国产欧美日韩精品a在线观看-国产欧美日韩精品一区二区三区-国产欧美日韩精品综合-国产欧美中文字幕-一区二区三区精品国产-一区二区三区精品国产欧美

1 引言

 1.1冷彎設備系統功能簡介

    1.1.1系統配置：冷彎設備一般由開卷機、校平機、切頭焊接機組、伺服送料機組、在線沖孔壓力機、冷彎機組、定尺飛剪、出料架等基本單元組成，(如圖1)。卷料或帶鋼料經開卷機放料，通過開卷機與校平機的速度匹配將卷料進行校平操作，便于后道的伺服送料及在線預沖孔等工序的加工處理，再經冷彎機組的冷彎加工形成需要的合格截面，然后通過定長檢測和切斷、打包或后處理完成具體產品的生產活動。其中的關鍵控制技術有：開卷機和校平機的速度匹配問題（因開卷卷徑的變化和校平機線速度的恒定間存在矛盾）、交流伺服送料控制精度和穩定可靠性及其與壓力機的動作節拍的協調、直流變頻調速系統與同規格不同厚度或不同規格產品的冷彎成型力矩之間的動力平衡問題的解決、孔位和長度定位精度的控制問題等。

圖1  冷彎機組系統基本設備結構圖

1.1.2 冷彎設備有兩種工作模式。

    手動操作：通過觸摸屏控制、按鈕站控制等實現生產線配置的單機設備的啟動、停止、設備的調試與檢修、輔助操作手柄設置有向前向后的點動模式，實現冷彎操作過程的引帶和故障處理等；

    自動操作：可以通過觸摸屏控制、按鈕站控制等實現冷彎設備配置設備的聯線運行，可以通過觸摸屏或輔助旋鈕等設置生產線的運行速度、生產數量、定尺長度及修正值等，并通過觸摸屏顯示實際生產量、生產線的實際運行速度、PLC檢測到的故障信息等； 

2.1 冷彎設備電氣控制系統基本構成結構

    2.1.1 冷彎設備系統PLC系統技術構成：主要采用了SIEMENS  S7300 PLC技術、Profibus-DP現場總線技術、交流伺服與直流調速（或異步交流變頻調速等）的定位控制技術, 是Profibus-DP現場總線技術的一次成功、高層次應用案例。PROFIBUS-DP系統配置的描述包括:站點數目、站點地址和輸入輸出數據的格式，診斷信息的格式以及所使用的總體參數等。

    2.1.2 SIMATIC S7-300 PLC系統配置

    硬件：1）、SIEMENS SIMATIC S7-300 CPU315C-2DP一塊，2）、伺服電機定位模塊SIEMENS 6ES7 354一塊，3）、SIEMENS SIMATIC S7-300 OP27一塊，4）、繼電器輸出單元SIEMENS 6ES7 322五塊，5）、SIEMENS SIMATIC S7-300 6ES7 FM350高速計數模塊一塊，6）、SIEMENS SIMATIC S7-300 PS3075A電源模塊一塊，7）、接口模塊IM153二塊，8）、數子量輸入輸出模塊SIEMENS 6ES7 321十塊，9）、人機界面TP170A一塊， 10）、PROPHBUS網站一套等；從站可根據系統設計的復雜程度和要求合理選配。

    軟件：該系統軟件的開發環境為SIEMENS SIMATIC S7  STEP7 V5.2編程軟件，用模塊式結構程序方式編程，這樣既可增強程序的可讀性，方便調試和維護工作；又能使數據庫結構統一，方便ＷＩＮＣＣ組態時變量標簽的統一編制和設備狀態的統一顯示。可實現整機的手動、自動、整線聯機等基本功能；程序內置系統潤滑泵的啟停周期和運行時間，以及可能配置的壓力機的聯線設計等，（其中壓力機可單獨配置PLC，或將壓力機納入整線設備設計與調試）

