摘 ?要：本文用西門子新一代SIMATIC S7-300T型CPU+SINAMICS S120對已經(jīng)停產的西門子SINUMERIK840D+611系統(tǒng)控制的重軌加工線鋸鉆床設備進行升級改造，構建了相應技術改造方案。方案使用了通用型CPU，產品與其他在線設備重合，備件通用性較強，同時技術人員不用再參加培訓就能對改造后的設備進行維護，改造后的設備通訊功能完全兼容原系統(tǒng)，驅動采用新一代S120系統(tǒng)，同時具備多種控制模型及定位功能，很好地實現(xiàn)了設備工藝要求，改造后的鋸鉆床設備不僅能提高工作的可靠性、減少故障、降低成本，還可提高工作效率。

關鍵詞：鋸鉆床;PLC;變頻器;定位控制

中圖分類號：TM921.5 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）18-0155-02

Abstract：In this paper，Siemens new generation SIMATIC S7-300T CPU+SINAMICS S120 is used to upgrade the heavy rail processing wire saw drilling machine controlled by SINUMERIK840D+611 system，and the corresponding technical transformation scheme is constructed. The scheme uses general CPU，the product coincides with other on-line equipment，and the spare parts are more versatile. At the same time，technicians can maintain the improved equipment without any training. The communication function of the improved equipment is fully compatible with the original system，driving the new generation of S120 system，and possessing a variety of control models and positioning. The function of the sawing and drilling machine can well meet the technical requirements of the equipment. The improved sawing and drilling machine can not only improve the reliability of the work，reduce the failure，reduce the cost，but also improve the work efficiency.

Keywords：sawing and drilling machine;PLC;converter;position control

0 ?引 ?言

攀鋼軌梁廠鋼軌鋸鉆床原系統(tǒng)采用的是西門子公司的SINUMERIK840D+611驅動系統(tǒng)，由于產品停產，部分備件已經(jīng)無法購買，且相關技術人員流失，導致維護故障頻發(fā)，生產壓力加重，維護難度加大。結合市場應用產品及與西門子公司的技術交流，多方面考證后決定采用西門子SIMATIC S7-300T型CPU和新一代驅動器SINAMICS S120對原系統(tǒng)進行升級改造。本文對整個改造方案進行了介紹。

1 ?鋸鉆床的結構和系統(tǒng)要求

鋸鉆床機械系統(tǒng)由9根軸、7個液壓夾緊裝置組成。此設備用于鋼軌鋸切、鉆孔加工。105m長鋼軌通過用戶輥道被運送至買方現(xiàn)有的鋸鉆床進行定尺長度鋸切及鉆孔，該過程為全自動或手動操作。定尺長度為9～50m±0.02m，定尺鋼軌的長度要求要能在操作員站上選擇或輸入，啟動長度測量進行自動控制。要求實現(xiàn)自動和手動控制、鋸切和同時一側鉆或兩側鉆，或僅鋸切的功能。

2 ?改造方案的組成

本方案選擇西門子SIMATIC S7-300T型CPU和新一代驅動器SINAMICS S120（DC-AC）模式來實現(xiàn)鉆鋸床的功能。同時配置操作員站HMI，實際自動手動等邏輯控制、定位鋸鉆等工藝控制、信息歸檔存儲與相關設備通訊等功能。本方案配置的結構圖如圖1所示。

2.1 ?控制系統(tǒng)的選擇

控制系統(tǒng)選用西門子SIMATIC S7-315T技術型CPU。

SIMATIC S7-300T型屬于S7-300系列技術型CPU，不僅具有普通300CPU的功能，同時可以借助編程庫中的S7-Tech Library的現(xiàn)成指令庫來實現(xiàn)復雜的非常人工控制功能，具由于都是直接調用，大大減少了CPU的占用率。所有的程序編制和開發(fā)，都是借助西門子STEP7軟件環(huán)境，編程語言是用戶所熟悉的LAD、STL、FBD、SCL、Graph、CFC、SFC、HiGraph，現(xiàn)場有大量使用西門子S7-300系列PLC，技術人員熟悉STEP7軟件環(huán)境，無需再進行相關的培訓即可進行后期維護。

SIMATIC S7-315T技術型CPU，總計可帶32個工藝組件，其中包括8根軸，集成工作存儲器256KB，可通過MMC卡擴展裝置存儲器到8M，執(zhí)行指令時間浮點數(shù)運算約為3μs，有256個可組態(tài)計數(shù)器，256個定時器，同時激活的作業(yè)的運動控制指令功能塊可達210個，具有兩個集成的PROFIBUS接口，可參數(shù)化DP的主站或從站，可用于連接驅動組件，同時具有DP時鐘同步特性。通過DP網(wǎng)絡組態(tài)驅動器及遠程I/0站、操作員站，以實現(xiàn)系統(tǒng)的功能控制。

