基于S7-300的交流伺服系統(tǒng)在汽車儀表板生產(chǎn)線中的應(yīng)用
時(shí)間：2010-04-15 13:45:50
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交流伺服系統(tǒng)
汽車儀表
S7-300
西門子
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[導(dǎo)讀]以西門子SIMATIC S7—300 PLC為核心的交流伺服系統(tǒng)代替原來以單片機(jī)為核心的直流伺服系統(tǒng)。并介紹了該系統(tǒng)的控制對(duì)象和控制任務(wù)， 然后著重論述系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、軟硬件設(shè)計(jì)方案及實(shí)施方法。
0 引言
以前的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)多以直流系統(tǒng)為主，這是因?yàn)橹绷麟姍C(jī)調(diào)速比較方便，本身的機(jī)械特性較硬，但直流電機(jī)由于有電刷換向，不適用于防爆場(chǎng)合，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不便。近年來由于電子技術(shù)飛速發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)日趨成熟，其調(diào)速性能可與直流系統(tǒng)相媲美，并正逐步取代直流電機(jī)調(diào)速。
我公司的原系統(tǒng)為CANN0N公司獨(dú)立研制，以STD總線、Z80CPU為核心的單片機(jī)組成的直流伺服控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)抗干擾能力差，軟硬件資料不詳， 維修困難， 且備件價(jià)格貴， 采購周期長(zhǎng)， 經(jīng)常造成停機(jī)。因此我們采用西門子S7—300PLC及位控模塊FM357、 SIM0DRIVE611A伺服驅(qū)動(dòng)模塊、1FK6伺服電機(jī)構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行了改造。
1 系統(tǒng)組成和工藝流程
1．1系統(tǒng)組成
系統(tǒng)組成框圖如圖1。
由圖可知， 機(jī)械手控制系統(tǒng)是整個(gè)汽車儀表板生產(chǎn)線的核心， 它主要完成高精度的定位控制、與上位機(jī)通訊、數(shù)據(jù)采集、故障報(bào)警， 以及控制發(fā)泡機(jī)高壓循環(huán)及澆注時(shí)間， 接收來自轉(zhuǎn)盤線的速度信號(hào)以適應(yīng)轉(zhuǎn)盤不同運(yùn)行方式。高壓發(fā)泡機(jī)系統(tǒng)主要完成ISO （異氰酸酯）和POL （聚醚多元醇）2種發(fā)泡料的流量、壓力調(diào)節(jié)及原料循環(huán)控制。轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)主要完成轉(zhuǎn)盤速度調(diào)節(jié)及模具開合控制。
機(jī)械手控制系統(tǒng)是此次改造的重點(diǎn)，該系統(tǒng)的主要構(gòu)成如圖2。
硬件配置如下：
?。?）上位機(jī)采用研祥EWS．843P一體化工控機(jī)，體積小巧，操作方便，主要完成參數(shù)設(shè)定，故障顯示等。（2）以西門子S7．300PLC為核心，CPU模塊為CPU316-2DP，主要具有與上位機(jī)通訊、處理I／O模塊、控制計(jì)數(shù)器模塊、位置控制模塊的功能。（3）輸入模塊為32點(diǎn)的 SM32l，輸出模塊為l6點(diǎn)的SM322主要完成數(shù)字量的I／O控制。（4）FM357位置控制模塊主要完成高精度的定位控制。（5）FM350計(jì)數(shù)模塊主要采集來自轉(zhuǎn)盤的光電碼盤信號(hào)，以便完成與轉(zhuǎn)盤的協(xié)調(diào)控制。（6）SIMODRIVE6l1A伺服驅(qū)動(dòng)模塊主要接受FM357的控制信號(hào)，為伺服電機(jī)提供動(dòng)力。（7）1FK6交流伺服電機(jī)為執(zhí)行電機(jī)。
1．2 系統(tǒng)工藝流程
系統(tǒng)工藝流程如圖3。
2 系統(tǒng)軟件構(gòu)成
2．1系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)序
系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)序圖如圖4。
2．2 程序框圖及系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件采用西門子公司W(wǎng)INCCV5．0軟件， 運(yùn)用該軟件設(shè)計(jì)顯示澆注軌跡及示教參數(shù)輸入等， 中文人機(jī)界面， 操作方便。
下位機(jī)PLC程序采用西門子公司STEP7 V5．1軟件，實(shí)現(xiàn)編程監(jiān)控。程序框圖如圖5。
3 結(jié)束語
