基于Simodrive 611U的鋼坯鋸切系統(tǒng)

夏 定

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基于Simodrive 611U的鋼坯鋸切系統(tǒng)

夏 定

（衡陽華菱鋼管有限公司，湖南衡陽 421001）

伺服控制系統(tǒng)在對定位要求較高的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文通過對以西門子Simodrive 611U為基礎(chǔ)構(gòu)成的圓鑄鋼坯鋸切系統(tǒng)的介紹，分析了系統(tǒng)的測長定位和鋸切工藝，以及611U通用型伺服控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)和通信報文的設(shè)定。為生產(chǎn)和設(shè)備管理提供了幫助。

S7-300；611U；Profibus-DP；鋸機

為實現(xiàn)圓鑄鋼坯的分段鋸切任務(wù)，衡鋼從奧地利整體引進了三套鋼坯鋸切設(shè)備。主要作業(yè)任務(wù)是將長度為8～10m的長鋼坯，鋸切成1.8～4.6m一段的短坯。操作人員只需在人機界面輸入鋸切長度和要將鋼坯鋸切成的段數(shù)，即可實現(xiàn)全自動鋸切。系統(tǒng)主要依托西門子Simodrive 611U伺服控制系統(tǒng)，驅(qū)動測長喂料小車和鋸機進給兩根軸，實現(xiàn)精確的位置控制。

1 測長工藝流程

測長控制部分以測長喂料小車為基礎(chǔ)。測長喂料小車通過驅(qū)動伺服電機實現(xiàn)從鋼坯準確長度處夾持，并將鋼坯夾持處運送至鋸切工位鋸切。測長喂料小車以鋸切位置為坐標0點。以往測長喂料小車延伸方向為位置正坐標，實現(xiàn)位置精準定位。在小車4710mm位置設(shè)置了校準基位的光電開關(guān)，用于每個周期的位置校驗，從而保證周期內(nèi)位置無偏差。其測長系統(tǒng)如圖1所示。

第一刀夾持位置為

=act+1

第二刀夾持位置為從0點后退的鋸切長度，即

=1

式中，act為測長喂料小車檢測到鋼坯邊沿的實際位置值；1為待切成的鋼坯長度。

2 鋸切工藝流程

鋸機進給以鋼坯運輸輥道中心為坐標0點?；辉?60mm的位置，每次鋸切完成鋸機回到基位。鋸機的切斷點是410mm位置，鋸機鋸切到410位置保證鋼坯已完全切斷。在鋼坯被測長喂料小車運送到位的情況下，鋸機有個等待位，在698mm位置。這樣可以在鋸機本體的夾緊單元沒有夾緊的情況下，鋸機先走等待位，待夾緊單元夾緊后再運行410位置鋸切，以節(jié)省時間，提高鋸切效率。其示意圖如圖2所示。

3 控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

整個系統(tǒng)以西門子S7-300為核心。通過Profibus- DP總線，掛有3個遠程IO站，兩個人機界面PP17和OP17，一臺西門子6SE70的變頻器和兩個611U伺服控制板。3個遠程IO站分別分布在鋸機入口、鋸機本體和液壓站。PP17面板用作主操作臺開關(guān)選擇信號的輸入。OP17用作工藝參數(shù)的輸入和讀取。西門子6SE70變頻器用于驅(qū)動鋸機主電機帶動鋸片旋轉(zhuǎn)以鋸切鋼坯。兩個611U控制板分別用于控制測長喂料小車精確定位和鋸機本體的進給運行。另外，Cimplicity監(jiān)控畫面系統(tǒng)通過Applicom卡連接至PLC，用于人機軟件讀取PLC數(shù)據(jù)。系統(tǒng)硬件組態(tài)如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)的硬件組態(tài)

4 通過611U的位置控制

4.1 硬件組態(tài)

在總線上掛上611U控制板通信卡6SN1114的GSD文件。組態(tài)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的報文結(jié)構(gòu)為PKW區(qū)域4個字，PZD區(qū)域發(fā)送為7個字，接受為10個字。這些報文數(shù)據(jù)通過SFC14/15循環(huán)在PLC和驅(qū)動611U之間發(fā)送/接受。

4.2 611U參數(shù)的設(shè)定

參數(shù)P700=3，選擇定位方式，驅(qū)動根據(jù)選擇的程序段運行。P922=0，定義為總線報文自由構(gòu)成。P918=15，總線地址的設(shè)定。設(shè)置P915，對發(fā)送報文進行定義。設(shè)置P916，對接收報文進行定義。通過P915和P916的設(shè)定，將發(fā)送接收報文的構(gòu)成定義為見表1的結(jié)構(gòu)。

表1　網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)PZD區(qū)域的構(gòu)成

4.3 運行程序段

利用“SimoCom U”工具軟件設(shè)定相關(guān)的運行程序段，一個程序段由程序段號、位置、速度、加速度修調(diào)、減速度修調(diào)、指令、指令修調(diào)和方式組成，分別存放在P80至P87中?？赏ㄟ^程序修改參數(shù)，從而修改運行程序段中位置、速度等需要調(diào)節(jié)的參數(shù)，達到控制目的。驅(qū)動運行時，只需給出運行程序段的編號，并將定位控制字的第六位置1，即可現(xiàn)實驅(qū)動按選擇的運行程序段所設(shè)定的曲線運行。611U系統(tǒng)最多可設(shè)置64個運行程序段。

