西门子SIMATIC T-CPU运动控制器的应用

    摘要：本文介绍了一个以西门子SIMATIC T-CPU 为控制核心，通过IM174接口模块以DP（DRIVE）等时同步模式与T-CPU相连控制第三方的伺服驱动系统和变频系统。人机界面HMI使用OP270-10，通过MPI通讯方式与T-CPU连接，组成一个集运动控制、逻辑控制、监控等功能于一体的玻璃机械电气控制系统，完成玻璃全自动印刷工艺。      重点介绍SIMATIC T-CPU 315T-2 DP的特点、选型思路及架构，硬件配置及与第三方伺服驱动如何配置参数。  关键词：SIMATIC Technology， SIMATIC T-CPU，DP（DRIVE），第三方，IM174，伺服驱动器，印刷，玻璃机械，运动控制，同步控制，多轴控制     一、项目概述     深圳市深时机电是一家专业从事工业自动化工程的成套、设计、开发及产品经营的高科技公司。同时也是德国西门子公司授权的西门子自动化系统产品（AS），低压驱动系统产品（SD）、低压电器（CD）等产品的一级代理商，系统集成商。      本文介绍的机器是全自动高速穿梭式丝网印刷机,是针对汽车玻璃而专业打造的一款集连续自动上片、储片、定位、穿梭传输、自动印刷、出料检测、快速烘干、储片、二次定位、二次套印、烘干、自动下片为一体的高精度、率的新型玻璃印刷机。适合于大批量、、多色套印的家私、家电、产业等规则玻璃。特别适合轿车前后档、三角窗、侧窗和专业平板玻璃的大批量生产。      整机采用触摸屏人机界面，操作机器设备；      多色印刷系统，采用独立多次定位。传输采用伺服系统控制，穿梭传动实现快捷传输。      选择配置自动上片系统，自动储片系统，自动下片系统，UV或IR干燥系统。      工艺介绍      1. 手动预定位定位气缸上升，人工完成放片，左右定位启动，完成预定位，上升气缸左右定位气缸复位，启动输送至于储片机。      2. 储片机      玻璃进入储片机，不需储片时，此机作为输送段，储片启动时有两个感应器（zui大玻璃与zui小玻璃）zui大玻璃时，zui小玻璃感应器不工作，反之zui大玻璃感应器不工作。储片架每次上升距离为40mm，玻璃输送时储片架不能上升，下降。输送台有玻璃片储片架不能下降，储片架下降完成启动输送至精定位。      3. 预定位      玻璃片进入精定位，感应器感应到玻璃，输送停止。定位托架上升（气缸驱动）此二项动作同时进行，托架上升机头下降完成，伺服电机启动。开始精定位，精定位完成，穿梭输送上升（气缸驱动）上升完成，启动真空泵，完成吸附玻璃，伺服电机复位，定位托架下降，精定位机头上升，穿梭输送启动送至印刷机。      4. 印刷主机      玻璃进入印刷机，穿梭输送停止，真空吸附关闭，穿梭架下降重新复位到预定位，与此同时台板吸风启动，印刷机头下降，刮刀气缸下降，印刷启动，离网启动，离网距离可自行设定，印刷完成，防滴墨气缸启动，离网复位，机头上升，刮刀上升，回油刀气缸下降启动回油，印刷完成的同时，吸风停止，穿梭架上升，真空泵启动，穿梭架输送开始送至出料擦墨。      5. 擦洗网版      擦洗网版时，松开锁紧气缸，抽出网版，推入网版时感应开关感应到网版，启动锁紧气缸完成网框定位。      6. 出料擦墨      玻璃进入出料擦墨机，不需擦墨时此机作为传送带，擦墨启动时，机头锁紧气缸松开，机头输送启动，卷纸启动，输送卷纸完成，吸风启动，（气缸）机头下降，刮刀气缸下降，下降完毕，启动印刷完成擦墨，吸风停止，机头上升，机头输送启动。输送完成，机头锁紧气缸启动，完成机头复位。      7. 灯箱检测机      玻璃进入灯箱检测机，不需要检测时此机作为输送段，需检测时，斜转架上的气缸升起，斜转架启动，当转动至30°时，检测灯箱开启，转动灯箱，检测玻璃时不影响玻璃输送，检测完成，灯箱启动复位，斜转架下降，斜转架下降时输送台上不能有玻璃片。      二、控制系统构成     整个机器多达7处需要的定位控制，有两个轴（印刷轴和离网轴）需要作凸轮盘同步控制，而且根据印刷的玻璃大小，凸轮盘要求很方便的通过人机界面改变凸轮形状。