西门子模块总代理商-内江地区

散热带是空调行业中，重要也是用得多的零部件之一，它对散热器和冷凝器的温控效果，起到非常重要的作用。由于散热带成型技术的工艺复杂性，而且空调行业对它的需求量又很大，所以它的制造工艺往往很难用简单的机械设备来实现。传统工艺制造方法是：通过机械的齿轮传动，加上简单的伺服控制。传统工艺制造的技术弱点是：工艺参数修改困难，而且控制精度较差。

　　此次，我公司研制的这套散热带成型机设备，电气控制部分采用了西门子simatic cpu315t-2dp对系统的各个传动轴进行精的运动控制，不仅可以有效地提高传动轴的定位精度，同时能够在整个系统运行过程中实时修改工艺参数，很好地克服了传统设备中的技术弱点。

控制系统构成

　　散热带成型机是一套典型的运动控制系统，它的原料是一盘被卷成盘状的散热带，见图1，而它的成品是一根根有着同样长度和一定高度的锯齿型散热带。

这个机床共由六根轴构成。对轴的各种操作和工艺参数，均是通过西门子的人机界面（hmi）来设定。系统的根轴是速度轴，通过变频器实现速度控制，其作用是将机床的原料—盘状的散热带按照系统设定的运行速度快速放出。系统的第二根轴经过齿轮箱和成型刀具相连，虽然它也是由变频器控制，但它却是机床的主轴，因为在它的轴端安装了作为整个系统主动轴的增量式编码器。第三根轴是一根从动轴，它的位置介于根轴和第二根轴之间起到一种阻尼和缓冲的作用。在传统的工艺中，这根轴被磁粉制动器所代替，但由于磁粉制动器的磁粉随着时间的推移被磁化，产品的质量得不到充分保证。现在我们将这根轴和主轴进行电子齿轮比的相对同步控制，使它和主轴形成一个微小的速差以产生一定的张力，这样既克服了磁粉制动器的缺点，同时也消除了由于原料不平整等因素引起的制造误差。

散热带经过了成型刀具成型之后，形成松散的锯齿状。但是，成品散热带的锯齿状是很紧密的，并且散热带成锯齿状后有较强的弹性，不容易形成终的形状。因此，第四、第五、第六根轴，要对整根散热带子进行多级整形调整。由于机床运行过程中，散热带的移动速度很快，要达到每秒三米，所以系统控制的一个难点是：各整形轴之间要配合得恰到好处，且不能产生累积误差。在这里我公司使用了simatic t-cpu所提供的电子齿轮比作地同步功能，使得第四、第五、第六根轴和主轴末端的编码器实现位置同步，很好地解决了这一难题。

系统控制中的另一个难点是：在散热带的快速移动中切出长短一致的带子。对机床第六根轴的控制中，我们使用了simatic t-cpu的电子齿轮比同步中的output cam功能，使第六根轴到达规定位置后能迅速发出信号，触发刀具切断带子。

　　整个机床的六根轴，通过profibus-dp（driver）通讯口的等时同步通讯模式进行联接，极大地提高了系统的一致性、稳定性和快速性。

控制系统完成的功能

　　整个控制系统的核心部件，我们选择了西门子的simatic cpu315t-2dp。它是西门子家族中一款性价比较高的，集成了西门子simotion运动控制器和simatic逻辑控制器于一体的新一代s7-300 plc自动化控制产品。这两大的西门子控制器内核之间的通讯，是由simatic t-cpu的内部硬件来保证，勿需要用户额外编制通讯程序，实现了复杂的逻辑控制器和的运动控制器之间的无缝连接，节省了用户的开发成本，大大缩短了系统的编程、调试时间。

　　系统中将 cpu315t-2dp的两个通讯口都配置成12m bits/s的通讯速率，其中标准的mpi/dp口用于连接人机界面和变频器，另一个profibus dp（drive）口连接伺服控制器和外接编码器。整个系统的六根轴由simatic t-cpu通过profibus总线形式，采用isochrone mode（等时同步）模式链接控制，极大地提高了系统的控制精度。

