李靜，楊勝泉

(中鋁洛陽(yáng)銅業(yè)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

銅加工精整設(shè)備Ф20～Ф50mm10輥管材矯直機(jī)，用于銅及銅合金管材高精度的矯直生產(chǎn)，加工后的產(chǎn)品具有嚴(yán)格的橢圓度、直度、直徑公差、表面光潔度等機(jī)械精度特點(diǎn)。該類(lèi)高精度銅管材主要用于醫(yī)療設(shè)施、計(jì)算機(jī)散熱、移動(dòng)通信、電子儀表及電磁微波技術(shù)等專(zhuān)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。本設(shè)備控制系統(tǒng)采用WinCC flexible組態(tài)軟件，改變了傳統(tǒng)的操作方式，提升了設(shè)備自動(dòng)化水平，簡(jiǎn)化了工作人員的操作過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)方式。

1 矯直機(jī)基本結(jié)構(gòu)及工作原理

Ф20～Ф50mm10輥矯直機(jī)是一臺(tái)具有操作人機(jī)界面，自動(dòng)化程度較高的矯直設(shè)備，主要由上料系統(tǒng)、主機(jī)部分、出料系統(tǒng)等組成，并配有相應(yīng)的電氣系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)及氣動(dòng)系統(tǒng)。

該矯直機(jī)10個(gè)雙曲線矯直輥全部為主動(dòng)輥，采用2-2-2-2-2輥體對(duì)稱配置(圖1)，矯直輥的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由兩臺(tái)西門(mén)子6RA70全數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，輥縫值及角度值根據(jù)設(shè)定參數(shù)，經(jīng)位移傳感器檢測(cè)自動(dòng)調(diào)整。矯直原理是多道次旋轉(zhuǎn)反彎原理對(duì)管材進(jìn)行高精度矯直。

圖1 矯直輥2-2-2-2-2配置圖

2 WinCC flexible基本概念

WinCC flexible是新一代的西門(mén)子組態(tài)編程可視化軟件，其運(yùn)行系統(tǒng)與自動(dòng)化系統(tǒng)通訊，用于過(guò)程可視化、生產(chǎn)過(guò)程操作自動(dòng)化，處理、維護(hù)報(bào)警信息和提供各種數(shù)據(jù)。WinCC flexible運(yùn)行系統(tǒng)在Windows平臺(tái)上運(yùn)行用戶組態(tài)程序，還可用于在組態(tài)計(jì)算機(jī)上模擬或測(cè)試用戶編譯完成后的組態(tài)文件。WinCC flexible具有開(kāi)放簡(jiǎn)明的擴(kuò)展功能，帶有Visual Basic腳本功能，集成了ActiveX控件，可以集成在STEP7中，與用戶的STEP7項(xiàng)目共享相同的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括符號(hào)表和地址等，從而直接看到其在STEP7中定義的變量符號(hào)表和地址等，可以在組態(tài)操作面板的同時(shí)對(duì)STEP7的符號(hào)表和通訊設(shè)置進(jìn)行直接訪問(wèn)，隨時(shí)修改變量地址、數(shù)據(jù)類(lèi)型、通訊總線地址和協(xié)議等。

3 WinCC flexible在矯直機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

10輥管材矯直機(jī)的控制系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-300PLC，通過(guò)MPI總線和操作臺(tái)上的人機(jī)界面MP277組成一體化的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，由PLC進(jìn)行相應(yīng)的工藝聯(lián)鎖和保護(hù)，并在人機(jī)界面上顯示，用于矯直機(jī)工藝操作和邏輯控制。

3.1 矯直機(jī)人機(jī)界面介紹

WinCC flexible在矯直機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，是通過(guò)人機(jī)界面MP277工作畫(huà)面軟件設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。畫(huà)面是項(xiàng)目的主要元素，通過(guò)其可操作和監(jiān)視系統(tǒng)，人機(jī)界面用畫(huà)面中可視化的畫(huà)面對(duì)象來(lái)反映實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，系統(tǒng)主要組態(tài)有五個(gè)畫(huà)面：主畫(huà)面、工藝畫(huà)面、參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)監(jiān)視和單機(jī)操作。

主畫(huà)面主要用于監(jiān)視主電機(jī)的速度和電流，以及輥縫選定及其實(shí)際值的監(jiān)視；工藝畫(huà)面主要用于設(shè)定各種規(guī)格的參數(shù)，可保存直徑20～50mm之間的16種規(guī)格；參數(shù)設(shè)定畫(huà)面主要用于輥縫基準(zhǔn)設(shè)定，一般不進(jìn)入，只有在輥?zhàn)有枰鼡Q、位移傳感器有移位調(diào)整或更換時(shí)才進(jìn)入，其中分別有可調(diào)整的7個(gè)矯直輥位移傳感器在PLC里的基準(zhǔn)數(shù)值、位移傳感器基準(zhǔn)數(shù)值對(duì)應(yīng)的輥縫值、位移傳感器的實(shí)際值三個(gè)數(shù)值；狀態(tài)監(jiān)視畫(huà)面主要是用于監(jiān)視電機(jī)狀態(tài)；單機(jī)操作畫(huà)面主要用于各氣閥的單動(dòng)操作、軟料筐收卷電機(jī)的收緊和放松的單動(dòng)、輥縫調(diào)節(jié)單動(dòng)操作的高低速切換。

