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何  凱

1  引言
閃光對縫焊機由德國MIEBACH公司生產制造，主要用在冶金工業的帶鋼連接，實現生產的連續性。四川攀枝花冷軋廠酸洗機組焊機主要特點是控制精度高、性能穩定。焊機控制系統由專為焊機設計的MIEMATIC205（以下簡稱M205）控制系統和西門子S5－115U控制系統組成。
2  控制系統
2.1  M205控制系統（系統控制框圖如圖1所示）
(1)  M205控制系統完成焊接電流和頂鍛機架的位置控制。其硬件分4個部分。
①  PC監控顯示的串行接口RS422 焊接過程顯示；焊接程序參數優化；焊接參數記錄；高度調節標定。
②  焊接模塊 PLC控制信號；可控硅功率組控制；電流、電壓、溫度測量；測量頂鍛機架位置的一個增量編碼器的控制；比例閥的控制/調節觸發。
③  位控模塊 PLC控制信號；高度調節位置控制；出口移送裝置位置控制；觸發比例閥、行程閥。
④  接收PLC數據的串行口 模擬數據記錄。
 

圖1  焊機控制系統框圖

(2)  控制/顯示功能全部在M205監視器上實現。對焊接電流和頂鍛機架位置進行控制，要求控制系統具有響應速度快、數據處理能力強、計算精度高的性能。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存，具有32位數據處理能力；M205控制系統的KAMATEG編程語言可以集合用C語言編寫的程序。所以它能實現比較復雜的實時控制。在該控制系統中共有490個焊接程序對焊接電流和頂鍛機架位置進行控制。一個焊接程序包含一次焊接過程所需要的所有參數，焊接前由從PLC數據口傳送來的帶鋼參數選擇焊接程序。自動時，這些參數從生產線傳送過來；手動時，由焊機操作工用鍵盤輸入。這些參數有：帶鋼寬度、帶鋼厚度、材料號、記錄號。
M205控制系統具有在線和離線兩種操作方式。
①  頂鍛機架位置在M205監視器上用條形圖和文本顯示，共有9個位置。
②  焊接過程的操作方式 焊接過程中的電流設定值。離線方式對焊接程序及焊接參數、專用數據進行處理；
③  記錄 對最后50個焊接程序參數的記錄進行顯示、打印輸出、存盤。
④  焊接程序 對M205中490個焊接程序進行編輯、刪除、拷貝。如果焊縫質量不好可以修改焊接程序中的相關參數，焊接程序中的參數包括頂鍛機架在焊接過程中的各個階段距機架的距離設定值、點火速度（即點火期間頂鍛機架前進的速度）、電流增加值（即焊接過程電流增加期間連續增加電流的設定值）、電流設定值（即點火開始的電流值）、點火操作相位（即點火期間的焊接電壓）、頂鍛電流時間（即保持焊接電壓的時間）。
⑤  歸檔 對PC機上的490個焊接程序進行存盤或調用。
⑥  專用方式 對專用數據進行存盤、編輯、打印輸出。焊機正常工作后，一般不修改專用數據。這些數據包括出口移送裝置穩定時間及增量、頂鍛機架增量、頂鍛機架手動前進/后退速度、頂鍛機架返回原始位置的速度、高度調節穩定時間、誤差范圍及增量、主電源頻率及相關操作的實際控制范圍參數。可控硅控制的第一個半波延時，由M205調節參數的PID控制器電流調節參數。
2.2  西門子S5-115U控制系統
S5-115U控制系統完成對焊機液壓、潤滑、冷卻、壓縮空氣系統的控制，對焊機設備動作的控制，與生產線及M205的通訊。它主要由WF470、CP524和CPU945三部分組成。
(1)  WF470作為S5-115U的一個有效的I/O設備，是安裝在S5-115U上的一個模板。它自帶鍵盤、顯示器、微處理器和內存，可以處理過程數據和映象顯示。
(2)  CP524通訊處理器完成S5、M205、生產線之間的通訊任務。
(3)  CPU945接收現場進來的輸入信號，經過處理后由PLC發出命令控制焊機各設備的運行。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。
CPU945控制面板上的指示燈狀態的意義見表1。
(5)  測試控制程序
焊機的控制程序都存儲在CPU的RAM中，PLC運行時，CPU把全部控制程序從RAM拷貝到內部存儲器中。電源故障時，控制程序被存儲在PLC的外部EPROM中；數字輸入/輸出的信號狀態存儲在CPU的“過程映象”中，過程映象是CPU RAM中的保留區；標志是存儲信號狀態的內存位置，RE方式掉電后標志不丟失，NR方式掉電后標志將丟失。

