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何  凱

1  引言
閃光對(duì)縫焊機(jī)由德國MIEBACH公司生產(chǎn)制造，主要用在冶金工業(yè)的帶鋼連接，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)性。四川攀枝花冷軋廠酸洗機(jī)組焊機(jī)主要特點(diǎn)是控制精度高、性能穩(wěn)定。焊機(jī)控制系統(tǒng)由專為焊機(jī)設(shè)計(jì)的MIEMATIC205（以下簡稱M205）控制系統(tǒng)和西門子S5－115U控制系統(tǒng)組成。
2  控制系統(tǒng)
2.1  M205控制系統(tǒng)（系統(tǒng)控制框圖如圖1所示）
(1)  M205控制系統(tǒng)完成焊接電流和頂鍛機(jī)架的位置控制。其硬件分4個(gè)部分。
①  PC監(jiān)控顯示的串行接口RS422 焊接過程顯示；焊接程序參數(shù)優(yōu)化；焊接參數(shù)記錄；高度調(diào)節(jié)標(biāo)定。
②  焊接模塊 PLC控制信號(hào)；可控硅功率組控制；電流、電壓、溫度測(cè)量；測(cè)量頂鍛機(jī)架位置的一個(gè)增量編碼器的控制；比例閥的控制/調(diào)節(jié)觸發(fā)。
③  位控模塊 PLC控制信號(hào)；高度調(diào)節(jié)位置控制；出口移送裝置位置控制；觸發(fā)比例閥、行程閥。
④  接收PLC數(shù)據(jù)的串行口 模擬數(shù)據(jù)記錄。
 