4.4 通過報文PKW區(qū)域讀寫參數(shù)

PKW區(qū)域由參數(shù)ID（PKE），子位標（IND）和參數(shù)值（PWE）組成。其讀/寫參數(shù)作業(yè)由AK設(shè)定，參數(shù)號由PNU設(shè)定，子參數(shù)號由IND設(shè)定，具體參數(shù)值放在PWE中。其中AK的作業(yè)任務(wù)號，發(fā)送時6為讀參數(shù)，8為修改參數(shù)。接受時5傳送參數(shù)值，7為作業(yè)不能被執(zhí)行。其詳細構(gòu)成見表2。

表2　網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)PKW區(qū)域的構(gòu)成

5 相關(guān)程序的編寫

5.1 定位的實現(xiàn)

根據(jù)報文的組態(tài)設(shè)定。報文的前4個字為PKW區(qū)域。程序利用PKW區(qū)域修改驅(qū)動的相關(guān)控制參數(shù)。發(fā)送報文的第5個字為定位控制字。程序中需對控制字的諸如使能、急停等控制位進行設(shè)置。發(fā)送報文的第6個字為運行程序段的選擇。當系統(tǒng)工作于定位方式時，驅(qū)動將按選擇的運行程序段設(shè)定好的線路運行。

測長喂料小車通常需要走4個位置，分別為基位、送鋼坯到鋸切點的位置、切第一刀的夾持位置和切多刀的夾持位置。程序通過4個運行程序段實現(xiàn)對走4個位置的控制，分別編號0至3。基位和送鋼坯至鋸切工位的位置分別固定為4710和0，不需要調(diào)節(jié)。切第一刀的夾持位置和切多刀的夾持位置，需要根據(jù)工藝設(shè)定的鋸切長度進行調(diào)整。調(diào)整利用報文的PKW區(qū)域，對相關(guān)參數(shù)的修改現(xiàn)實。如對運行程序段2的位置值進行更改。先將81傳給PNU部分，將2傳給IND部分，將需調(diào)整的位置值傳給PWE部分，最后將8傳給AK部分即可。通過這一系列操作現(xiàn)實修改P81.02的值為預(yù)置值的任務(wù)。如果從驅(qū)動返回的作業(yè)號為5，就說明參數(shù)修改成功。待運行程序段的相關(guān)參數(shù)調(diào)整成功后，將需運行的運行程序段的編號傳給發(fā)送報文的PZD2，即SatzAnw，再將定位控制字的第6位置1即可啟動移動作業(yè)。

5.2 鋸切刀數(shù)的確定

通過OP17面板輸入鋼坯的鋸切長度和要鋸切成的段數(shù)等參數(shù)。測長喂料小車每次走基位即將面板輸入的段數(shù)傳遞給計數(shù)器。而鋸機每切完一刀將計數(shù)值減1。當測長喂料小車將鋼坯運送至鋸切點時比較計數(shù)值是否為1。如果不為1，測長喂料小車就再運行至切多刀的夾持位置，繼續(xù)執(zhí)行夾持喂料任務(wù)；如果為1，就說明已經(jīng)是最后一刀，那么測長喂料小車運行至基位等待下一根鋼坯。

6 結(jié)論

衡鋼3臺坯鋸自投產(chǎn)以來，由于整個系統(tǒng)界面友好、操作簡易等特性以及611U系統(tǒng)穩(wěn)定的性能，所以較好地完成了生產(chǎn)任務(wù)。鋼坯鋸切的長度誤差控制在5mm以內(nèi)，較好地滿足了工藝要求。

[1] 郭立偉. simodrive[Z]. 西門子, 2005.

[2] 夏加寬, 姜昊馳, 于爽. 基于旋轉(zhuǎn)變壓器的多極電動機轉(zhuǎn)子位置檢測系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電氣技術(shù), 2016, 17(1): 11-15.

[3] 王旅. 異步電動機堵轉(zhuǎn)保護整定探討[J]. 電氣技術(shù), 2016, 17(9): 129-131.

[4] 李昆鵬, 萬健如, 朱琳. 永磁同步電機瞬時功率預(yù)測控制[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2015, 30(1): 38-44.

[5] 王永興, 溫旭輝, 趙峰. 六相永磁同步電機缺相容錯控制[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2015, 30(5): 49-58.

Billet Sawing System based on Simodrive 611U

Xia Ding

(Hengyang Valin Steel Tube Co., Ltd, Hengyang, Hu’nan 421001)

Servo control system is widely used in the field of high positioning requirements. Based on the Siemens Simodrive 611U as the basis of the round billet sawing system. Analysis of the length of the system positioning and sawing process, as well as the 611U general servo control system hardware configuration and communication message settings. In order to provide assistance for production and equipment management.

S7-300; 611U; Profibus-DP; saw

夏 定（1982-），男，湖南省益陽市人，工程師，主要研究方向為自動化控制。