表1  CPU945指示燈狀態意義

把控制程序裝入PLC以前，必須對控制程序進行測試。測試時關掉負載電路，用輸出模板上的LED檢查輸出功能；測試時還可以在程序中設置斷點逐句進行測試。測試時程序只寫到PIQ（輸出過程映象區）并從PII（輸入過程映象區）讀取，所有輸出被禁止。控制模板上的BASP指示燈亮。如果程序測試時功能被PLC或程序錯誤中斷，PLC進入STOP方式，控制面板上相應的LED亮，可以用編程器調用相應的程序測試功能檢查故障信息。值得注意的是，如果測試時沒有關閉負載電路，可能引起設備誤動作，將會造成人員傷亡或設備損壞。測試時可進行輸入和輸出檢查（可以修改程序），顯示信號狀態，強制輸出和變量，查詢故障信號。方法如下：
①  用STATUS和STATS VAR測試功能顯示操作數和RLO（邏輯操作結果）的狀態。
②  用FORCE OUTPUT（強制輸出）和FORCE VARIABLE（強制變量）功能
在強制功能開始時，所有的輸出被設置為0，不需使用控制程序，直接把輸出設置成一個指定的信號狀態；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，但取消了輸出禁止狀態。另外，PLC必須設置成程序測試功能或處于停止狀態，且不能帶負載電壓。通過該功能進行測試的STEP5操作有：I，Q，F，S，T，C，D。
(6)  裝載控制程序的步驟
復位PLC：刪除PLC程序存儲器，刪除所有數據和錯誤指示燈，所有的系統數據在全復位后自動變成初始值；全復位操作不刪除擴展系統數據區。進行全復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開關打到OR位并保持→把RUN/STOP開關從STOP位打到RUN位，兩次→放開OR開關；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（數據塊1）中的“PORT”參數或在控制程序中用SURT操作激活軟件保護功能。
(7)  用編程器分析中斷
故障發生時，操作系統設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”是存儲故障報表的CPU內存區，故障發生時，相應的位被設置，可以用編程器逐字節查看這個存儲區的信息，以分析出故障原因。ISTACK共有兩個表，第一個表是控制位，表中的黑體部分是與CPU有關的信息；第二個表是中斷堆棧，可以從這個表中找出產生故障的塊號、中斷原因和代碼。
②  錯誤地址 ISTACK中的STEP地址計數器（SAC）指出了CPU進入停止狀態前PLC中STEP語句的絕對地址，STEP相對的地址計數器（REL SAC）指出了CPU進入停止狀態前產生故障的STEP5語句在塊內相對地址。
③  用BSTACK（塊堆棧）功能可以跟蹤程序找出出錯的PB、DB塊等。
常規錯誤分析見表2，用LED狀態分析故障見表3。

表2  常規錯誤判斷
 

表3  LED錯誤信息
 

3  結語
冷軋廠自1996年試車以來，年產量從50萬噸達到今年的75萬噸，該廠酸洗機組的米巴赫焊機發揮了極其重要的作用。實踐證明，此系統配置合理、穩定性好、可靠性高，設備自動化程度高，維護和操作簡單，取得了良好的經濟和社會效益。