3 SIMATIC S7-300 PLC在冷彎機組中的應

    3.1 本機組電氣控制部分采用西門子S7-300PLC，PLC與監控系統以及各從站之間的通訊采用PROFIBUS-DP現場總線方式；冷彎成型機組的主動力由SIMENS公司6RA23系列直流調速控制器和直流電機實現，為了減少故障排除時間，整線電氣控制系統有啟動提示、故障報警及自動停機等功能，并通過漢字顯示終端，顯示故障詳細內容：如①壓機抬起不到位； ②伺服模塊故障； ③直流過熱等信息。PLC系統基本構成結構如圖2所示：

圖2   PLC系統基本構成結構

    3.1.2  SIMATIC S7-300 PLC在冷彎機組電氣系統控制中的具體應用涉及前后工序設備單機間的速度匹配、整線速度的調整以及冷彎機組的傳動位置定位、各單機整線自動運行或手動運行所需要動作的輸入輸出、整線故障自診斷等控制方面，如壓力機單機運行的電氣控制系統及其與整線相聯接的輸入輸出信號等；光電編碼器和測長輪同軸連接，把冷彎型材的長度轉化為相應的脈沖信號，并利用PLC的高速計數模塊或伺服定位模塊進行計數或定位控制，以實現冷彎型材的伺服測長送料和定尺剪切動作等。

    3.1.3  根據冷彎機組的基本運行功能和要求，確認SIMATIC S7-300 PLC主要輸入輸出信號：①系統控制的輸入輸出信號有：開卷機液壓漲緊裝置的伸縮運動、開卷送料電機的正反運動、壓料頭和漲緊裝置的液壓換向運動，電液剎車裝置動作的輸入控制；②校平機驅動電機的正反轉運動，壓料裝置、輔助進料裝置的順序動作等；③剪切對焊機的引送料裝置動作；④伺服定尺送料裝置的定位送料控制及手動操作要求等；⑤壓力機的單機控制及整線聯機信號的控制，如壓力機工作的上下滑塊極限位信號、伺服運行允許信號、壓力機的啟停信號等；⑥冷彎成型機的啟動、正反轉、高低速、停止信號，液壓剪切定位及控制信號等；⑦各單機間的速度匹配控制信號，如料坑中送料狀態檢測信號、料尾檢測控制信號等；⑧與觸摸屏、伺服定位控制單元等之間的網絡線接口等。由此決定了PLC的輸入和輸出信息量大小和總體的編程思路。

3.2 特殊單機運動分析及PLC電氣控制要點：

    3.2.1.1伺服定尺送料裝置動作分析及設計原理：主要由如圖3所示的自動送料裝置組成，⑴光電傳感器1#部分：主要反饋進入壓力機工作區域前的鋼帶狀況，如：有無余料、是否缺料等，可有上限位光電傳感組、下限位光電傳感組及送料動作光電傳感組構成,一般在自動送料裝置前設置緩沖料坑；⑵伺服電機經1/i齒輪箱向下導料輥傳遞輸送動力，齒輪箱的傳動比和電機的轉速決定該系統送料、定位速度，也是系統主動力和定位精度的執行單元；⑶200PPR以上的旋轉編碼器測出上導料輥通過與板料間的運動傳遞的實際位移及速度信號等；⑷機械抱閘實現定位后的位置固定，確保在沖壓過程中不發生外力作用下的位置偏移或其他誤差的產生；⑸光電傳感器2#傳遞壓力機工作滑塊的位置信號和其它需要的控制輸入信號；一般可利用壓力機本身的凸輪控制器來綜合設計考慮；⑹上、下模實現在線孔位的預沖壓。

