西门子6ES7216-2AD23-0XB8接线图形 逻辑模块LOGO！和Micro PLC SIMATIC S7-200 正将越来越多功能集成到更小的单元。我们的microsystems 的优点再一次显示出来了，潜在的用户还是有些担心，这也使他们没有享受到成本上的节约以及性能上的优点。 应用或者转换成新技术时，购买价格经常是考虑的重要因素。顾客很快忘记了投资成本会在多么短的时间内收回。对于电过滤器，效果是控制人员或机械降低了设计、安装、测试、文件、存储成本。对于终的使用者来说，它意味着更高的可用性、维护的友好性、简易的可扩展性或转换性。考虑过程中包含越多的因素，就越能体现出microsystems 的优越性来。设备成本是一个重要的因素，比如在机器和系统中。如果革新的西门子microsystems 被使用，成本就能显著减少。比如小的控制柜的撞击效应，硬件需要的减少能节约电缆并减少调试时间。任何故障的源头都将在初的PC 测试阶段被检测出来，可以很容易的就可以对它进行改动。 如果这个考虑计算进行的很彻底，一般会得到投资成本低的并伴随着的质量和高度的用户满意度。 意大利机器制造商Parolin 和OMZ 从事冲洗业务。LOGO！24R 和LOGO！24RL 用来控制冲洗过程。 Parolin 位于威尼斯的Belvedere di Tezze，是一家生产工业冲洗机器的公司，这些机器用来为金属零件清理毛刺，冲洗并去除油污。机器主要由一个在溶液里旋转的卷筒构成，可以自动从上游处理机器中装料。当达到设定的填充面时，传感器会发出信号。卷筒自动关闭并降到溶液池里面。在冲洗过程中，控制器控制旋转方向和冲洗时间，这些都可以根据卷筒的负载进行改变。 在冲洗周期后，卷筒从溶液池中升上来，用一个引发开关定位到jingque的位置。Parolin 使用低成本的LOGO！24L 解决了老电路板的控制问题。公司的所有者Francesco Parolin 对于LOGO！的优点十分满意：“我们向世界各地出口产品。使用LOGO！后我们能够克服的障碍。我们的顾客也从中得到了大的利益，这是因为他们能使用LOGO！中可直接访问的定时器和计数器来修改冲洗周期和机器程序。碰到坏的情况，LOGO！也可以很快在本地得到更换，而不需要很长的停机时间。“清洗公路上和铁路上的车轮不知您是否清洗过槽车的内壁、火车的底座或卡车的车轮：OMZ S.r.l，in Santo Stefano Ticino near Milan，生产适合各个器件的冲洗设备。OMZ 个装备LOGO！24R 作为控制器的设备，对车轮架和卡车车轮进行冲洗，冲洗是在它们允许离开采石场或其他没有铺路的地方之前进行的。另一个LOGO！24R和LOGO！24RL 控制的设备清理火车底座上的污垢。它由一个带多个喷头的自动车组成，自动车在火车下面的一定范围内移动。水泵组通过光电电池来启动。“我过去使用继电器控制。现在由于LOGO！的灵活性，我通过引导蒸汽冲击来控制系统没有任何问题。”电子部门的领导，Franceso Lattuca 解释说。这些车间由于拥有LOGO！，功能相当完美，并且已经向广大的用户开放，比如意大利国家铁路和米兰运输部门可靠性和耐用性的象征——Kaltenbach。电源锯和带锯是Kaltenbach公司的主要产品，在金属加工机械上得到广泛的应用，为金属领域业内的行家熟知并给与了高度的评价，这类金属加工机械通常采用的是贝加莱(B&R)的自动化控制技术，因为贝加莱创新的理念让一切成为可能。 “当初我们选择贝加莱(B&R)公司的关键因素是贝加莱拥有很多优势诸如丰富独特的应用程序，能够帮助客户设计佳的解决方案的实力”，Kaltenbach公司电气设计 Strobel如是说道。 Kaltenbach追求产品的高品质和高可靠性,而不是盲目的跟随技术潮流去研发我们的产品;供应商期望凭借多年的产品研发经验为客户提供的是创新型的产品."这当然也包括优良的性价比,对于连续生产机械的制造商来说这点非常重要。"Gerhard Strobel补充说道。 在1996年，由于提供控制系统的德国供应商中断供货，Kaltenbach决定更换供货商。 