伺服控制器采用了西门子新推出的sinamics s120 cu320，如图5所示。电机模块选用了书本型并带有drive-cliq接口的双轴模块，电机选用1fk7系列带有drive-cliq接口的伺服电机。硬件组态时通过软件s7 technology中集成的s7t config调试软件，使用“驱动器参数自动配置模式”，一次性将所有伺服系统数据（包括：伺服驱动器参数配置，伺服电机参数，伺服电机所带的编码器）读上来，免去了繁琐的伺服驱动器和电机的参数配置过程。

项目的实施与运行

　　simatic t-cpu的开发软件，通过集成在step7环境下的工艺软件包s7 technology进行硬件配置，驱动器调试，工艺参数设置，编制程序。

　　对simatic t-cpu就编制程序工作而言，与使用simatic s7-300 plc的编程软件step7完全一致。这也是对于工程技术人员具诱惑力的地方，只要你有plc编程的技术基础，你就可以在simatic t-cpu这个平台上，独立地完成非常复杂的运动控制系统开发任务。由于simatic t-cpu是一个集成了西门子simotion运动控制器和simatic逻辑控制器于一体的新一代simatic s7-300 plc自动控制产品，所以，你不仅仅可以轻松得到卓越的西门子simatic s7-300 plc控制器的诸多技术优势（例如，逻辑控制，工业网络通讯，hmi通讯，远程诊断，等等），同时，可以顺便得到西门子simotion运动控制器的诸多运动控制技术优势。

simatic t-cpu主要用于各种需要多轴运动控制的应用场合。这种多轴运动控制系统的应用，对电气控制系统的实现往往有一定的难度。如果你采用了simatic t-cpu，只要在电脑中安装了step 7软件和s7-technology软件包，所有多轴运动工艺所需要的运动控制功能，都可以在step 7编程库中找到相对应的命令功能块，调用它们和使用通常的simatic s7-300软件功能块没有任何差别。你可以采用plc结构化编程方式，非常容易地实现运动控制的编程、调试工作。这样，西门子simatic t-cpu的用户，对工程师运动控制的知识背景要求不高，非常人性化。

　　工艺轴的参数，如速度、位移等等，以及轴的各种状态和错误信息都包含在分配给轴的db块中，编程时只要读取各个轴的db块中相应地址的数值，就能对轴的运动状态一目了然。而且，通过db块中的错误报警信息，能够及时地判断和处理故障。图6是机床的四根伺服轴经过配置后所生成的db块。

应用体会

　　机床投入运行后工作正常，性能稳定。尤其是设备能够达到每秒3米的成型速度，及其可以动态修改工艺参数的技术特性，受到了用户的好评。

　　回顾机床控制系统的开发过程，庆幸自己在项目方案选型阶段，作出了明智的决定—选择西门子simatic t-cpu作为控制系统的核心部件，从而保证自己可以在短短几个月时间内，成功地进行了整个复杂电气控制系统的研发，提供了有力的技术保证。