圖3  自動送料裝置圖

    3.2.1.2 伺服定長送料電氣控制原理見圖4；具體的每模送料步距的大小由PLC組成的上位機設置相應的計數脈沖數或長度轉化值，并與上導料輥相聯的角編碼器被動測量反饋信號相協調（由程序設定和觸摸屏顯示），PLC中選配的伺服定位模塊驅動伺服單元和伺服電機動作，實現沖壓板料的可調整、高精度、無積累誤差的一定步距的送料沖壓，累積誤差由程序中設置的誤差補償算法或人工在線修正等手段處理，如：定位沖壓由SIMENS公司定位模塊SIMATIC S7-300 FM 354、YASKAWA公司伺服系統SDGB-03ADG、伺服電機SGMG-3DA、OMRON公司位置檢測脈沖編碼器完成；

圖4  伺服定長送料電氣控制原理圖

     3.2.2 冷彎成型機組的動作分析及設計原理：當按下運行命令后，冷彎成型機組主電機首先帶動冷彎軋輥以一定速度旋轉，此旋轉速度主要由貨架冷彎組件的成型工藝、機構變速比、冷彎軋輥結構尺寸、液壓剪的剪切力以及機組設置運行速度等參數決定。當成型貨架冷彎組件經傳送軌道經過孔位檢測光電開關位置時，發送通斷電信號傳遞給孔位數計數器進行計數，當孔位數達到設定值時發出位置檢測信號，旋轉編碼器進行一定距離的位置檢測并向PLC提供一定脈沖數，PLC檢測到設定的脈沖數后，向主電機發出減速、停止命令，同時在主電機停止后向液壓順序控制閥發出切斷控制命令驅動液壓剪進行切斷操作。如圖5

圖5 SIMOREG K 6RA28在冷彎機組上的應用原理圖

4 設計、調試要點及注意事項

    4.1 系統調試。

    4.1.1系統調試可按離線調試與在線調試兩階段進行。其中離線調試主要是對程序的編制工作進行檢查和調試，如：在通電之前的常規檢查（包括接線檢查、絕緣檢查、接地電阻檢查、保險檢查等），和用ＳＴＥＰ７的診斷程序對所有模塊、用戶編制程序進行檢查和自動診斷處理等。或通過各種邏輯關系判斷編制程序的正誤。而在線調試是一個綜合調試過程，包括程序本身、外圍線路、外圍設備以及所控設備等的調試

    4.1.2總線的參數通過Siemens編程軟件包Step 7(Ver 5.0以上)中的特定界面設定。如圖6所示：

圖6  總線的參數設定

    4.1.3參數設定好后, 將硬件配置下載到PLC中, 整個系統上電后測試總線是否連接正確。由貨架冷彎設備機組的在線調試現場的經驗表明：總線的連接是一個情況比較復雜的過程, 有很多因素會對總線控制造成影響；比較常見的有：參數設定不正確、總線電氣連接不完善、電磁干擾等。我們在工作現場就發生過伺服控制系統工作丟步、工作不協調、伺服不明飛車等偶然故障，并通過更換相應電纜和排除干擾源的方法來解決； 

    4.1.4要實現交流位置伺服系統的動態性能在線調試, 首先先確認伺服系統運動執行元件對上位機的指令偏差情況，可采用指令偏差的自動或手動模式進行調整，適當優化伺服控制器和伺服電機的設定參數，如：速度指令調整增益、速度環路增益等增益參數的調整，然后進行SIMATIC S7-300上位機及SIMATIC S7-300 FM 354 SERVO模塊伺服控制參數的設定和調整等，也可選用特定的調試軟件來輔助設定和調整控制參數。由于伺服系統帶負載運行時存在系統與負載動態匹配的問題、存在參數時變、負載擾動以及伺服電機自身和被控對象的嚴重非線性、強耦合性等不確定因素，必須在線修訂模糊控制的數學模型和控制敏感參數，相應的PID控制參數，以實現系統無超調和振蕩現象。如：貨架冷彎機組在設計時會考慮使用多板厚同規格的系列產品、或通過不同的冷彎工藝在一條生產線上生產不同規格尺寸的貨架產品，故交流位置伺服系統的負載的大小和性質會發生多種變化，甚至相同規格卷料的更換也會造成負載的不穩定與變化, 這種變化將使系統的性能特別是動態性能變壞, 使運動出現振蕩、超調甚至于不能穩定運行,必須在調試現場得到系統所帶負載的動態性能指標和伺服系統在線帶負載時的動態性能指標, 在調試過程中對系統進行動態性能分析與測定, 并憑經驗由人工進行現場在線調試工作，調試現場也需要配合相當的人力進行相關數據的收集整理、數據分析處理等，也易造成相當高的調試廢料，在調試過程中還存在相當的未知影響因素等；這都要求工程技術人員有較強的專業知識和豐富的現場經驗來處理。