圖1  焊機(jī)控制系統(tǒng)框圖

(2)  控制/顯示功能全部在M205監(jiān)視器上實(shí)現(xiàn)。對(duì)焊接電流和頂鍛機(jī)架位置進(jìn)行控制，要求控制系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、計(jì)算精度高的性能。M205控制單元CPU中使用了PIODER微處理器并充分利用了用戶公用內(nèi)存，具有32位數(shù)據(jù)處理能力；M205控制系統(tǒng)的KAMATEG編程語言可以集合用C語言編寫的程序。所以它能實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制。在該控制系統(tǒng)中共有490個(gè)焊接程序?qū)附与娏骱晚斿憴C(jī)架位置進(jìn)行控制。一個(gè)焊接程序包含一次焊接過程所需要的所有參數(shù)，焊接前由從PLC數(shù)據(jù)口傳送來的帶鋼參數(shù)選擇焊接程序。自動(dòng)時(shí)，這些參數(shù)從生產(chǎn)線傳送過來；手動(dòng)時(shí)，由焊機(jī)操作工用鍵盤輸入。這些參數(shù)有：帶鋼寬度、帶鋼厚度、材料號(hào)、記錄號(hào)。
M205控制系統(tǒng)具有在線和離線兩種操作方式。
①  頂鍛機(jī)架位置在M205監(jiān)視器上用條形圖和文本顯示，共有9個(gè)位置。
②  焊接過程的操作方式 焊接過程中的電流設(shè)定值。離線方式對(duì)焊接程序及焊接參數(shù)、專用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
③  記錄 對(duì)最后50個(gè)焊接程序參數(shù)的記錄進(jìn)行顯示、打印輸出、存盤。
④  焊接程序 對(duì)M205中490個(gè)焊接程序進(jìn)行編輯、刪除、拷貝。如果焊縫質(zhì)量不好可以修改焊接程序中的相關(guān)參數(shù)，焊接程序中的參數(shù)包括頂鍛機(jī)架在焊接過程中的各個(gè)階段距機(jī)架的距離設(shè)定值、點(diǎn)火速度（即點(diǎn)火期間頂鍛機(jī)架前進(jìn)的速度）、電流增加值（即焊接過程電流增加期間連續(xù)增加電流的設(shè)定值）、電流設(shè)定值（即點(diǎn)火開始的電流值）、點(diǎn)火操作相位（即點(diǎn)火期間的焊接電壓）、頂鍛電流時(shí)間（即保持焊接電壓的時(shí)間）。
⑤  歸檔 對(duì)PC機(jī)上的490個(gè)焊接程序進(jìn)行存盤或調(diào)用。
⑥  專用方式 對(duì)專用數(shù)據(jù)進(jìn)行存盤、編輯、打印輸出。焊機(jī)正常工作后，一般不修改專用數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括出口移送裝置穩(wěn)定時(shí)間及增量、頂鍛機(jī)架增量、頂鍛機(jī)架手動(dòng)前進(jìn)/后退速度、頂鍛機(jī)架返回原始位置的速度、高度調(diào)節(jié)穩(wěn)定時(shí)間、誤差范圍及增量、主電源頻率及相關(guān)操作的實(shí)際控制范圍參數(shù)。可控硅控制的第一個(gè)半波延時(shí)，由M205調(diào)節(jié)參數(shù)的PID控制器電流調(diào)節(jié)參數(shù)。
2.2  西門子S5-115U控制系統(tǒng)
S5-115U控制系統(tǒng)完成對(duì)焊機(jī)液壓、潤滑、冷卻、壓縮空氣系統(tǒng)的控制，對(duì)焊機(jī)設(shè)備動(dòng)作的控制，與生產(chǎn)線及M205的通訊。它主要由WF470、CP524和CPU945三部分組成。
(1)  WF470作為S5-115U的一個(gè)有效的I/O設(shè)備，是安裝在S5-115U上的一個(gè)模板。它自帶鍵盤、顯示器、微處理器和內(nèi)存，可以處理過程數(shù)據(jù)和映象顯示。
(2)  CP524通訊處理器完成S5、M205、生產(chǎn)線之間的通訊任務(wù)。
(3)  CPU945接收現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)來的輸入信號(hào)，經(jīng)過處理后由PLC發(fā)出命令控制焊機(jī)各設(shè)備的運(yùn)行。PLC有兩種編程語言，即STEP5(邏輯控制部分)和GRAPH5(順序控制部分)。
(4)  CPU945硬件包括電源模板PS951、中央處理器CPU、通訊處理器CP、I/O模板、接口模板、智能I/O模板、CPU處理器、控制面板上的指示燈和控制開關(guān)。
CPU945控制面板上的指示燈狀態(tài)的意義見表1。
(5)  測(cè)試控制程序
焊機(jī)的控制程序都存儲(chǔ)在CPU的RAM中，PLC運(yùn)行時(shí)，CPU把全部控制程序從RAM拷貝到內(nèi)部存儲(chǔ)器中。電源故障時(shí)，控制程序被存儲(chǔ)在PLC的外部EPROM中；數(shù)字輸入/輸出的信號(hào)狀態(tài)存儲(chǔ)在CPU的“過程映象”中，過程映象是CPU RAM中的保留區(qū)；標(biāo)志是存儲(chǔ)信號(hào)狀態(tài)的內(nèi)存位置，RE方式掉電后標(biāo)志不丟失，NR方式掉電后標(biāo)志將丟失。