曲曲折折的过去 “之后我们选择的控制系统始终都无法令人满意，供应商无法提供配套的标准附件诸如模拟量I/O和轴定位卡，导致我们无法为客户建立标准的项目诸如无法连接旋转编码器这类情况都会发生。”Gerhard Strobel回忆道。供应商仅提供昂贵的单个站点许可证。很显然，我们必须尽快解决控制系统的问题。 全球有120,000台Kaltenbach制造的机器正在使用。面对如此庞大的数量，更换系统的工作变得异常艰巨。由于金属加工厂家的产品类别丰富且各异，这一步迈得非常艰难。 Kaltenbach员工总数450人，研发和制造钢和铝的电源锯，带锯及轻钢龙骨加工系统，金属板材加工设备以及冲床和切割系统。基于所处理材料对机器的高标准要求，Kaltenbach规格多样的产品则能为客户提供佳的解决方案：独立的生产线可以有各种各样的设计，如从半自动化锯机到高性能的全自动化锯机。现在使用的控制系统必须能够满足各类产品多样化的需求。Gerhard Strobel解释道，“我们使用了六种不同型号的CPU-其他部件诸如不同I/O配置等等型号也非常丰富”。 崭新的开端——可信赖的贝加莱控制技术 “我们当前主要集成的是基于Motorola/Freescale处理器的PLC。而目前，我们正在为控制器更换Inbbb处理器的过程中”。贝加莱新一代PCC X20的CPU都基于Inbbb技术。“我们之对X20系统具有浓厚的兴趣是因为其优异的性价比和高性能的丰富组合---小型的CPU都能够提供意想不到的性能---系统的模块化结构更是为我们的机械提供了强大的支持。 Kaltenbach公司喜欢采用Power Panel作为半自动化系统的HMI。对于结构复杂的加工机械，采用了控制器和工业PC相结合的自动化系统，工业PC通过PVI与PLC相连。"此套控制系统可以用来显示和处理数据。"Kaltenbach使用面向对象语言Delphi编写的应用程序运行于PC，用来处理显示项目和数据。软件业支持DSDV接口；来自过程工程技术系统的数据无需人工输入。 Automation Panel集成于客户定制化的机械手中工作件传输工序的优化 工作件传输工序的优化是目前的一个主要趋势，电气技术部经理指出：“工具的加工时间实际仅占整个生产过程的很小一部分，大部分时间是浪费在物料的传输过程，如果能够缩短物料传输周期，便可以节省大量成本。” Kaltenbach研发了模块化的标准部件如交叉传输单元，此单元可以自动传输工作件。“通常我们为这些系统部件配置各自的PLC和软件接口，这样做的目的是确保花少的时间调整单元使之适应特定的任务。” 工业实时以太网POWERbbbb通信 系统配置将其中一个控制器作为主站，其余的控制器通过CAN互相连接，配置成从站。“CAN的应用广泛，比如，经CAN连接ACOPOS伺服轴，使用轴来定位工作件，通常，CAN总线的速度就可以满足此类任务的要求。考虑到多方面的原因，我们决定采用POWERbbbb替代CAN，使用POWERbbbb之后，控制器上的OS能够处理很多任务，而之前我们只能通过应用程序来完成这些任务。驱动器生产商包括伦茨很早就推出了集成POWERbbbb接口的变频器，从而让系统集成变得更加简单。”Gerhard Strobel自信地说道。 Gerhard Strobel之后还重点强调了POWERbbbb的一个突出性特点：在一个大型的系统中，E-stop开关增长很快，如何确保操作安全是比较难解决的问题。当我们还在为此事头痛时，贝加莱公司发布的POWERbbbb safety技术让我们的担忧瞬间烟消云散。 1 根据工件加工的需要，以独立的通用的部件为基础，配以部分专用部件组成的专用机床，称之为组合机床。回转工作台式组合机床是多工位组合机床的一种，它通过回转工作台进行加工工件的输送，夹具安装在工作台面上，被加工工件一次装夹后，从一个工位输送到下一个工位，工作台转一周，即完成在该机床上的全部加工工序。并且，装卸工件的辅助时间与机床的加工时间是重合的。本组合机床全称为回转工作台式六工位组合机床，有一个上下料工序、五个加工工序，分别为：上下料工序；铣端面工序；钻中心孔序；钻的盲孔工序；钻通孔工序；扩孔工序。