　在系统的研发过程中，得到了西门子技术支持团队的良好服务，在此表示衷心地感谢。

数字量输出模块包含用于 ET 200SP 的数字量输出。

可对模块进行热插拔，从而使设备极易维护。

提供有以下数字量输出模块：

• DQ 4x24VDC/ 2A 标准型，用于类型 A0 基本单元，彩色编码 CC02

• DQ 4x24 V DC/2 A 高性能型，适用于基本单元类型 A0，彩色编码 CC02

• DQ 4x24 V AC-230 V AC/2 A 标准型，适用于基本单元类型 B1，颜色代码 CC41（不久提供）

• DQ 8x24VDC/ 0.5A 标准型，用于类型 A0 基本单元，彩色编码 CC02

• DQ 8x24 V DC/0.5 A 高性能型，适用于基本单元类型 A0，彩色编码 CC02

• DQ 8x24 V DC/0.5 A 泄漏型，适用于基本单元类型 A0，彩色编码 CC01

• DQ 16x24 VDC/0.5 A 标准型，用于类型 A0 基本单元，彩色编码 CC00

• RQ NO 4x120 V DC-230 V AC/5 A 标准型，基本单元类型 B0，颜色代码 CC00

• RQ CO 4x24 V UC/2 A 标准型，用于类型 A0 基本单元，彩色编码 CC00

在线调试的准备 在线调试是用于检查整个生产过程的运行是否正常的调试，在线调试的 准备工作如下。 （1）整个生产过程的设备已经完成离线调试。 （2）完成离线调试报告，并对存在问题进行处理和重新检查合格。 （3）已经完成在线调试方案和故障应急处理方案。 （4）热态操作人员已经完成有关操作培训，并熟悉有关操作和处理。 8.3.2.2　在线调试的基本步骤 在线调试过程通常采用手动方法对整个生产过程进行操作，以打通流 程。其基本步骤如下。 （1）按生产过程流程要求启动生产过程。 （2）将应用程序投运，检查程序运行正常。 （3）顺序启动有关设备，检查设备运转是否正常。 （4）检查程序执行情况，是否有生产过程停止运行情况，检查原因，并 处理（包括程序更改）。 （5）整个生产过程打通，程序能够正常运转。 （6）完成在线调试报告。 8.3.2.3　控制回路调整 在线调试中控制回路的调试是重要内容，主要是调整控制回路的参数。 （1）数字量信号的调整。 ① 滤波时间常数。数字量信号调试主要调整滤波时间常数，应根据干扰 信号的频率进行调整，尤其是防止数字量信号的抖动对系统的影响。

一 高速旋杯自动静电喷涂机（ESTA）系统应用现状

　　近十五年，中国汽车工业迅速发展，自1992年汽车产量突破一百万辆之后，一直保持着较高的增长速度，并重点发展轿车生产，大规模引进国际先进技术，兴建了包括上海大众在内的一批现代化轿车生产基地。2005年轿车产量达到295.8万辆。中国汽车工业中以涂装技术为主的表面工程技术已接近或达到当前国际先进水平。需特别指出的是，中涂和面漆的涂装是车身涂装中为重要的环节，它将直接影响汽车的装饰性、耐候性和外观，其涂料品种和涂装技术也是汽车涂装工艺中发展快的，历来受汽车厂家的重视。中涂和面漆涂装普遍采用高速旋杯自动静电喷涂机（ESTA），以提高漆膜外观质量和油漆利用率。自1994年上海大众引进条采用高速旋杯自动静电喷涂机生产线以来，目前一汽大众、上海通用、东风神龙、广州本田、北京现代等公司都采用了高速旋杯自动静电喷涂机，据不完全统计，目前共有60多套高速旋杯自动静电喷涂机服役于汽车涂装线。

　　目前国内轿车涂装线高速旋杯式自动静电喷涂机成套设备技术主要由DUERR、ABB、SAMES、ESSENMANN、大气社等国际设备提供商提供。从1994年国内从美国ABB引进套高速旋杯式自动静电喷涂机使用至今也已12年，系统采用的是80年代末技术，特别是系统监控用硬件及软件，随着电气设备的老化，无论从使用寿命、维修费用、备件供应等方面都对使用厂家无疑是新的挑战。今后一段时期内，国内较早引进ESTA生产线的厂家都将面临这些问题。如采用全新投入，一方面投资费用高，另一方面更新改造周期长，都是不能接受的。因此，我们采用西门子SIMATIC先进的控制技术，对静电喷涂机的控制系统、网络系统和人机界面监控系统进行更新改造。这样投入少、工期短，。

二 高速旋杯自动静电喷涂机控制系统原理与网络结构

　　高速旋杯式自动静电喷涂机，其工作原理是将油漆通过在高速（高每分钟6万转）下转动的旋杯，使其得到充分的雾化，并在高压（直流10万伏）静电场的作用下，使带电荷的油漆微粒被均匀地吸附到工件表面，形成光亮、平滑牢固的漆面。高速旋杯式自动静电喷涂机主要包括：自动喷涂设备中的核心部件高速旋杯雾化单元、高压单元、换色单元、成形空气单元、仿型运动单元、流量单元、保护单元及其相应的自动控制与管理单元。我们以西门子PLC为基础的控制系统，根据静电喷涂原理，有机地控制各个单元动作，形成自动的静电喷涂工艺过程。

　　ESTA的网络系统一般可分为2层，即设备控制层和监控管理层。以下两种实现方案：

　　1、设备控制层--现场总线

　　设备控制层由主控制PLC（如西门子S5、S7系列）、操作控制台、所有控制单元（如雾化、高压、换色、成形空气、仿型运动、流量）及其现场执行器件、传感器件（如电磁阀、气动单元、光电传感器、流量计等）组成，并通过现场总线Profibus使之组成有机的设备控制层。所有分布式I/O产品都按一定的控制范围安装于分布式I/O控制箱内，尽可能减少硬件布线及故障点，提高整个系统的稳定性，同时也方便了今后系统的维护。

