摘要：交叉鋪網(wǎng)機是無紡布生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，它直接影響到整個生產(chǎn)過程的生產(chǎn)效率蝉站。鋪網(wǎng)過程的上下小車電機、前簾電機矢勉、后簾電機和底簾電機的運動關(guān)系復(fù)雜，特別是換向過程的各電機加減速過程算法運算量大茉唉。為實現(xiàn)運動部件的高速平穩(wěn)控制固蛾，除要求運動部件運動慣量要小外，要求控制系統(tǒng)有較短伺服更新速率（1ms）度陆。這就要求控制系統(tǒng)有很高的運算能力艾凯。

　　本控制系統(tǒng)采用西門子SIMATIC S7-300 T-CPU PLC控制平臺，擴展方便懂傀，分布式模型控制趾诗，運算能力非常強大，目前伺服的控制周期為1ms,可滿足高速的控制要求蹬蚁。上位機采用15'觸摸屏恃泪，通過MPI/DP通訊口，與西門子SIMATIC S7-300 T-CPU PLC控制平臺通訊連接犀斋。SIMATIC S7-300 T-CPU PLC 通過DP(Drive)總線接口贝乎，分別連接、控制五個SINAMICS S120伺服驅(qū)動電機叽粹。同時览效，SIMATIC S7-300 T-CPU PLC完成PLC的輸入/輸出點邏輯控制（包括糾偏機），并同時將電機的編碼器信息盼饼、上下車的絕對編碼器位置及設(shè)備的輸入/輸出狀態(tài)新砖，返回到觸摸屏。

　　整套系統(tǒng)完成人機界面豺啦、運動規(guī)劃冒衍、I/O邏輯運算、故障診斷及通訊等功能哩拔。

　　該鋪網(wǎng)機控制系統(tǒng)的最高運行速度可達(dá)80m/mim自烛，運行穩(wěn)定可靠啥拘，鋪網(wǎng)質(zhì)量好影焙。降低機械部分的運動慣量，可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的運行速度血肯。

　　本文通過西門子SIMATIC T-CPU在高速鋪網(wǎng)機實現(xiàn)多軸復(fù)雜運動控制的應(yīng)用襟笋，介紹了SIMATIC T-CPU在解決運動控制問題的一些優(yōu)勢，及應(yīng)用體會途居。

關(guān)鍵詞： SIMATIC T-CPU抵肌，DP（DRIVE），SINAMICS S120袍镀，伺服驅(qū)動器默蚌，非織造布冻晤，叉鋪網(wǎng)機，凸輪盤

Abstract: This paper introduces that the cross lapping textile machine is specialized in technical machine in production of non-woven fabric, which will affect the quality of the fabric. The complex relationship with 5 sets of servo motors should be build up with CAM Disk Tools with SIMATIC T-CPU, especially calculated data with acceleration and deceleration in reverse way. The whole technical system need high calculated capacity to suit technical request, and the shortest DP cycle time(1 ms), lower moment of inertia, and so on.

The technical system of cross lapping textile machine is SIMATIC T-CPU platform, which is easy extensive function, distributor control mode, high calculation capacity, shortest DP cycle time 1 ms to suit to technical request. The HMI 15' panel connected SIMATIC T-CPU by MPI/DP port. The SINAMICS S120 servo drive connected with SIMATIC T-CPU by DP(Drive) port, which controlled 5 sets of servo motors. At same time, SIMATIC T-CPU also controlled DI/DO module, and so on.

All the technical system including with HMI, Motion control task, logical control tasks, fault diagnoses program, communication program, and so on.

The highest running speed of machine is 80m/min, and running credibility, improved quality of production of non-woven fabric.

The thesis introduced that the application of SIMATIC Technology CPU in Cross lapping textile machine, complex coupling motion control with multi-servo axis, some commissioning experience sharing, some advantages of SIMATIC T-CPU application, and so on.

