西門子SIMATIC T-CPU在玻璃印刷機械中的應(yīng)用
2008/6/6 16:39:00
一、項目概述
深圳市深時機電是一家專業(yè)從事工業(yè)自動化工程的成套、設(shè)計、開發(fā)及產(chǎn)品經(jīng)營的高科技公司。同時也是德國西門子公司授權(quán)的西門子自動化系統(tǒng)產(chǎn)品（AS），低壓驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品（SD）、低壓電器（CD）等產(chǎn)品的一級代理商，系統(tǒng)集成商。
深圳市深時機電是一家專業(yè)從事工業(yè)自動化工程的成套、設(shè)計、開發(fā)及產(chǎn)品經(jīng)營的高科技公司。同時也是德國西門子公司授權(quán)的西門子自動化系統(tǒng)產(chǎn)品（AS），低壓驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品（SD）、低壓電器（CD）等產(chǎn)品的一級代理商，系統(tǒng)集成商。
本文介紹的機器是全自動高速穿梭式絲網(wǎng)印刷機,是針對汽車玻璃而專業(yè)打造的一款集連續(xù)自動上片、儲片、精確定位、穿梭傳輸、自動印刷、出料檢測、快速烘干、儲片、二次精確定位、二次套印、高效烘干、自動下片為一體的高精度、高效率的新型玻璃印刷機。適合于大批量、高效、多色套印的家私、家電、產(chǎn)業(yè)等規(guī)則玻璃。特別適合轎車前后檔、三角窗、側(cè)窗和專業(yè)平板玻璃的大批量生產(chǎn)。
? 整機采用觸摸屏人機界面，操作機器設(shè)備；
? 多色印刷系統(tǒng)，采用獨立多次精確定位。傳輸采用精確伺服系統(tǒng)控制，穿梭傳動實現(xiàn)快捷傳輸。
? 選擇配置自動上片系統(tǒng)，自動儲片系統(tǒng)，自動下片系統(tǒng)，UV或IR干燥系統(tǒng)。
? 整機采用觸摸屏人機界面，操作機器設(shè)備；
? 多色印刷系統(tǒng)，采用獨立多次精確定位。傳輸采用精確伺服系統(tǒng)控制，穿梭傳動實現(xiàn)快捷傳輸。
? 選擇配置自動上片系統(tǒng)，自動儲片系統(tǒng)，自動下片系統(tǒng)，UV或IR干燥系統(tǒng)。
工藝介紹
1. 手動預(yù)定位
定位氣缸上升，人工完成放片，左右定位啟動，完成預(yù)定位，上升氣缸左右定位氣缸復(fù)位，啟動輸送至于儲片機。
2. 儲片機
玻璃進入儲片機，不需儲片時，此機作為輸送段，儲片啟動時有兩個感應(yīng)器(最大玻璃與最小玻璃)最大玻璃時，最小玻璃感應(yīng)器不工作，反之最大玻璃感應(yīng)器不工作。儲片架每次上升距離為40mm，玻璃輸送時儲片架不能上升，下降。輸送臺有玻璃片儲片架不能下降，儲片架下降完成啟動輸送至精定位。
3. 精確預(yù)定位
玻璃片進入精定位，感應(yīng)器感應(yīng)到玻璃，輸送停止。定位托架上升（氣缸驅(qū)動）此二項動作同時進行，托架上升機頭下降完成，伺服電機啟動。開始精定位，精定位完成，穿梭輸送上升（氣缸驅(qū)動）上升完成，啟動真空泵，完成吸附玻璃，伺服電機復(fù)位，定位托架下降，精定位機頭上升，穿梭輸送啟動送至印刷機。
4. 印刷主機
玻璃進入印刷機，穿梭輸送停止，真空吸附關(guān)閉，穿梭架下降重新復(fù)位到預(yù)定位，與此同時臺板吸風(fēng)啟動，印刷機頭下降，刮刀氣缸下降，印刷啟動，離網(wǎng)啟動，離網(wǎng)距離可自行設(shè)定，印刷完成，防滴墨氣缸啟動，離網(wǎng)復(fù)位，機頭上升，刮刀上升，回油刀氣缸下降啟動回油，印刷完成的同時，吸風(fēng)停止，穿梭架上升，真空泵啟動，穿梭架輸送開始送至出料擦墨。
5. 擦洗網(wǎng)版
擦洗網(wǎng)版時，松開鎖緊氣缸，抽出網(wǎng)版，推入網(wǎng)版時感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到網(wǎng)版，啟動鎖緊氣缸完成網(wǎng)框定位。
6. 出料擦墨
玻璃進入出料擦墨機，不需擦墨時此機作為傳送帶，擦墨啟動時，機頭鎖緊氣缸松開，機頭輸送啟動，卷紙啟動，輸送卷紙完成，吸風(fēng)啟動，（氣缸）機頭下降，刮刀氣缸下降，下降完畢，啟動印刷完成擦墨，吸風(fēng)停止，機頭上升，機頭輸送啟動。輸送完成，機頭鎖緊氣缸啟動，完成機頭復(fù)位。
7. 燈箱檢測機
玻璃進入燈箱檢測機，不需要檢測時此機作為輸送段，需檢測時，斜轉(zhuǎn)架上的氣缸升起，斜轉(zhuǎn)架啟動，當(dāng)轉(zhuǎn)動至30°時，檢測燈箱開啟，轉(zhuǎn)動燈箱，檢測玻璃時不影響玻璃輸送，檢測完成，燈箱啟動復(fù)位，斜轉(zhuǎn)架下降，斜轉(zhuǎn)架下降時輸送臺上不能有玻璃片。
二、控制系統(tǒng)構(gòu)成