　　2、监控管理层现--工业以太网

　　监控管理层采用工业以太网的方式实现，连接着主控制PLC与上层HMI设备，编程设备以及相关设备。工业以太网卡在PLC上为CP1430接口模板， HMI设备上为CP1613接口模板。WinCC工业组态软件通过工业以太网与主控PLC交换数据。工业以太网在自动化行业中的应用是工厂自动化技术与IT技术、互连Internet技术结合的产物，成为未来可能的制造业电子商务技术、网络制造技术雏形。本方案中采用工业以太网充分考虑到了其具有的协议通用性、数据传输速率高等特点以及开发应用程序周期短优点。采用工业以太网方式实现的监控管理层主要由主控制PLC、HMI及其编程设备组成，通过TCP/IP方式实现与监控计算机进行数据交换。同时可更方便地向上组成工厂生产控制系统（FIS），顺应了当前汽车行业订单制造的发展趋势。

三.ESTA监控系统的自主开发与应用

　　各家设备供应商为了各自的专利技术与技术保密，监控系统都采用各自开发的人机界面软件或SCADA系统。如早期的ABB直接用C语言开发DOS环境下的界面软件，DUERR的ECO RC2 （Keba）系统。本文作者通过现场使用，结合在轿车涂装行业应用的特殊性，应用目前较流行的人机界面组态软件自主开发，如：InTouch、WinCC、组态王等，实现HMI监控功能。本次就采用了西门子WinCC工业组态软件，根据我们对ESTA生产线的工艺和设备多年使用经验和理解，成功开发了ESTA监控系统，并顺利地投入在生产中使用，至今一直稳定运行。同时通过项目开发，我们厂家也拥有了有关ESTA方面自主知识产权。

1.监控系统的硬件及软件配置

　　系统硬件主要由西门子面板式IPC PC 670（500 MHz Inbbb Pentium CPU、15“TFT显示器、薄膜键盘、集成鼠标）、PLC（S5-155U 948）和工业现场总线Profibus（CP1430、CP1613、IM308/318）三大部分组成。

　　系统软件主要由操作系统Microsoft bbbbbbs 2000 Professional、SIMATIC WinCC V 5.1工业组态软件、Step 5编程软件及COM5431通讯设置软件组成。

　　2.监控系统网络拓扑结构

3.监控系统的主要功能

　　n 工艺及设备参数的管理

　　不同车型，不同颜色，喷涂工艺参数也不同。为适应不同车型的混线生产，系统根据多年生产经验，已经建立了喷涂工艺数据库。系统能够进行所有工艺参数数据库的维护与管理，如图2。可以在线或离线进行工艺参数的局部或全部修改，如转速、流量、成形空气、高压值、触发位置等，并自动记录所有参数修改记录，保证所有的产品工艺参数的可追溯性。

n 生产信息的管理及设备监控功能

　　位于现场工控机能够对在线生产的所有产品及设备运行状况进行监控。通过该系统可以显示目前所有在制品状况以及在制品的目前位置，统计目前的产量。

　　能够监控目前9个高速旋杯的所有参数设置以及现场实际参数（如转速、流量、成形空气、高压值、位置等），

各种生产及设备信息的定义与设置，如车型定义、颜色定义、过电流上限、运动控制参数、手动速度等进行预先定义或设置。如图5。能够任意的进行每个节拍后的ESTA换色程序及步骤编程。

n 系统自诊断、报警系统

　　系统有故障报警及自诊断功能。当设备在运行时，无论手动或自动控制模式，设备出现故障时，系统将显示故障报警并提示故障产生的可能原因。操作者可对报警进行应答及排除故障后复位，并通过颜色区分哪些报警已做了复位，哪些报警只是做了应答，并形成故障报警及修复记录。

n 用户管理

　　根据管理人员操作人员的权限可以通过预先对用户设置定义并管理。所有的操作者可以浏览目前使用的工艺参数、生产及设备状态，但不可以进行修改。除非他被赋予足够的权限，通过输入个人密码确认后，才能进行相应权限的修改。所有的修改也将形成历史修改记录，以备追溯。