Key Words: SIMATIC T-CPU, DP（DRIVE）, SINAMICS S120, Servo drive, Servo motor, Lapping Machine, Cross Lapping, CAM Disk

一绸吸、項目概述

　　交叉鋪網(wǎng)機是鋪網(wǎng)機是非織造布生產(chǎn)線上重要的設(shè)備之一鼻弧，它對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，特別是在控制產(chǎn)品CV值方面起到最關(guān)鍵的作用锦茁。其控制不同于普通紡機的速度控制攘轩，而是復(fù)雜的多軸運動位置控制系統(tǒng)，技術(shù)難度是生產(chǎn)線中最大的码俩。（參見圖一度帮，無紡車間）

圖一，無紡車間

　　交叉鋪網(wǎng)機的工作目的稿存，就是把從梳理機恒速過來的單層棉網(wǎng)笨篷，通過鋪網(wǎng)小車、儲網(wǎng)小車挠铲，前碳簾冕屯、后碳簾及輸出簾5個伺服軸按照設(shè)計好的CAM Disk曲線運動，按照工藝要求鋪出不同層數(shù)的棉網(wǎng)网孕。（圖二蒿庙，無紡車間交叉鋪網(wǎng)部分）

圖二，無紡車間交叉鋪網(wǎng)部分

圖三慢筝，交叉鋪網(wǎng)機外形圖

　　鄭州淼鑫科貿(mào)有限公司是我國最早開發(fā)出用伺服驅(qū)動的交叉鋪網(wǎng)機控制系統(tǒng)砖蕾，并在國內(nèi)得到了大量應(yīng)用。最早在2002年我們采用了西門子功能模板FM357-2作為運動控制處理器贮秤，運動控制方面的編程需要采用NC語言程序編程廷共，因此對編程人員而言，需要有足夠的數(shù)控知識背景巴俺，編程相對非常麻煩诸鲸，不夠靈活。由于FM357-2只是SIMATIC S7-300PLC的功能定位模板诈猎，因此系統(tǒng)還必須選擇生產(chǎn)工藝相對應(yīng)的固件功能授權(quán)使驰，另外還需要選購相適應(yīng)的S7 300 CPU，這樣設(shè)備成本相對較高消忘。之后骄娶，在2006年我們又開發(fā)出了采用西門子SIMOTION作為運動控制核心的鋪網(wǎng)機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的驅(qū)動采用了西門子最新一代的伺服控制器SINAMICS S120哩至，這套系統(tǒng)實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的數(shù)字化躏嚎。今年8月份，我們又采用西門子的最新集成了SIMOTION運動控制菩貌、SIMATIC PLC邏輯控制于一體的SIMATIC T-CPU卢佣，開發(fā)出嶄新的電氣自動化控制系統(tǒng)重荠。

　　本文將就SIMATIC T-CPU在鋪網(wǎng)機上的應(yīng)用，談?wù)剬IMATIC T-CPU 的看法和應(yīng)用體會虚茶。

二晚缩、控制系統(tǒng)構(gòu)成

1. 本電氣控制系統(tǒng)共有5個實軸，1個虛軸媳危，5個凸輪盤曲線荞彼。總共的工藝對象待笑，一共是11個鸣皂。西門子新一代優(yōu)秀運動控制CPU -- SIMATIC CPU315T-2 DP可以同時處理最多32個工藝對象，完成復(fù)雜的邏輯控制暮蹂，通訊任務(wù)维瑰。因此該項目的核心控制器，我們決定選用西門子新一代基于S7-300 PLC的優(yōu)秀運動控制器 "SIMATIC CPU315T-2 DP"鼻发。這一決定茶窍，不僅給我們當(dāng)前開發(fā)項目降低成本、降低項目開發(fā)周期帶來可能辑奔，同時也為日后設(shè)備的更新扫帝、系統(tǒng)維護(hù)帶來更多便利。