2.2 ?驅動器的選擇

本方案選擇西門子新一代SINAMICS S120系列變頻器拖動原有變頻及伺服電機。采用ALM+電機模塊的結構，其中鋸及夾送輥采用單軸電機模塊，鉆采用雙軸電機模塊。

SIEMENS最新一代的SINAMICS S120驅動系統(tǒng)，新的SINAMICS S120驅動系統(tǒng)帶有PROFIBUS接口的CU320- 2DP型控制單元，整流部分采用帶有回饋功能的整流回饋單元ALM，制動時候的能量能夠回饋電網(wǎng)，ALM節(jié)省了制動單元和制動電阻等組件，同時節(jié)省了空間及發(fā)熱單元。S120系統(tǒng)的通訊報文與原有一致，控制柜內安裝DP通訊光纖模塊與上位系統(tǒng)通訊接口對接。上位機PLC系統(tǒng)保持不變，通訊方式仍保持Profibus DP通訊。

使用STARTER調試軟件，可快速，便捷地對驅動參數(shù)進行設置及對傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化。包括對驅動控制模式的選擇，鋸和鉆采用矢量控制，進料輥、進給軸采用伺服控制。通過E-POS定位功能及T-CPU的定位功能庫來共同實現(xiàn)定長、定位的要求。

3 ?改造調試過程

3.1 ?拆除及安裝

拆除原有840D操作臺，安裝新操作臺，并安裝一臺操作員站，安裝好HMI畫面。原有柜體利舊，拆除柜內的611驅動器，安裝好SINAMICS S120驅動器，并安裝S7-300T型CPU。完成動力、控制接線，完成DP網(wǎng)、以太網(wǎng)、光纖搭建。

3.2 ?系統(tǒng)調試

通過PLC控制邏輯控制鋼軌經(jīng)進料輥道對準機器縱向進料，到達進料側切頭移出前的傳感器信號及定位長度時停止，進行切頭，切頭后鋼軌將被慢速輸入鋸鉆床，在檢測到鋼軌頭部后，輸入側壓緊輥將向軌底提升，壓力輥將下降到軌頭。

鋼軌由伺服控制進料側壓緊輥和變頻控制輥道同步運行通過鋸鉆床，定位光柵檢測到鋼軌頭部，測量輪編碼器開始計數(shù)鋸切長度，通過T-CPU及S120定位功能共同協(xié)調作用（定位精度達到±3mm），當鋼軌運行到位置后停止運行。壓緊輥夾緊關閉，水平夾緊關閉使鋼軌固定。鋸快速進給到接近鋼軌，并將自動轉換鋸進給速度。鉆快速進給到接近鋼軌軌腰，鉆進給自動轉換為預先設定速度和進給行程。鉆進給停止后快速退回到起始位置。當鋸切循環(huán)結束時，出料側鋼軌將由主夾緊外擺8mm，鋸片將外擺4mm，確保鋸片無接觸退回到起始位置。夾緊將釋放，出料側鋼軌將被運輸出鋸鉆床區(qū)域，經(jīng)由輥道送往收集區(qū)。這些動作將被重復，直到預先選擇的加工數(shù)量和加工長度完成。

在操作員站HMI畫面上設置鋸鉆床手動、自動操作，設置加工模式及定尺長度選擇;設置鋼軌規(guī)格尺寸的設定、歸檔及調用，方便后期查詢和維護。加工命令和鋸切參數(shù)能夠通過操作員在PC上發(fā)出指示，通過用戶輥道臺和運輸-長度定位系統(tǒng)允許自動生產循環(huán)。

4 ?結 ?論

通過本次升級改造，系統(tǒng)使用通用化的PLC及變頻設備，已有的技術能力完全能勝任后期的維護工作。同時西門子PLC模塊及S120與廠里其他設備的備件通用，減少了備件庫存。改造后的控制設備采用模塊化設計，且控制柜利舊，改造周期短，且此系列產品在市場上被廣泛應用，改造后的鋸鉆床設備不僅提高了設備工作的可靠性、減少了故障、降低了成本，還提高了工作效率。投用以后，很快達產，且加工精度、節(jié)奏完全滿足工藝要求。

參考文獻：

[1] 崔興艷.機床電氣設備及升級改造 [M].北京：機械工業(yè)出版社，2016.

[2] 徐清書.SINAMICS S120變頻控制系統(tǒng)應用指南 [M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.

[3] 張斌，解巖，童小建，等.淺談西門子S120驅動器在鋸鉆機床行業(yè)的應用 [J].科技展望，2016，26（25）：141.

[4] 王軼，盧杰，范立新.西門子840D數(shù)控系統(tǒng)在軌梁鋸鉆床的應用 [J].包鋼科技，2012，38（1）：67-69.

[5] 王益海.基于西門子數(shù)字驅動伺服611U的鋼軌鋸鉆床控制系統(tǒng) [J].四川冶金，2012，34（3）：33-36+58.

作者簡介：馮楊東（1974.03-），男，漢族，四川西充人，工程師，研究生，研究方向：工業(yè)自動化。