬件組態(tài)税课，請參看圖六。

（圖六）

6. 控制系統(tǒng)的難點及解決方案

1) 本系統(tǒng)的第一個技術(shù)要點就是兩組孔群之間的距離要準確痊剖；第二個技術(shù)要點是孔群內(nèi)的孔距要關(guān)于工件中心線對稱韩玩；第三個技術(shù)要點是軸的有關(guān)參數(shù)要調(diào)整合適。

2) 孔群之間的距離是由不間斷地送料來保證的陆馁，多次送料的累積誤差要小于規(guī)定值找颓。H型鋼三個面上的孔以及孔群之間送料距離，經(jīng)過上位機軟件處理后励砸，形成4個數(shù)組狱诊。上位機通過MPI電纜，將數(shù)組傳送到SIMATIC T-CPU指定的相對應(yīng)的DB塊里疚逝。在PLC編程時猜摹，要用4個指針與4個db塊的數(shù)組，有嚴格的一一對應(yīng)關(guān)系誊爵。要考慮到觸發(fā)指針增減的信號灿磁，要有唯一性與穩(wěn)定性，否則送料步與3個面的鉆孔定位值會發(fā)生紊亂匆救。工件如圖七所示嫁橱。

（圖七）

3) 由于工件是毛胚件，如是人工焊接而成扭妖，則可能造成變形較大环起。為了保證孔群嚴格關(guān)于腹板中心線對稱，必須要對工件的外形尺寸進行實時檢測捆革。然后娘扩，再將實時值與理論值比較，得出偏差數(shù)值壮锻，將其補償在相應(yīng)各軸的定位值里琐旁；

4) 調(diào)整好軸的參數(shù)：進入Technology objects Management界面涮阔，按照提示一步一步地往下進行。還可以將SIMATIC T-CPU處于STOP狀態(tài)下灰殴，將PLC的控制權(quán)交給Technology objects Management工具軟件敬特，非常方便地對軸進行調(diào)試、監(jiān)控牺陶。同時要調(diào)整好伺服驅(qū)動器的增益等參數(shù)伟阔，否則系統(tǒng)也會報警。

三掰伸、項目運行

1. 自2007年1月份投入使用后皱炉，歷時7個月的設(shè)備運行，控制系統(tǒng)表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性碱工。特別是定位的精度與可靠性提升很多娃承。原先我們是采用的是三菱Q系列PLC奏夫，定位方案采用的定位模塊QD75系列怕篷。該模塊沒有位置反饋接口，開環(huán)位置控制艳杯，伺服驅(qū)動器為脈沖型憎唯，很容易受到外界干擾而引起定位不準。

2. 上位機軟件與SIMATIC T-CPU通訊非常穩(wěn)定统褂，監(jiān)控畫面沒有出現(xiàn)死機的現(xiàn)象筛粘。Prodave軟件與VB6.0結(jié)合起來，加之MPI電纜稼掏，使通訊可靠性大為增加熊倡，速度也非常快憾牵。

3. 總之讳帆，本控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，使機床的控制水平上了一個新臺階印脓，受到了用戶的好評置狠。

四、應(yīng)用體會

1. 通過此項目的設(shè)計與調(diào)試崇磁，對西門子SIMATIC T-CPU有了更深刻地了解：SIMATIC T-CPU 和SIMOTION產(chǎn)品有許多相同之處黄鳍，都是采用SIMOTION　Kernel 軟件內(nèi)核。SIMATIC T-CPU 通過集成在STEP7 環(huán)境下的工藝軟件包來配置和編程平匈。就編程而言框沟，會使用S7-300編程的，就會使用SIMATIC T-CPU編程增炭。同時忍燥，用戶省略了許多開發(fā)軟件授權(quán)方面的約束；

2. SIMATIC T-CPU 編程語言采用工程師所熟悉的S7-300 PLC的編程語言，例如：梯形圖LAD,STL灾前，F(xiàn)BD防症，S7-SCL，CFC哎甲，SFC蔫敲，S7-GRAPH；

3. SIMATIC T-CPU的DP (DRIVE) 采用等時同步方式與IM174相連炭玫，采用總線的方式奈嘿，連接伺服驅(qū)動器，組成分布式的運動控制系統(tǒng)蕴莉，使定位控制更可靠與精確翰蛔。IM174可以很好的兼容第三方的伺服驅(qū)動器，為使用第三方的驅(qū)動器, 搭建了一個人性化的運動控制系統(tǒng)開發(fā)平臺仓突；

4. SIMATIC T-CPU 屬于運動控制專用S7-300 CPU痰汰。所有運動控制工藝所需要的功能，都在STEP 7編程庫中可以找到绊削，非常容易實現(xiàn)編程調(diào)試工作凑戏。對工程師運動控制的背景知識要求不高，非常人性化制棉；

5. 結(jié)構(gòu)化的S7-300 PLC編制程序模式裆机，使程序結(jié)構(gòu)清晰，可讀性好诸晃，現(xiàn)場調(diào)試方便狼憋；

6. 所有S7-300 PLC程序的功能塊、特殊功能塊益命、數(shù)據(jù)塊, 都可以繼續(xù)使用奖瞳，方便用戶成熟S7-300 PLC 程序的延續(xù)使用；

7. 3個主軸的旋轉(zhuǎn)是由MM440變頻器驅(qū)動的椭符。如果再增加一塊IM174荔燎，變頻器增加DP通訊板的話，就可以采用DP（DRIVE）通訊方式控制主軸销钝，這樣主軸的響應(yīng)性會更好些有咨，可靠性更高些。

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