S7-300在高档压铸机上的应用

2019-05-25 11:49

一、项目简介

  1. 江苏新瑞机械有限公司坐落于江苏常州,是一家专业从事数控设备的研发、生产、销售和服务的现代化制造型企业。公司主要产品覆盖立式加工中心全部系列、数控车床全部系列、SR系列压铸机全部系列,具有高速度、高精度、高可靠性等特点。新瑞机械秉承务实敬业、合作高效、锐意进取、精益求精的企业精神,把一流的产品贡献给客户,把永不满足留给企业,把信心、技术和竞争力来实现构筑业界一流企业,争创业内第一品牌的承诺。

  2. 压铸机的主要工作原理是压铸成型。在高压的作用下,使液态或半液态的金属,以较高的速度填充压铸型型腔,并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。系统有2组比例阀:比例压力和比例流量,用来控制机器的液压动作,如动芯一入、动芯二入、静芯入、动芯一出、动芯二出、静芯出、开模、合模、顶针进、顶针退;压射动作分3步:慢压射、快压射和增压射,由3个独立的步进电机调节油泵的开口;辅机由喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手组成,动作速度由画面设定,由相应的变频器控制输出。

  3. 项目当中使用的西门子自动化产品的型号、数量、类型、何种控制对象

  型号数量类型控制对象

  OP270 10 110.4,256色 HMI

  CPU313C

  1

  24DI,D24V

  16DQ,DC24V,0.5A

  5AI

  2AQ

  数字量输入

  数字量输出,3 PWM输出

  模拟量输入:给汤机械手汤臂位置,给汤机械手汤勺位置,系统压力

  模拟量输出:给汤机械手汤臂速度,给汤机械手汤勺速度

  SM321332DI,DC24V 数字量输入

  SM32228DQ,DC24V,2A数字量输出(电磁阀输出)

  SM322316DQ,DC24V,0.5A数字量输出

  SM335

  1

  4AI

  4AQ

  模拟量输入:移模电子尺、压射电子尺、顶针电子尺、压射压力检测

  模拟量输出:比例压力、比例流量

  IM3651P-BUS扩展机架

  RAIL2480mm导轨

  MPI Cable15m电缆

  4. 照片

  新瑞SR150型压铸机

  新瑞SR150型压铸机

二、控制系统构成

  1. 硬件配置、系统结构及选择依据

  系统由HMI和S7-300型PLC构成。因为有位置、压力、速度等曲线需要显示,所以选择了OP270 10。显示效果比较好,有操作按键,容易维护;由于需要3路PWM输出控制步进电机,所以选择了CPU313C,几乎全部利用该CPU的数字量输入输出及模拟量输入输出,性价比非常好;另外,由于压射过程非常快,通常为10-50m/s,有时甚至可以达到100m/s以上。系统需要高速采集大量的数据进行显示、分析和比较,因此选择了SM335模块,它的模拟量输入输出速度快、精度高,还可以产生硬件中断。

  1

  2. 附加系统的硬件配置图,网络结构图,应用中的监视画面。

  辅机系统主要是由3个机械手构成:喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手。他们根据压铸机的动作循环,在相应的位置进行动作。

  3. 多种可选方案的比较:由于有3个步进电机需要控制,在选择方案时考虑过用CPU313C加3个FM353模块,该模块是1轴步进电机定位模块,最高脉冲频率可达200KHz,但此方案成本太高;考虑到本机器对脉冲频率要求不高,CPU313C模块中集成的3路PWM输出脉冲频率可达2.5KHz,已经完全可以满足系统的要求。因此只用1个CPU313C就完成控制要求,性价比很完美!

三、控制系统完成的功能

  1. 整个控制系统可以分为人机界面显示部分和PLC控制部分。其中PLC控制系统可以分为以下几个部分:压铸机动作顺序控制、压射曲线显示、PWM输出控制和机械手控制。压铸机的动作控制如开模合模,是根据不同的位置送出不同的压力和流量,通常合模分4级,开模分3级。考虑到液压动作的平滑,本系统加了软件斜率,在每个动作的开始、切换和结束时都要通过斜率平滑过渡,使动作很流畅而且声音很小。在机器的使用过程中模具的调整很麻烦,自动调模功能自动完成的繁琐的调节过程,简化操作;压射过程对机器的成型非常重要,需要采集大量的位置、压力和位置数据,压射动作分3步:慢压射、快压射和增压射,由3个独立的步进电机调节油泵的开口控制压射的速度;PWM输出是控制3个独立的步进电机,分别对应慢压射、快压射和增压射的速度。控制上由PLC调用系统功能块SFB49来实现;本机器配备了3个机械手:喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手,他们是可选的。根据压铸机的动作循环,在相应的位置进行动作。

  脉宽调制功能是系统集成功能,仅需在硬件配置中作简单设定后,即可在PLC程序中调用SFB49,使用非常方便。

  2

  CALL SFB 49 , DI_PULSE_1

  // 慢压射

  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. 在压射过程中如何高速采样位置、压力和速度数据是项目的难点。在硬件上,我们选用SM335模块,它的模拟量输入处理速度约为每通道200us,精度为14位,并产生硬件中断OB40。系统中设定了2ms的硬件中断,在压射过程中采集位置、压力和速度数据;在PLC程序方面,我们使用了变址寻址的编程技巧,压缩程序空间,提高运行效率,使系统可以在2ms的中断周期内完成运算;在HMI方面,配置了TREND曲线,在压射过程结束后可以马上更新曲线。

  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

  3. 附加生产工艺当中有特点或较典型的设备或工艺照片。

  4

四、项目运行

  系统在2005年4月份投入使用后,运行情况良好,获得用户的好评。该方案将用在大型、高档的压铸机上。由于压铸机的使用环境非常恶劣,因此硬件很可靠性非常重要,S7-300坚固的硬件保证了系统的可靠性。而HMI方面由于使用了OP270 10,操作简便,显示效果比较好,也回避了触摸屏的一些缺点,如不适合使用在多油污、金属碎片的环境等。

五、应用体会

  项目进行当中,深深地感到西门子自动化产品无与伦比的灵活性。STEP 7强大而便捷的编程功能和PROTOOL灵活自如的组态性能使项目的编程和调试进展非常快。更改容易,维护方便。在PLC的编程中,使用了符号编程,简单明了,易学易懂易维护。为了节约成本,编程中使用模块化编程和变址寻址,大量压缩程序空间,否则必须使用更高一挡的CPU314C-2DP。

  当然在调试的过程中,也在所难免地遇到了麻烦。PWM输出原本是集成功能,很方便使用。但由于我们节约成本,使用CPU313C上的数字量输入点,在没有配置使用硬件门的情况下,CPU313C上的部分数字量输入点还是会影响3通道的PWM输出。由于西门子手册上的描述也不确切,在求助无门的情况下,对CPU313C上的数字量输入点一一进行测试并与3通道的PWM输出对照,终于弄清楚了硬件门的准确定义,完满解决了问题。

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