表1  CPU945指示燈狀態(tài)意義

把控制程序裝入PLC以前，必須對(duì)控制程序進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)關(guān)掉負(fù)載電路，用輸出模板上的LED檢查輸出功能；測(cè)試時(shí)還可以在程序中設(shè)置斷點(diǎn)逐句進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)程序只寫到PIQ（輸出過程映象區(qū)）并從PII（輸入過程映象區(qū)）讀取，所有輸出被禁止。控制模板上的BASP指示燈亮。如果程序測(cè)試時(shí)功能被PLC或程序錯(cuò)誤中斷，PLC進(jìn)入STOP方式，控制面板上相應(yīng)的LED亮，可以用編程器調(diào)用相應(yīng)的程序測(cè)試功能檢查故障信息。值得注意的是，如果測(cè)試時(shí)沒有關(guān)閉負(fù)載電路，可能引起設(shè)備誤動(dòng)作，將會(huì)造成人員傷亡或設(shè)備損壞。測(cè)試時(shí)可進(jìn)行輸入和輸出檢查（可以修改程序），顯示信號(hào)狀態(tài)，強(qiáng)制輸出和變量，查詢故障信號(hào)。方法如下：
①  用STATUS和STATS VAR測(cè)試功能顯示操作數(shù)和RLO（邏輯操作結(jié)果）的狀態(tài)。
②  用FORCE OUTPUT（強(qiáng)制輸出）和FORCE VARIABLE（強(qiáng)制變量）功能
在強(qiáng)制功能開始時(shí)，所有的輸出被設(shè)置為0，不需使用控制程序，直接把輸出設(shè)置成一個(gè)指定的信號(hào)狀態(tài)；該功能可用來檢查輸出模板的接線和功能，且不修改過程映象區(qū)，但取消了輸出禁止?fàn)顟B(tài)。另外，PLC必須設(shè)置成程序測(cè)試功能或處于停止?fàn)顟B(tài)，且不能帶負(fù)載電壓。通過該功能進(jìn)行測(cè)試的STEP5操作有：I，Q，F(xiàn)，S，T，C，D。
(6)  裝載控制程序的步驟
復(fù)位PLC：刪除PLC程序存儲(chǔ)器，刪除所有數(shù)據(jù)和錯(cuò)誤指示燈，所有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)在全復(fù)位后自動(dòng)變成初始值；全復(fù)位操作不刪除擴(kuò)展系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)。進(jìn)行全復(fù)位有離線操作和在線操作兩種方法。離線操作：打開PLC主電源→把RUN/STOP打到STOP位→把OR/RE/NE開關(guān)打到OR位并保持→把RUN/STOP開關(guān)從STOP位打到RUN位，兩次→放開OR開關(guān)；在線操作：用編程器上的PLC DELETTE功能。
①  傳送控制程序：在線用編程器的TRANSFER（傳送）功能。
②  傳送完成后，填寫DB1（數(shù)據(jù)塊1）中的“PORT”參數(shù)或在控制程序中用SURT操作激活軟件保護(hù)功能。
(7)  用編程器分析中斷
故障發(fā)生時(shí)，操作系統(tǒng)設(shè)置了各種可以用編程器上的“ISTACK（中斷堆棧）”功能掃描的“分析位”，CPU上的LED也指出了一些故障。
①  “ISTACK”分析 “ISTACK”是存儲(chǔ)故障報(bào)表的CPU內(nèi)存區(qū)，故障發(fā)生時(shí)，相應(yīng)的位被設(shè)置，可以用編程器逐字節(jié)查看這個(gè)存儲(chǔ)區(qū)的信息，以分析出故障原因。ISTACK共有兩個(gè)表，第一個(gè)表是控制位，表中的黑體部分是與CPU有關(guān)的信息；第二個(gè)表是中斷堆棧，可以從這個(gè)表中找出產(chǎn)生故障的塊號(hào)、中斷原因和代碼。
②  錯(cuò)誤地址 ISTACK中的STEP地址計(jì)數(shù)器（SAC）指出了CPU進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)前PLC中STEP語句的絕對(duì)地址，STEP相對(duì)的地址計(jì)數(shù)器（REL SAC）指出了CPU進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)前產(chǎn)生故障的STEP5語句在塊內(nèi)相對(duì)地址。
③  用BSTACK（塊堆棧）功能可以跟蹤程序找出出錯(cuò)的PB、DB塊等。
常規(guī)錯(cuò)誤分析見表2，用LED狀態(tài)分析故障見表3。

表2  常規(guī)錯(cuò)誤判斷
 

表3  LED錯(cuò)誤信息
 

3  結(jié)語
冷軋廠自1996年試車以來，年產(chǎn)量從50萬噸達(dá)到今年的75萬噸，該廠酸洗機(jī)組的米巴赫焊機(jī)發(fā)揮了極其重要的作用。實(shí)踐證明，此系統(tǒng)配置合理、穩(wěn)定性好、可靠性高，設(shè)備自動(dòng)化程度高，維護(hù)和操作簡單，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。