上棒機械手控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

羅軍

摘要：介紹了上棒機械手自動控制系統(tǒng)的硬件配置、軟件的開發(fā)及應(yīng)用情況。此系統(tǒng)已投入使用，性能穩(wěn)定，控制準確，取得了明顯的效益。

關(guān)鍵詞：機械手;軟件;開發(fā);應(yīng)用

鋁棒是擠壓生產(chǎn)中必不可少的原料，向擠壓機運送鋁棒的快慢直接影響著型材的產(chǎn)量。忠旺集團下轄各擠壓分廠為了提高產(chǎn)量，逐漸將之前老舊的電葫蘆吊棒設(shè)備替換成上棒機械手，于2017-2018年投入近20臺機械手，減少了人工成本，也同時提高的安全性和可操作性，上棒機械手，自動化程度高，對于提高鋁型材的產(chǎn)量和質(zhì)量，有十分重要的意義。

當前可編程控制器（PLC）是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)控制計算機，已經(jīng)成為電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心裝置，它不僅能實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，還能完成各種順序或定時的閉環(huán)控制功能，并且抗干擾能力強、可靠性高、穩(wěn)定性好、體積小，能在惡劣環(huán)境下長時間、不間斷運行，且編程簡單，維護方便，并配有各類通訊接口與模塊處理，可方便各級連接。

一、上棒機械手自控系統(tǒng)概述

首先操作工需用行吊將棒框按指定位置放置在上棒機械手料車上，料車將棒框運至上棒位停止，然后選擇上棒控制模式，最后啟動設(shè)備，實現(xiàn)往棒爐料臺上上棒的整個過程。

設(shè)備具備手動、半自動、自動三種控制模式，并具備設(shè)備故障診斷報警功能。

根據(jù)用戶和工藝設(shè)計的要求，上棒機械手系統(tǒng)分為三個部分，人機界面、PLC.分布式I/O，SIEMENS KTP700 Basic PN作為主要的人機界面（Human-Machine Interface），對設(shè)備監(jiān)控、生產(chǎn)操作管理等，主要面向操作人員;SIEMENS S7-1500系列PLC構(gòu)成，為基礎(chǔ)測控級，完成生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集及過程控制等，面向生產(chǎn)過程。

面向生產(chǎn)操作人員，由1套HMI，監(jiān)控生產(chǎn)情況。在HMI的監(jiān)控畫面上顯示各種設(shè)備的工況參數(shù)，并通過HMI來對生產(chǎn)過程進行控制調(diào)節(jié)。根據(jù)生產(chǎn)情況可選擇手動、半自動、全自動工作模式。當生產(chǎn)中出現(xiàn)異常時，在HMI上顯示報警信息。

面向生產(chǎn)過程，由過程控制器以及現(xiàn)場智能I/O處理器、各種模板構(gòu)成，為基礎(chǔ)測控級。完成生產(chǎn)現(xiàn)場壓力、溫度、流量的采集和處理，對生產(chǎn)過程進行控制。

自動控制系統(tǒng)通過對料車，橫向車，豎向車，還有液壓系統(tǒng)控制的鉗口的自動控制，實現(xiàn)鋁棒的加料、行走、卸料的自動化。

橫向車是由變頻器控制下的變頻電機，通過CPI的調(diào)節(jié)，達到加速減速位置控制的要求。

豎向車是由伺服控制器控制下的伺服電機，同樣是通過CPI的調(diào)節(jié)，達到加速減速精準的位置控制要求。

鉗口則是通過液壓系統(tǒng)控制的液壓馬達，帶動絲杠來實現(xiàn)抓取和放料。

二、系統(tǒng)硬件選型及特點

為了滿足上面提到的上棒的監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求，我們采用德國西門子公司SIEMENSS7-1500系列CPU，通過PROFINET將分布式FO設(shè)備同控制器CPU相連，通過PROFINE7同分布式I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)。分布式FO設(shè)備收集現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行器數(shù)據(jù)，以便能夠傳輸?shù)娇刂破鰿PU。

1.CPU模塊：帶顯示屏的CPU;工作存儲器可存儲150KB代碼和1MB數(shù)據(jù);位指令執(zhí)行時間60ns;4級保護，集成的工藝功能：運動控制，閉環(huán)控制，計數(shù)與測量;集成的跟蹤功能;PROFINET IO控制器，支持RT/IRT，2個端口，支持MRP，傳輸協(xié)議TCP/IP，S7通信，Web服務(wù)器，恒定總線循環(huán)時間，路由功能。

2.分布式擴展I/O：現(xiàn)場為IM155-5分布式IO，適應(yīng)實時工業(yè)控制、遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集的要求。包括遠程擴展模塊，16點24V DC開關(guān)量輸入，16點24V DC開關(guān)量輸出，2通道編碼器模塊。

3.遠程接口模塊：IM155用于與PRO-FINET IO現(xiàn)場總線的連接。

4.電源模塊：10A電源，輸入AC85-264V，輸出DC24V。

本系統(tǒng)選用的硬件產(chǎn)品及系統(tǒng)：

控制系統(tǒng)共有輸入、輸出信號近200點，其中包括開關(guān)量輸入/輸出信號、編碼器信號

1.控制器6ES7 511-1AK01-OABO 1塊

2.電源模塊 6EP1332-4BA00 1塊

3.接口模塊 IM155-5 6ES7155-5AA00-OABO 1塊

4.開關(guān)量輸入模塊6ES7 521-1BH10-OAAO 4塊

5.開關(guān)量輸出模塊 6ES7522-1BH10-OAAO 2塊

6.編碼器模塊 6ES7551-1AB00-OABO 1塊

三、軟件開發(fā)及系統(tǒng)功能

本項目的軟件開發(fā)采用西門子自動化與驅(qū)動集團功能強大的編程軟件TIAV13

在本項目的HMI中包括如下的功能：

數(shù)據(jù)采集及處理

參數(shù)顯示（液壓站溫度高低，剩余棒的數(shù)量與位置，機械手當前狀態(tài)限位等）

控制系統(tǒng)及生產(chǎn)設(shè)備運行狀態(tài)顯示（電機運行、閥開/關(guān)）

報警和事件列表

四、結(jié)論

本文闡述了基于SIEMENS S7-1500系列PLC的上棒機械手系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。本控制系統(tǒng)是由遼寧忠旺制造有限公司設(shè)計制作，己在遼寧忠旺各擠壓分廠生產(chǎn)線上得到實際使用，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。在該系統(tǒng)中PLC控制充分發(fā)揮了其配置靈活、控制可靠、編程方便和可現(xiàn)場調(diào)試的優(yōu)點，給整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來較大的益處。