3.2 WinCC flexible配方功能

通過(guò)WinCC flexible建立項(xiàng)目、編輯畫(huà)面，添加配方參數(shù)，實(shí)現(xiàn)與PLC的連接，供操作者在人機(jī)界面設(shè)置工藝參數(shù)以及觀察過(guò)程值。配方是同一類(lèi)數(shù)據(jù)的集合，具有固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在組態(tài)階段，對(duì)配方的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次性定義。一個(gè)配方中包含有多個(gè)配方數(shù)據(jù)記錄，這些數(shù)據(jù)記錄僅在數(shù)值方面有所不同，而非結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在人機(jī)界面或外部存儲(chǔ)介質(zhì)上。根據(jù)所需用途不同，配方的組態(tài)有所不同。若需在項(xiàng)目中使用配方視圖編輯配方，則數(shù)值僅能保存在配方數(shù)據(jù)記錄中；若要在項(xiàng)目中編輯配方畫(huà)面中的配方，則數(shù)值將保存在配方變量中。

WinCC flexible中，使用配方編輯器來(lái)創(chuàng)建、組態(tài)和編輯配方(圖2)。在配方“名稱”和“編號(hào)”文本框中輸入一組在項(xiàng)目中唯一標(biāo)識(shí)該配方的名稱“new”和編號(hào)“2”。在配方成分區(qū)域中，輸入配方元素，新建配方之前先定義配方所需使用的變量。

圖2 創(chuàng)建配方畫(huà)面

3.3 腳本

當(dāng)用戶進(jìn)行組態(tài)編輯任務(wù)時(shí)，會(huì)大量使用WinCC flexible提供的預(yù)定義函數(shù)，還可以使用VB Script語(yǔ)言編寫(xiě)程序來(lái)解決更為復(fù)雜的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)自定義功能。腳本編輯器用于創(chuàng)建和編輯腳本。腳本具有兩種不同的類(lèi)型：函數(shù)型和子程序型(SUB),函數(shù)型腳本具有一個(gè)返回值，而子程序型腳本則只作為一個(gè)過(guò)程來(lái)使用，沒(méi)有任何返回值。

在10輥矯直機(jī)人機(jī)界面中，運(yùn)用了腳本功能，編寫(xiě)子程序腳本如下：

If SmartTags("電機(jī)和閥變量DJQD")=False Then

LoadDataRecord 2, SmartTags("record_index"), Null

SetDataRecordTagsToPLC 2, Null

End If

在“電機(jī)和閥變量DJQD"都不啟動(dòng)的情況下，裝載編號(hào)為“2”配方的數(shù)據(jù)記錄到內(nèi)部變量“record_index”中，下載配方編號(hào)為“2”的數(shù)據(jù)記錄到PLC中。

3.4 主畫(huà)面

10輥矯直機(jī)矯直的管材直徑在Ф20～Ф50mm之間，主要有16種規(guī)格，在WinCC flexible左側(cè)的“項(xiàng)目視圖中”選擇“文本列表”，建立管材直徑條目對(duì)應(yīng)的數(shù)字編號(hào)，名稱為“l(fā)ist”(圖3)。

圖3 主畫(huà)面

主畫(huà)面中，“管徑設(shè)定”框中選擇要矯直的管材規(guī)格，該管材規(guī)格和“文本列表”的“l(fā)ist”條目相對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)的變量名為內(nèi)部變量“record_index”,然后點(diǎn)擊“裝載”按鈕，把所選管材規(guī)格對(duì)應(yīng)的配方數(shù)據(jù)記錄下載“DataRecordan Download”到了PLC中。在主畫(huà)面中即可顯示1#、5#上輥輥縫、2#下輥、4#下輥反彎量的理論值。

4 工藝參數(shù)的設(shè)定及矯直輥基準(zhǔn)調(diào)整

4.1 工藝參數(shù)的設(shè)定

當(dāng)需要增加新的管材規(guī)格直徑或修改以前的工藝參數(shù)時(shí), 在觸摸屏上點(diǎn)擊進(jìn)入工藝畫(huà)面之后,可以看見(jiàn)壓下參數(shù)設(shè)定畫(huà)面(圖4)。增加新的參數(shù)時(shí)，按左下方的新建按鈕，依次輸入矯直規(guī)格、1#輥縫、2#輥位置、3#輥縫、4#輥位置、5#輥縫、2#反彎量和4#反彎量。記下該新建參數(shù)的編號(hào)(在主畫(huà)面上選擇新增加管徑規(guī)格的工藝參數(shù)時(shí)只能選擇編號(hào)，不能直接選擇規(guī)格)，在“l(fā)ist”文本列表中，不同管材的規(guī)格直徑和其編號(hào)一一對(duì)應(yīng)。要修改原有的管徑參數(shù)時(shí)，選擇要修改的規(guī)格，再在下面表格做出修改，然后按左下方的保存按鈕。