组合机床外形参见图1所示。 图1 组合机床外形案例图片2 系统控制说明 本组合机床控制系统主要采用siemens s7-200系列plc和西门子触摸屏ktp-178micro构成，plc完成整个机床的信息采集、信息处理、各种驱动的控制等功能，人机界面完成智能化的后台管理、各轴加工参数的设定、信息监视等功能。 2.1 系统控制主要部件清单(见表1)2.2 系统控制主要部件介绍 cpu226是siemens公司生产的s7-200系列中性能高端的cpu模块，本机集成24输入/16路输出数字量通道，六个高速计数器，2个20khz的高速脉冲输出，大可扩展7个模块，两个通讯端口。 cpu221是siemens公司生产的s7-200系列中的低端cpu模块，本机集成6输入/4路输出数字量通道，4个高速计数器，2个20khz的高速脉冲输出，不可以扩展模块，一个通讯端口。 em223是siemens公司生产的s7-200系列中数字量混合模块， 4输入/4路输出数字量通道。 ktp-178micro是siemens公司根据国内用户使用习惯和需求而专门开发的人机界面， 是一款性价比较高的人机界面。 步进电机是采用研控自动化科技机电有限公司推出的系列产品，配套yka2404ma细分驱动器，高细分数为200。主轴电机采用三相异步电机。气缸采用smc系列。 2.3 系统控制架构(图2) 图2 系统控制架构2.4 系统控制主要特点 (1) 输入信号的处理：本套机床的检测信号有：回转工作台用机械式形成开关、气缸用磁环开关、滑台用磁性开关，这些信号的采集利用plc的通用数字量输入信号作为信号采集处理。 (2) 输出信号的处理：步进电机单元，利用plc本身集成的高速脉冲信号作为步进电机驱动器驱动信号，每台plc集成两通道高速脉冲信号，本套系统有四台plc主机，多可控制八轴驱动，控制采用脉冲+方向的控制方式。三相电机单元，利用plc本身集成的通用数字量输出信号作为电机驱动控制信号。气缸单元，利用plc本身集成的通用数字量输出信号作为气缸驱动控制信号。 (3) 人机交换：本套机床的加工参数通过上位机触摸屏来完成，操作人员根据加工需要可以更改相应加工参数。本套机床可通过上位机触摸屏进行机床的手动控制与自动控制，如：电机的运行、气缸的动作、滑台的点动运行。可通过触摸屏察看设备信息，察看设备信号是否正常。 2.5 系统运行模式 单机运行，通过触摸屏操作机床。该模式下又可实现单轴加工、全自动加工两种加工方式。 联机运行，通过终端调度软件给机床上下料，控制组合机床。 3 软件设计 本套系统采用了ktp-178micro触摸屏一台、cpu226一台、cpu221三台，cpu226作为系统的主站。ktp-178通过cpu226的port1口进行数据的读写，cpu226作为ppi主站通过port0口与下位机的三台cpu221进行数据的读写。所用到s7-200的主要控制命令有：网络读写命令(实现cpu226与三台cpu221之间的通讯、高速脉冲输出(实现步进电机的控制)、高速计数(实时读取各个进给轴的坐标)，本套系统大可控制轴数为八轴，为了方便与其它设备联机作业，该系统在控制架构设计上增加了联机接口。 3.1 网络读写指令 网络读指令(netr)初始化通讯操作，通过指令端口(port0)从远程设备上接收数据并形成表；网络写指令(netw)初始化通讯操作，通过指令端口(port0)向远程设备写表。 本套系统中，cpu226定义为2#主站，其它三台cpu221分别定义为3#从站、4#从站、5#从站。 本套系统中利用了网络读(netr)三项，共有三十个字节。(见表2)本套系统中利用了网络写（netw）指令三项，共有二十六个字节。(见表3)在cpu226中通过向导功能进行网络读写的配置，此配置可在ob1主程序进行循环调用，也可通过中断的形式调用。 ld sm0.0 callnet_exe:sbr8, 0, m7.0, m7.1 3.2 组合机床的联机接口定义(见表4) 该组合机床有单机/联机运行功能，并对联机运行时提供了i/o接口定义。 