一、項(xiàng)目簡(jiǎn)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(shí)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(jìng)爭(zhēng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)“構(gòu)筑業(yè)界一流企業(yè)，爭(zhēng)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(lái)控制機(jī)器的液壓動(dòng)作，如動(dòng)芯一入、動(dòng)芯二入、靜芯入、動(dòng)芯一出、動(dòng)芯二出、靜芯出、開(kāi)模、合模、頂針進(jìn)、頂針退；壓射動(dòng)作分3步：慢壓射、快壓射和增壓射，由3個(gè)獨(dú)立的步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)油泵的開(kāi)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(dòng)作速度由畫面設(shè)定，由相應(yīng)的變頻器控制輸出。

　　3. 項(xiàng)目當(dāng)中使用的西門子自動(dòng)化產(chǎn)品的型號(hào)、數(shù)量、類型、何種控制對(duì)象

　　型號(hào)數(shù)量類型控制對(duì)象

　　OP270 10 110.4”，256色 HMI

　　CPU313C

　　1

　　24DI，D24V

　　16DQ，DC24V，0.5A

　　5AI

　　2AQ

　　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

　　SM321332DI，DC24V 數(shù)字量輸入

　　SM32228DQ，DC24V，2A數(shù)字量輸出（電磁閥輸出）

　　SM322316DQ，DC24V，0.5A數(shù)字量輸出

　　SM335

　　1

　　4AI

　　4AQ

　　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(cè)

　　模擬量輸出：比例壓力、比例流量

　　IM3651P-BUS擴(kuò)展機(jī)架

　　RAIL2480mm導(dǎo)軌

　　MPI Cable15m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?yàn)橛形恢谩毫?、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(jià)比非常好；另外，由于壓射過(guò)程非常快，通常為10-50m/s，有時(shí)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(gè)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(dòng)作循環(huán)，在相應(yīng)的位置進(jìn)行動(dòng)作。

　　3. 多種可選方案的比較：由于有3個(gè)步進(jìn)電機(jī)需要控制，在選擇方案時(shí)考慮過(guò)用CPU313C加3個(gè)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(duì)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(gè)CPU313C就完成控制要求，性價(jià)比很完美！

三、控制系統(tǒng)完成的功能

　　1. 整個(gè)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(gè)部分：壓鑄機(jī)動(dòng)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(dòng)作控制如開(kāi)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(jí)，開(kāi)模分3級(jí)?？紤]到液壓動(dòng)作的平滑，本系統(tǒng)加了軟件斜率，在每個(gè)動(dòng)作的開(kāi)始、切換和結(jié)束時(shí)都要通過(guò)斜率平滑過(guò)渡，使動(dòng)作很流暢而且聲音很小。在機(jī)器的使用過(guò)程中模具的調(diào)整很麻煩，自動(dòng)調(diào)模功能自動(dòng)完成的繁瑣的調(diào)節(jié)過(guò)程，簡(jiǎn)化操作；壓射過(guò)程對(duì)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(dòng)作分3步：慢壓射、快壓射和增壓射，由3個(gè)獨(dú)立的步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)油泵的開(kāi)口控制壓射的速度；PWM輸出是控制3個(gè)獨(dú)立的步進(jìn)電機(jī)，分別對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)；本機(jī)器配備了3個(gè)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(dòng)作循環(huán)，在相應(yīng)的位置進(jìn)行動(dòng)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(jiǎn)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(guò)程中如何高速采樣位置、壓力和速度數(shù)據(jù)是項(xiàng)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(guò)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(guò)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(xiàng)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(píng)。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(jiān)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(jiǎn)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(huì)

　　項(xiàng)目進(jìn)行當(dāng)中，深深地感到西門子自動(dòng)化產(chǎn)品無(wú)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(xiàng)目的編程和調(diào)試進(jìn)展非?？?。更改容易，維護(hù)方便。在PLC的編程中，使用了符號(hào)編程，簡(jiǎn)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(guò)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(méi)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(huì)影響3通道的PWM輸出。由于西門子手冊(cè)上的描述也不確切，在求助無(wú)門的情況下，對(duì)CPU313C上的數(shù)字量輸入點(diǎn)一一進(jìn)行測(cè)試并與3通道的PWM輸出對(duì)照，終于弄清楚了硬件門的準(zhǔn)確定義，完滿解決了問(wèn)題。