2. SIMATIC CPU315T-2 DP有兩個通訊口哲琼，其中一個是常規(guī)的MPI/DP通訊口融乖，用來連接編程器、上位機怖冷、觸摸屏闺焦、擴展ET200組件；另一個通訊口是Profibus DP（DRIVE）口俺膊，符合Profidrive協(xié)議济七，一個快速和優(yōu)化的DP報文，專門用來連接驅(qū)動器工藝組件月幌，通訊速度最高可達(dá)12M bits/sec碍讯，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)飞醉，它可以使PROFIBUS DP 的總線通訊周期時間保持恒定冲茸，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)定性和精度屯阀。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）口下缅帘，以滿足運動控制工藝的要求。另外一個通訊口是標(biāo)準(zhǔn)的MPI/DP口难衰，速度可達(dá)12M bits/sec钦无。用于連接到上位機PC逗栽、HMI和其他標(biāo)準(zhǔn)的DP 從站。用戶可以通過MPI/DP通訊口失暂，連接標(biāo)準(zhǔn)的ET200進(jìn)行SIMATIC S7-300 PLC功能的擴展彼宠。組成控制系統(tǒng)方案，非常便利弟塞。

3. SIMATIC CPU315T-2 DP是屬于西門子SIMATIC T-CPU中一款性價比非常適中的凭峡，集成了西門子Simotion運動控制器和SIMATIC 邏輯控制器于一體（ T-CPU 同時具有西門子兩大優(yōu)秀控制器內(nèi)核（SIMATIC 和 SIMOTION）的新一代自動控制產(chǎn)品）。并且决记，這兩個的控制器內(nèi)核之間的通訊煤丧，是由T-CPU的硬件來保障實施，勿需要用戶額外編制通訊程序谆胰，節(jié)省了用戶的開發(fā)成本裕唯，縮短了系統(tǒng)的編程、調(diào)試和維護(hù)時間萄瞻。

4. 所有適用于SIMATIC S7-300/400 PLC的STEP 7 編程語言扔摔，例如，LAD趁室， STL晕竿， FBD， S7-SCL吓蝌， CFC百擒， SFC， S7-Graph寄旋，就是SIMATIC T-CPU的編程語言仍桌。SIMATIC PLC工程師多年在現(xiàn)場積累，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試考驗的PLC程序工藝塊（FC/FB）导而，經(jīng)過簡單的拷貝忱叭、粘貼，就可以繼續(xù)在SIMATIC T-CPU中繼續(xù)得到使用今艺。

5. 位于STEP 7編程庫中的T-CPU運動控制專用指令功能塊韵丑，可以幫助用戶勿需要精通運動控制系統(tǒng)的知識，就可以通過簡單調(diào)用運動控制指令功能塊虚缎，完成復(fù)雜的運動控制任務(wù)撵彻。同時，可以借助強大的SIMATIC 平臺实牡，順利完成SIMATIC HMI操作畫面的開發(fā)陌僵，SIMATIC NET通訊工作的開發(fā)，遠(yuǎn)程診斷維護(hù)工作的開發(fā)，等等碗短。

6. 設(shè)備控制系統(tǒng)開發(fā)過程中的受葛，電氣工程師所面臨的工作內(nèi)容：SINAMICS S120驅(qū)動器參數(shù)的調(diào)試，運動控制程序的編制偎谁，PLC邏輯控制程序的編制总滩。通過SIMATIC T-CPU，使電氣工程師完成這些控制任務(wù)時餐嗦，都是在工程師所熟悉的STEP 7 軟件平臺上面完成蝌秕。

7. SIMATIC T-CPU后面適合連接的驅(qū)動器類型非常寬泛，不僅僅是西門子伺服驅(qū)動器残膜，還可以非常便捷地聯(lián)結(jié)西門子的變頻器地捂，步進(jìn)驅(qū)動器，液壓伺服比例閥掸校，甚至于非西門子的第三方驅(qū)動器滤重。這對于我們OEM廠家而言，日后需要降低設(shè)備生產(chǎn)成本涮巩，帶來可能鲫庆。

8. SIMATIC CPU315T-2 DP 本體集成了4路快速Bero開關(guān)量輸入，8路Cam快速開關(guān)量輸出矩沥。項目中用到2路輸入掏榜，作為鋪網(wǎng)小車和儲網(wǎng)小車的參考點輸入。由于所有的運動控制工藝咪干，均沒有用到 CAM 快速開關(guān)量輸出點络兜，為降低設(shè)備開發(fā)成本，把CPU本體集成的數(shù)字量輸出點部翘，通過調(diào)用STEP 7的指令功能塊FB〝MC_Writeperiphery〞硝训，對集成的數(shù)字量輸出點操作，其效果相當(dāng)于普通的PLC 邏輯控制I/O點使用新思，非常方便窖梁。