由于采用西門子S7—300 PLC為核心的交流伺服系統(tǒng)代替原來的以單片機(jī)為核心的直流伺服系統(tǒng)，大大提高了控制可靠性。改造后的系統(tǒng)能完全滿足與發(fā)泡機(jī)、轉(zhuǎn)盤的協(xié)調(diào)控制， 符合注模工藝要求，系統(tǒng)性價(jià)比高， 操作方便， 經(jīng)濟(jì)效益顯著。
以前的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)多以直流系統(tǒng)為主，這是因?yàn)橹绷麟姍C(jī)調(diào)速比較方便，本身的機(jī)械特性較硬，但直流電機(jī)由于有電刷換向，不適用于防爆場(chǎng)合，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不便。近年來由于電子技術(shù)飛速發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)日趨成熟，其調(diào)速性能可與直流系統(tǒng)相媲美，并正逐步取代直流電機(jī)調(diào)速。
我公司的原系統(tǒng)為CANN0N公司獨(dú)立研制，以STD總線、Z80CPU為核心的單片機(jī)組成的直流伺服控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)抗干擾能力差，軟硬件資料不詳， 維修困難， 且備件價(jià)格貴， 采購周期長(zhǎng)， 經(jīng)常造成停機(jī)。因此我們采用西門子S7—300PLC及位控模塊FM357、 SIM0DRIVE611A伺服驅(qū)動(dòng)模塊、1FK6伺服電機(jī)構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行了改造。
1 系統(tǒng)組成和工藝流程
1．1系統(tǒng)組成
系統(tǒng)組成框圖如圖1。
由圖可知， 機(jī)械手控制系統(tǒng)是整個(gè)汽車儀表板生產(chǎn)線的核心， 它主要完成高精度的定位控制、與上位機(jī)通訊、數(shù)據(jù)采集、故障報(bào)警， 以及控制發(fā)泡機(jī)高壓循環(huán)及澆注時(shí)間， 接收來自轉(zhuǎn)盤線的速度信號(hào)以適應(yīng)轉(zhuǎn)盤不同運(yùn)行方式。高壓發(fā)泡機(jī)系統(tǒng)主要完成ISO （異氰酸酯）和POL （聚醚多元醇）2種發(fā)泡料的流量、壓力調(diào)節(jié)及原料循環(huán)控制。轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)主要完成轉(zhuǎn)盤速度調(diào)節(jié)及模具開合控制。
機(jī)械手控制系統(tǒng)是此次改造的重點(diǎn)，該系統(tǒng)的主要構(gòu)成如圖2。
硬件配置如下：
?。?）上位機(jī)采用研祥EWS．843P一體化工控機(jī)，體積小巧，操作方便，主要完成參數(shù)設(shè)定，故障顯示等。（2）以西門子S7．300PLC為核心，CPU模塊為CPU316-2DP，主要具有與上位機(jī)通訊、處理I／O模塊、控制計(jì)數(shù)器模塊、位置控制模塊的功能。（3）輸入模塊為32點(diǎn)的 SM32l，輸出模塊為l6點(diǎn)的SM322主要完成數(shù)字量的I／O控制。（4）FM357位置控制模塊主要完成高精度的定位控制。（5）FM350計(jì)數(shù)模塊主要采集來自轉(zhuǎn)盤的光電碼盤信號(hào)，以便完成與轉(zhuǎn)盤的協(xié)調(diào)控制。（6）SIMODRIVE6l1A伺服驅(qū)動(dòng)模塊主要接受FM357的控制信號(hào)，為伺服電機(jī)提供動(dòng)力。（7）1FK6交流伺服電機(jī)為執(zhí)行電機(jī)。
1．2 系統(tǒng)工藝流程
系統(tǒng)工藝流程如圖3。
2 系統(tǒng)軟件構(gòu)成
2．1系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)序
系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)序圖如圖4。
2．2 程序框圖及系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件采用西門子公司W(wǎng)INCCV5．0軟件， 運(yùn)用該軟件設(shè)計(jì)顯示澆注軌跡及示教參數(shù)輸入等， 中文人機(jī)界面， 操作方便。
下位機(jī)PLC程序采用西門子公司STEP7 V5．1軟件，實(shí)現(xiàn)編程監(jiān)控。程序框圖如圖5。
3 結(jié)束語
由于采用西門子S7—300 PLC為核心的交流伺服系統(tǒng)代替原來的以單片機(jī)為核心的直流伺服系統(tǒng)，大大提高了控制可靠性。改造后的系統(tǒng)能完全滿足與發(fā)泡機(jī)、轉(zhuǎn)盤的協(xié)調(diào)控制， 符合注模工藝要求，系統(tǒng)性價(jià)比高， 操作方便， 經(jīng)濟(jì)效益顯著。
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