SIMATIC CPU315T-2 DP集成逻辑控制和运动控制功能，它做运动控制zui多可以控制8个轴、16个凸轮盘，有两个通讯口，其中一个是Profibus DP（DRIVE）口，速度可达12M bits/sec，通讯是采用ISOCHRONE MODE（等时同步）模式。ISOCHRONE MODE是PROFIBUS DP 通讯的新技术，它可以使PROFIBUS DP 的总线周期保持恒定，从而可以大大提高通讯的稳定性, 提高传动控制系统的稳定性和精度。IM174和ET200均连在此口下，以满足运动控制工艺的要求。另外一个通讯口是标准的MPI/DP口，速度可达12M bits/sec。用于连接到上位机PC、HMI和其他标准的DP 从站。用户可以通过该通讯口，连接标准的ET200进行S7-300 PLC功能的扩展。      在以往我们都会选择FM353或者FM354做定位，而做凸轮盘就要使用FM357-2,但是这种方案成本较高且编程很繁杂，使用、调试的工作难度也很大。如果选用SIMATIC T-CPU通过IM174模块控制第三方伺服，只需要一个CPU315T-2 DP 和2块IM174就够了，还有一个通道可以用来作测量摖墨纸输送长度。这个方案及满足力系统所需要的运动控制功能，又大大的降低了成本并且大大的简化了编程和调试工作，缩短了系统开发周期。  硬件配置如下： 控制系统结构框图如下图所示：      三、控制系统完成的功能     本系统的一个技术难点就是机器在印刷不同规格的玻璃时，印数轴的工作行程要求可以是随意调整的，例如：印刷轴的zui大工作行程时0～1800mm，离网的zui大工作行程是0～40mm，他的同步关系如下图黑色线所示，但在印刷小玻璃时，为了提率，可能需要将印刷工作行程改为300～1500mm，离网同步的关系改成下图红色线所示，      可见该系统需要一个可以在HMI就可以改变形状的凸轮盘，在SIMATIC T-CPU凸轮盘清除和生成功能正好可以非常容易地解决这个技术难题。      四、项目的实施与运行     该系统从设计到调试，一共花了一个多月的时间，实现了客户要求的所有功能，整机印刷速度达到12片／分钟      五、应用体会     1. 之前我使用过西门子的SIMOTION D425运动控制器，这次选用的西门子SIMATIC T-CPU运动控制器。这两个控制器的运动控制功能都是一样的，因为它们都是采用西门子SIMOTION Kernel 软件内核，但在使用上却有很大的区别。      2. SIMOTION采用专门的编程语言MCC、SCL、等，需要很长一段时间去适应和学习。SIMATIC T-CPU 是一个标准的S7-300 CPU，简单地通过集成在STEP7 环境下的工艺软件包（S7 Technology）来配置和编程，是工程师所熟悉的S7-300 PLC的编程语言环境，例如：梯形图LAD, STL，FBD，S7-SCL，CFC，SFC，S7-GRAPH。工程师初次应用时，不用经过技术培训，上手使用就非常迅捷。      3. SIMATIC T-CPU可以很方便的同上位机通讯，跟以往用S7-300 PLC一样，非常轻松就可以把位于SIMOTION Kernel 内核的各个伺服轴数据显示上来。当逻辑控制需要轴的数据时，可以直接从轴的数据块DB中找到，非常方便。在SIMATIC T-CPU中轴的配置和SIMOTION是一样的，运动控制的程序编写只是简单的调用相应的功能就可以实现。      4. 因为SIMATIC T-CPU是一个标准的S7-300 PLC逻辑控制器，所以在拥有了运动控制功能的同时，依然保留了强大的PLC逻辑控制功能，SIMATIC NET通讯功能，而且非常容易实现。而采用SIMOTION D作为控制器时，编写逻辑控制程序时非常复杂难以实现。例如，做一个定时功能，在PLC中仅仅调用一个指令就可以实现了。但是，在SIMOTION中做一个定时功能，需要调用一个复杂的功能块。当想用SIMOTION来编写一些标准块时，更是难以实现。      5. 当定位要求不是很、动态响应很迅捷的时候，使用SIMATIC T-CPU通过控制变频器，就可以完成定位功能。这样，更是大大降低了OEM厂家的设备开发成本。