夏 定

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基于Simodrive 611U的鋼坯鋸切系統(tǒng)

夏 定

（衡陽(yáng)華菱鋼管有限公司，湖南衡陽(yáng) 421001）

伺服控制系統(tǒng)在對(duì)定位要求較高的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文通過(guò)對(duì)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(cè)長(zhǎng)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(bào)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(jī)

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

1 測(cè)長(zhǎng)工藝流程

測(cè)長(zhǎng)控制部分以測(cè)長(zhǎng)喂料小車為基礎(chǔ)。測(cè)長(zhǎng)喂料小車通過(guò)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)從鋼坯準(zhǔn)確長(zhǎng)度處夾持，并將鋼坯夾持處運(yùn)送至鋸切工位鋸切。測(cè)長(zhǎng)喂料小車以鋸切位置為坐標(biāo)0點(diǎn)。以往測(cè)長(zhǎng)喂料小車延伸方向?yàn)槲恢谜鴺?biāo)，實(shí)現(xiàn)位置精準(zhǔn)定位。在小車4710mm位置設(shè)置了校準(zhǔn)基位的光電開(kāi)關(guān)，用于每個(gè)周期的位置校驗(yàn)，從而保證周期內(nèi)位置無(wú)偏差。其測(cè)長(zhǎng)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(diǎn)后退的鋸切長(zhǎng)度，即

=1

式中，act為測(cè)長(zhǎng)喂料小車檢測(cè)到鋼坯邊沿的實(shí)際位置值；1為待切成的鋼坯長(zhǎng)度。

2 鋸切工藝流程

鋸機(jī)進(jìn)給以鋼坯運(yùn)輸輥道中心為坐標(biāo)0點(diǎn)。基位在760mm的位置，每次鋸切完成鋸機(jī)回到基位。鋸機(jī)的切斷點(diǎn)是410mm位置，鋸機(jī)鋸切到410位置保證鋼坯已完全切斷。在鋼坯被測(cè)長(zhǎng)喂料小車運(yùn)送到位的情況下，鋸機(jī)有個(gè)等待位，在698mm位置。這樣可以在鋸機(jī)本體的夾緊單元沒(méi)有夾緊的情況下，鋸機(jī)先走等待位，待夾緊單元夾緊后再運(yùn)行410位置鋸切，以節(jié)省時(shí)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(gè)系統(tǒng)以西門子S7-300為核心。通過(guò)Profibus- DP總線，掛有3個(gè)遠(yuǎn)程IO站，兩個(gè)人機(jī)界面PP17和OP17，一臺(tái)西門子6SE70的變頻器和兩個(gè)611U伺服控制板。3個(gè)遠(yuǎn)程IO站分別分布在鋸機(jī)入口、鋸機(jī)本體和液壓站。PP17面板用作主操作臺(tái)開(kāi)關(guān)選擇信號(hào)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(dòng)鋸機(jī)主電機(jī)帶動(dòng)鋸片旋轉(zhuǎn)以鋸切鋼坯。兩個(gè)611U控制板分別用于控制測(cè)長(zhǎng)喂料小車精確定位和鋸機(jī)本體的進(jìn)給運(yùn)行。另外，Cimplicity監(jiān)控畫面系統(tǒng)通過(guò)Applicom卡連接至PLC，用于人機(jī)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(guò)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(bào)文結(jié)構(gòu)為PKW區(qū)域4個(gè)字，PZD區(qū)域發(fā)送為7個(gè)字，接受為10個(gè)字。這些報(bào)文數(shù)據(jù)通過(guò)SFC14/15循環(huán)在PLC和驅(qū)動(dòng)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(dòng)根據(jù)選擇的程序段運(yùn)行。P922=0，定義為總線報(bào)文自由構(gòu)成。P918=15，總線地址的設(shè)定。設(shè)置P915，對(duì)發(fā)送報(bào)文進(jìn)行定義。設(shè)置P916，對(duì)接收?qǐng)?bào)文進(jìn)行定義。通過(guò)P915和P916的設(shè)定，將發(fā)送接收?qǐng)?bào)文的構(gòu)成定義為見(jiàn)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(yùn)行程序段

利用“SimoCom U”工具軟件設(shè)定相關(guān)的運(yùn)行程序段，一個(gè)程序段由程序段號(hào)、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。可通過(guò)程序修改參數(shù)，從而修改運(yùn)行程序段中位置、速度等需要調(diào)節(jié)的參數(shù)，達(dá)到控制目的。驅(qū)動(dòng)運(yùn)行時(shí)，只需給出運(yùn)行程序段的編號(hào)，并將定位控制字的第六位置1，即可現(xiàn)實(shí)驅(qū)動(dòng)按選擇的運(yùn)行程序段所設(shè)定的曲線運(yùn)行。611U系統(tǒng)最多可設(shè)置64個(gè)運(yùn)行程序段。

4.4 通過(guò)報(bào)文PKW區(qū)域讀寫參數(shù)

PKW區(qū)域由參數(shù)ID（PKE），子位標(biāo)（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(hào)由PNU設(shè)定，子參數(shù)號(hào)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(hào)，發(fā)送時(shí)6為讀參數(shù)，8為修改參數(shù)。接受時(shí)5傳送參數(shù)值，7為作業(yè)不能被執(zhí)行。其詳細(xì)構(gòu)成見(jiàn)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(shí)現(xiàn)

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

測(cè)長(zhǎng)喂料小車通常需要走4個(gè)位置，分別為基位、送鋼坯到鋸切點(diǎn)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(guò)4個(gè)運(yùn)行程序段實(shí)現(xiàn)對(duì)走4個(gè)位置的控制，分別編號(hào)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(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整利用報(bào)文的PKW區(qū)域，對(duì)相關(guān)參數(shù)的修改現(xiàn)實(shí)。如對(duì)運(yùn)行程序段2的位置值進(jìn)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(guò)這一系列操作現(xiàn)實(shí)修改P81.02的值為預(yù)置值的任務(wù)。如果從驅(qū)動(dòng)返回的作業(yè)號(hào)為5，就說(shuō)明參數(shù)修改成功。待運(yùn)行程序段的相關(guān)參數(shù)調(diào)整成功后，將需運(yùn)行的運(yùn)行程序段的編號(hào)傳給發(fā)送報(bào)文的PZD2，即SatzAnw，再將定位控制字的第6位置1即可啟動(dòng)移動(dòng)作業(yè)。

5.2 鋸切刀數(shù)的確定

通過(guò)OP17面板輸入鋼坯的鋸切長(zhǎng)度和要鋸切成的段數(shù)等參數(shù)。測(cè)長(zhǎng)喂料小車每次走基位即將面板輸入的段數(shù)傳遞給計(jì)數(shù)器。而鋸機(jī)每切完一刀將計(jì)數(shù)值減1。當(dāng)測(cè)長(zhǎng)喂料小車將鋼坯運(yùn)送至鋸切點(diǎn)時(shí)比較計(jì)數(shù)值是否為1。如果不為1，測(cè)長(zhǎng)喂料小車就再運(yùn)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(shuō)明已經(jīng)是最后一刀，那么測(cè)長(zhǎng)喂料小車運(yùn)行至基位等待下一根鋼坯。

6 結(jié)論

衡鋼3臺(tái)坯鋸自投產(chǎn)以來(lái)，由于整個(gè)系統(tǒng)界面友好、操作簡(jiǎn)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(zhǎng)度誤差控制在5mm以內(nèi)，較好地滿足了工藝要求。

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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(yáng)市人，工程師，主要研究方向?yàn)樽詣?dòng)化控制。