9. 驅(qū)動器的選擇，采用了西門子最新推出的SINAMICS S120 伺服控制器夹囚。SIMATIC CPU315T-2 DP集成的SIMOTION控制器內(nèi)核纵刘，通過PROFIBUS-DP（DRIVER）通訊口的等時同步通訊模式，輕松實現(xiàn)Profibus DP總線形式荸哟、分布式結(jié)構(gòu)的運動控制系統(tǒng)假哎，電氣控制柜的接線、布局鞍历，均非常簡單舵抹。伺服電機選用了西門子集成DRIVE-CLIQ口的1FK7 系列電機肪虎，組態(tài)時通S7T Config調(diào)試軟件（S7T Config工具，不僅集成了SINAMICS調(diào)試軟件Starter掏父，而且，可以非常人性化地定義所有用戶所需要的工藝對象引舱，機械系參數(shù)鹏亥，驅(qū)動器的動態(tài)特性調(diào)試參數(shù)，等等）猬蕉，使用自動配置方式脾飘，既可以自動將所有西門子伺服電機及驅(qū)動器參數(shù)配置數(shù)據(jù)讀上來，免去了繁瑣的驅(qū)動器參數(shù)配置過程薄好。(參見圖四短连，系統(tǒng)配置圖)

圖四，系統(tǒng)配置圖

圖五唁底，SINAMICS S120伺服驅(qū)動Topology圖

圖六根术，電控柜布置圖

三、控制系統(tǒng)完成的功能

1. 本項目主要是5 軸的運動控制他幢，在正常生產(chǎn)過程中涮侥，5個伺服軸按照設(shè)計好的cam disk曲線，跟隨虛擬主軸同步運行订咆。但是铐维，在維修或調(diào)試過程中，又需要每個伺服軸可以單獨操作慎菲，軸與軸之間的運動又有一定的邏輯關(guān)系嫁蛇。如果采用S7-300CPU 加上定位功能模板FM357-2的方案來做，由于運動控制編程需要在功能模板內(nèi)單獨采用NC程序來編程露该，一些邏輯控制任務(wù)又需要在S7-300 PLC中單獨處理睬棚，還需要考慮S7-300 PLC和 功能定位模板FM357-2之間的通訊協(xié)調(diào)關(guān)系。這樣處理起來解幼，相對非常麻煩闸拿，不靈活。如果采用SIMATIC T-CPU的技術(shù)方案书幕，運動控制編程和邏輯控制編程都在STEP7 同一個平臺上進(jìn)行新荤，所有任務(wù)都在SIMATIC T-CPU一個硬件平臺上面完成。這樣台汇，所有技術(shù)問題解決起來苛骨，就顯得非常游刃有余，處理得更為便捷苟呐、靈活痒芝。

圖七遥局，運動控制程序編制界面

2. 對于SIMATIC T-CPU 項目的組態(tài)和調(diào)試，當(dāng)安裝上S7-Technology 軟件包后肛精，可以通過SIMATIC MANAGER 項目管理器打開調(diào)試組態(tài)軟件S7T Config莽烫。在S7T Config 內(nèi)通過向?qū)Э梢暂p松地創(chuàng)建虛擬軸，實軸炬山，master 主軸汉渣，Slave同步軸等。軸的參數(shù)通過參數(shù)設(shè)定界面可以直觀地設(shè)定匪从。如果參數(shù)設(shè)定不合理赶匣，則在窗口下部的信息提示欄會有相應(yīng)地提示信息，幫助用戶參考修正橄妄。

3. 調(diào)試時卿怀，把電腦連到SIMATIC T-CPU上，打開S7T Config界面小赋，在online模式下可以看到所有軸工藝對象和驅(qū)動的實際狀態(tài)信息镣凯，并可以通過trace功能記錄軸的實時位置、速度砍的、轉(zhuǎn)矩勇蝙、驅(qū)動電流、功率等數(shù)據(jù)信息挨约。并且味混，通過measurement function，可以對驅(qū)動器的電氣動態(tài)特性诫惭，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化翁锡。

圖八，伺服軸配置向?qū)?/font>