S7300许多程序实例.docx

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S7300许多程序实例

S7-300在高档压铸机上的应用

产品部门：

AS    所属行业：

金属加工机械制造业

来源：

SIEMENSAutomationExpertMeeting2006Xi’An

作者刘少全（西门子数控南京有限公司南京） 

作者 周红卫（江苏新瑞机械有限公司常州）

  摘要：

本文介绍了用S7-300控制高档压铸机的方案。

系统完成对机器顺序动作的控制，运用软件斜率调节比例阀的输出，使机器动作平滑；在压射过程中采集大量数据并以曲线的形式显示在HMI上；根据曲线可以对制品成型过程进行分析比较，可通过脉宽调制控制步进电机，调节压射过程中3个不同阶段的速度。

  关键词：

压铸机，脉宽调制，比例阀，软件斜率，自动调模，硬件中断，曲线

Abstract

Thispaperintroduces asolutionofcontrolsystemfordiecastingmachinewithS7-300PLC.Thecontrollerwillrealizethecontrolofmachinesequence,usesoftwareramptoadjusttheoutputoftheproportionalvalveandmakethemakemoveverysmoothly;  LargenumberofdatawillbesampledduringdiecastingphaseandallofthesampleddatawillbedisplayinHMIwithTRENDcurve;Analysisandcomparisoncanbedoneaccordingtothecurvewhichissampledduringdiecastingphase,thenthespeedduringdiecastingphasecanbeadjustedbysteppermotorwhichiscontrolledbyPWM.

KeyWords:

 Diecastingmachine,PulseWidthModulation,ProportionalValve,SoftwareRamp,AutoMoldAdjustment,Processalarm,Curve

正文：

 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

OP27010 

1

10.4”,256色 

HMI

CPU313C

1

24DI,D24V

16DQ,DC24V,0.5A

5AI

2AQ

数字量输入

数字量输出，3PWM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

SM321

3

32DI,DC24V 

数字量输入 

SM322

2

8DQ,DC24V,2A

数字量输出（电磁阀输出）

SM322

3

16DQ,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

IM365

1

P-BUS

扩展机架

RAIL

2

480mm

导轨

MPICable

1

5m

电缆

4.    照片

                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OP27010。

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。

  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。

      CALL  SFB   49,"DI_PULSE_1"       

 // 慢压射

       LADDR   :

="DI_PULSE_1".LADDR    

//CountAddress:

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]             //ActualPosition

      L     #Act_Prs

      T     DBW[AR1,P#4000.0]          //ActualPressure

      L     #Act_Pos

      L     #Act_PosPre

      -I   

      L     33

      *I   

      T     DBW[AR1,P#8000.0]          //ActualSpeed

      L     #Act_Pos

      T     #Act_PosPre

      L     #Index

      +     1

      T     #Index

  3.    附加生产工艺当中有特点或较典型的设备或工艺照片。

 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OP27010，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。

STEP7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