s1为电平信号，上位机通知机床回零，回零结束时上位机收到机床就绪信号，再切断该信号。 s5为电平信号，上位机通知机床全自动运行，切断该信号，机床自动运行结束。 s6为脉冲信号。上位机上下料完成时通知机床继续运行。3.3 高速脉冲输出指令 从站的三台cpu221每台控制两轴的步进电机，利用cpu本身集成的两通道高速脉冲输出信号作为步进电机驱动器的脉冲输出，其脉冲输出频率高达到20khz，根据各轴加工的特点，其控制程序要求步进滑台在作加工时有以下特点： 零点(原位)→快进(快速)→攻进(慢速)停留→快退(快速 零点(原位) 根据此特点该程序在设计时采用多段pto功能，以下为单轴进给事例程序： ///网络1 ld sm0.0 movb 16#a0, smb77 movw 700, smw178 movb 4, vb700 ///网络2 ld sm0.0 movw 1000, vw701 movw -5, vw703 movd 100, vd705 ///网络3 ld sm0.0 movw 500, vw709 movw 0, vw711 movd 500, vd713 ///网络4 ld sm0.0 movw 500, vw717 movw 15, vw719 movd 200, vd721 ///网络5 ld sm0.0 movw 15000, vw725 movw0, vw727 movd vd524, vd729 atch y轴脉冲完成:int1, 20 eni pls 1 sq0.3, 1 脉冲发送完成后产生中断： ld sm0.0 sm0.1, 1 creti 3.4 高速计数指令 由于本套系统为切削加工，又有深孔加工工序，其加工深度以及切削速度根据材料、刀具的不同可随时更改，为了快速、准确地对刀并减少刀具磨损，在软件设计上增加了深孔加工时的循环加工次数、滑台的坐标标定等功能。循环加工：由于刀具磨损、刀具摩擦发热，在进行深孔加工时需采用循环加工方式，此套软件严格遵循加工标准进行深孔加工软件设计，即减少了进刀时间，又排除了深孔加工排削难的问题。坐标标定：每次更换刀具、工件后都要进行对刀调试，该软件设计利用s7-200的高速计数功能实现了此项功能。 ///网络1判断运行方向分别计数 ld sm0.0 lps aq0.2 lps ad= vd4, 0 movd hc0, vd0 movd vd0, vd8 lpp ad vd4, 0 movd hc0, vd8 lpp an q0.2 movd hc0, vd4 ///网络2将计算结果反馈给cpu226，并通过串口反馈给触摸屏 ld sm0.0 lps ad vd4, 0 lps ad> vd8, vd4 movd vd8, vd12 aeno -d vd4, vd12 aeno movd vd0, vd16 +d vd12, vd16 lpp ad< vd8, vd4 movd vd4, vd12 aeno -d vd8, vd12 aeno movd vd0, vd16 -d vd12, vd16 lpp lps ad= vd4, 0 movd vd8, vd16 lrd movd vd16, vd20 /d +8, vd20 lpp movw vw22, vw106 3.5 软件流程(图3)4 该组合机床一经推出，已经得到大量用户的认可，并投入使用，运行稳定，高速，成为了我们公司的利润产品。原来的多路高速脉冲输出控制多轴步进的功能一直是日系plc的主要强项，而西门子如果通过更大型的plc来实现的话，在这类机器里的成本又过高。现在采用的s7-200的联网实现了多路高速输出功能，成本还低于日系的plc，可以说欧美plc的强大数据处理方面的功能在这个组合机床的oem设备市场得到了好的应用，对我们用户来说，既节省了成本，功能上又大大增强。 随着工业自动化的不断发展，高品质的自动化产品和方便快捷的组网实现更复杂的功能，将使自动化进入一个新的发展阶段。总线和网络技术、人机界面等产品将在工业和生活中得到越来越广泛的应用。西门子高品质的自动化产品和完整的解决方案，为满足机床自动化的各种需要提供的技术平台。