    4.1.5本系統采用SIMATIC S7-300的配套編程工具STEP 7完成硬件組態、參數設置、PLC程序編制、測試、調試和文檔處理。用戶程序由組織塊(OB)、功能塊(FB、FC)和數據塊(DB)構成。其中，OB是系統操作程序與應用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運行。FB、FC是用戶子程序。DB是用戶定義的用于存儲數據的存取區，本系統中它是外掛單元與STEP7程序的數據接口點。

     4.2 冷彎生產線在正常生產前，需要在手動工作模式下進行穿引帶調試工作，通過操作手柄、控制面板上的動作按鈕操作、調試設備，并檢查和人為設置I/O信號、報警故障模式，如料尾無料停機保護、伺服送料不到位故障、各單項順序動作的實現和快速反應程度等；確認上述調試過程無誤后將機組工作模式轉化為自動工作模式下進行整線聯機調試，通過冷彎制件的尺寸精度檢查和分析，排除冷彎模具、工裝設備制造調試精度等的影響，確認設備的操作性、維修方便性、定尺控制精度等。

     4.3 冷彎機組位置伺服系統主要采用位置閉環采樣控制體系，由于現代數控系統位置采樣控制周期很短，驅動死區和數字化控制死區很小，機械傳動剛度引起的誤差也可以控制得很小，基本不存在定位控制誤差，但一定存在一個跟隨誤差，該誤差與外在驅動負載的波動存在一定程度的關聯，必然導致理論控制精度與實際位置上的偏差；從伺服模塊的監控軟件中可以發現理論的控制精度可達到0.01mm，而實際測量波動范圍可達到：±0.3mm，一般控制規律為：其加工誤差與進給速度的平方成正比，與系統增益的平方成反比，實際調試中可實現伺服電機最高運行速度在70M/min下的穩定運行，而產品實際孔位控制精度σ達到±0.15mm等要求。根據上述原理設計的貨架冷彎設備可實現精度為：孔位誤差不超過±0.3mm，孔位累計誤差也不超過±0.5mm等，單件產品長度控制精度一般控制在0.5mm左右，在一定程度上滿足了貨架鋼結構的裝配設計精度。

     4.4系統的機械精度控制在一定誤差范圍內，電氣控制精度（編碼器脈沖）就可得到提高，為保證貨架冷彎組件的質量和生產成本，必須定期校準旋轉編碼器測量輥的磨損修正、相關外圍設備參數變化或調試過程中的機組再調整、設備的維護保養等，從而盡量保證切割尺寸控制在公差范圍內。可以在很多場合達到較高精度位置控制的要求。

    4.5 PLC和冷彎設備其它驅動、控制系統的聯體調試對PLC控制性能的影響也很大，如：全數字直流調速器SIMOREG K 6RA28作為冷彎機組驅動電機調速裝置與PLC的接口連接與在線參數調試、修正、低頻驅動扭矩的提升等工作；校平電機及驅動控制器的聯線調試與控制等。

5  結論

     通過對貨架冷彎生產線進行的動態性能分析和在線調試分析，基本可實現的電氣定位誤差最大值僅為編碼器脈沖信號的1個跳變，并通過對貨架冷彎生產線的運行檢查、功能分析和精度統計分析，基本能滿足貨架產品的生產和控制精度，也能滿足類似冷彎產品的生產和產品開發，極大地滿足了企業產品的生產工藝性。