圖4 壓下參數(shù)設(shè)定畫(huà)面

4.2 矯直輥基準(zhǔn)調(diào)整

當(dāng)位移傳感器發(fā)生移動(dòng)或其它原因造成需要再次校對(duì)基準(zhǔn)時(shí),在觸摸屏上按進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定畫(huà)面(圖5)，該畫(huà)面需要輸入用戶名和密碼。校對(duì)基準(zhǔn)時(shí)，把2#、4#下輥下降到和其它三輥平齊,然后把一根標(biāo)準(zhǔn)樣直管放進(jìn)矯直機(jī)里,通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)方式,使各輥緊靠管材,再在觸摸屏上設(shè)定基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。參數(shù)設(shè)定畫(huà)面表格的第一列為基準(zhǔn)傳感器值，第二列為基準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)的輥縫值，第三列為傳感器實(shí)際值。完成上述步驟后，則畫(huà)面中第一列按第三列顯示的實(shí)際值一一對(duì)應(yīng)輸入，第二列上輥實(shí)際輥縫值則輸入管材直徑，下輥實(shí)際輥縫值則輸入0(因?yàn)榕c其它三輥平齊，所以其值也應(yīng)為0)。

圖5 參數(shù)設(shè)定畫(huà)面

5 矯直機(jī)輥縫的調(diào)整操作特點(diǎn)

輥縫控制精度對(duì)管材矯直精度起決定性作用，針對(duì)不同規(guī)格制品，需要調(diào)整相應(yīng)的輥縫。輥縫調(diào)整由相應(yīng)的位移傳感器采集其實(shí)時(shí)電壓信號(hào)，通過(guò)PLC運(yùn)算將其輥縫數(shù)據(jù)顯示在人機(jī)界面上。輥縫調(diào)整分手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)整，通過(guò)操作臺(tái)上選擇開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。選擇手動(dòng)調(diào)整時(shí)，利用矯直輥選擇開(kāi)關(guān)，選擇對(duì)應(yīng)的輥?zhàn)?，通過(guò)操作壓上、壓下，可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)矯直輥的上下移動(dòng)；選擇自動(dòng)調(diào)整時(shí)，啟動(dòng)矯直輥?zhàn)詣?dòng)調(diào)整按鈕，可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)矯直輥的上下移動(dòng)，所有輥?zhàn)訒?huì)統(tǒng)一調(diào)整到一定位置。

5.1 手動(dòng)調(diào)整

主電機(jī)不能啟動(dòng)，操作臺(tái)上“單動(dòng)/聯(lián)動(dòng)”開(kāi)關(guān)在單動(dòng)狀態(tài)，輥縫調(diào)整選擇開(kāi)關(guān)“手動(dòng)/停止/自動(dòng)”在手動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)多位旋鈕選擇輥?zhàn)犹?hào)，再通過(guò)“壓上”和“壓下”按鈕調(diào)整輥縫，其輥縫值在觸摸屏的主畫(huà)面上顯示，且在單動(dòng)畫(huà)面可切換調(diào)節(jié)速度。

5.2 自動(dòng)調(diào)整

操作臺(tái)上“輥縫調(diào)整 手動(dòng)/停止/自動(dòng)”在自動(dòng)狀態(tài)，在觸摸屏主畫(huà)面上選擇要矯直的規(guī)格，并按觸摸屏上的“裝載”按鈕，按下“矯直輥?zhàn)詣?dòng)調(diào)整”進(jìn)行粗調(diào)，所有輥?zhàn)訒?huì)依次調(diào)整到一定位置。再按下“矯直輥?zhàn)詣?dòng)精調(diào)”，輥?zhàn)泳蜁?huì)按照觸摸屏選擇的規(guī)格設(shè)定精調(diào)到位，如果一次不能精調(diào)到位則按下該按鈕再次調(diào)整。

6 結(jié)論

WinCC flexible組態(tài)軟件在10輥高精度管材矯直機(jī)的應(yīng)用，解決了矯直理論數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)在控制單元有機(jī)結(jié)合的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了操作方式智能化和標(biāo)準(zhǔn)化的加工方式，減少矯直工藝過(guò)程中人為因素的影響。

該矯直設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣自動(dòng)化技術(shù)水平的提升，結(jié)合操作方式的智能化，解決傳統(tǒng)的7輥矯直機(jī)、6輥矯直機(jī)矯直精度低，外徑橢圓和表面擦傷問(wèn)題，加工后管材產(chǎn)品可達(dá)到較高的表面光潔度、精確的直線度、準(zhǔn)確的圓度，完全滿足高端用戶的需求。

[1]西門(mén)子(中國(guó))有限公司.深入淺出西門(mén)子人機(jī)界面[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

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