整個機器多達7處需要精確的定位控制，有兩個軸（印刷軸和離網(wǎng)軸）需要作凸輪盤同步控制，而且根據(jù)印刷的玻璃大小，凸輪盤要求很方便的通過人機界面改變凸輪形狀。SIMATIC CPU315T-2 DP集成邏輯控制和運動控制功能，它做運動控制最多可以控制8個軸、16個凸輪盤，有兩個通訊口，其中一個是Profibus DP（DRIVE）口，速度可達12M bits/sec，通訊是采用ISOCHRONE MODE（等時同步）模式。ISOCHRONE MODE是PROFIBUS DP 通訊的新技術(shù)，它可以使PROFIBUS DP 的總線周期保持恒定，從而可以大大提高通訊的穩(wěn)定性, 提高傳動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。IM174和ET200均連在此口下，以滿足運動控制工藝的要求。另外一個通訊口是標準的MPI/DP口，速度可達12M bits/sec。用于連接到上位機PC、HMI和其他標準的DP 從站。用戶可以通過該通訊口，連接標準的ET200進行S7-300 PLC功能的擴展。
在以往我們都會選擇FM353或者FM354做定位，而做凸輪盤就要使用FM357-2,但是這種方案成本較高且編程很繁雜，使用、調(diào)試的工作難度也很大。如果選用SIMATIC T-CPU通過IM174模塊控制第三方伺服，只需要一個CPU315T-2 DP 和2塊IM174就夠了，還有一個通道可以用來作測量摖墨紙輸送長度。這個方案及滿足力系統(tǒng)所需要的運動控制功能，又大大的降低了成本并且大大的簡化了編程和調(diào)試工作，縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期。
硬件配置如下：
1. 手動預(yù)定位
定位氣缸上升，人工完成放片，左右定位啟動，完成預(yù)定位，上升氣缸左右定位氣缸復(fù)位，啟動輸送至于儲片機。
2. 儲片機
玻璃進入儲片機，不需儲片時，此機作為輸送段，儲片啟動時有兩個感應(yīng)器(最大玻璃與最小玻璃)最大玻璃時，最小玻璃感應(yīng)器不工作，反之最大玻璃感應(yīng)器不工作。儲片架每次上升距離為40mm，玻璃輸送時儲片架不能上升，下降。輸送臺有玻璃片儲片架不能下降，儲片架下降完成啟動輸送至精定位。
3. 精確預(yù)定位
玻璃片進入精定位，感應(yīng)器感應(yīng)到玻璃，輸送停止。定位托架上升（氣缸驅(qū)動）此二項動作同時進行，托架上升機頭下降完成，伺服電機啟動。開始精定位，精定位完成，穿梭輸送上升（氣缸驅(qū)動）上升完成，啟動真空泵，完成吸附玻璃，伺服電機復(fù)位，定位托架下降，精定位機頭上升，穿梭輸送啟動送至印刷機。
4. 印刷主機
玻璃進入印刷機，穿梭輸送停止，真空吸附關(guān)閉，穿梭架下降重新復(fù)位到預(yù)定位，與此同時臺板吸風(fēng)啟動，印刷機頭下降，刮刀氣缸下降，印刷啟動，離網(wǎng)啟動，離網(wǎng)距離可自行設(shè)定，印刷完成，防滴墨氣缸啟動，離網(wǎng)復(fù)位，機頭上升，刮刀上升，回油刀氣缸下降啟動回油，印刷完成的同時，吸風(fēng)停止，穿梭架上升，真空泵啟動，穿梭架輸送開始送至出料擦墨。
5. 擦洗網(wǎng)版
擦洗網(wǎng)版時，松開鎖緊氣缸，抽出網(wǎng)版，推入網(wǎng)版時感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到網(wǎng)版，啟動鎖緊氣缸完成網(wǎng)框定位。
6. 出料擦墨
玻璃進入出料擦墨機，不需擦墨時此機作為傳送帶，擦墨啟動時，機頭鎖緊氣缸松開，機頭輸送啟動，卷紙啟動，輸送卷紙完成，吸風(fēng)啟動，（氣缸）機頭下降，刮刀氣缸下降，下降完畢，啟動印刷完成擦墨，吸風(fēng)停止，機頭上升，機頭輸送啟動。輸送完成，機頭鎖緊氣缸啟動，完成機頭復(fù)位。
7. 燈箱檢測機
玻璃進入燈箱檢測機，不需要檢測時此機作為輸送段，需檢測時，斜轉(zhuǎn)架上的氣缸升起，斜轉(zhuǎn)架啟動，當(dāng)轉(zhuǎn)動至30°時，檢測燈箱開啟，轉(zhuǎn)動燈箱，檢測玻璃時不影響玻璃輸送，檢測完成，燈箱啟動復(fù)位，斜轉(zhuǎn)架下降，斜轉(zhuǎn)架下降時輸送臺上不能有玻璃片。
二、控制系統(tǒng)構(gòu)成
整個機器多達7處需要精確的定位控制，有兩個軸（印刷軸和離網(wǎng)軸）需要作凸輪盤同步控制，而且根據(jù)印刷的玻璃大小，凸輪盤要求很方便的通過人機界面改變凸輪形狀。SIMATIC CPU315T-2 DP集成邏輯控制和運動控制功能，它做運動控制最多可以控制8個軸、16個凸輪盤，有兩個通訊口，其中一個是Profibus DP（DRIVE）口，速度可達12M bits/sec，通訊是采用ISOCHRONE MODE（等時同步）模式。ISOCHRONE MODE是PROFIBUS DP 通訊的新技術(shù)，它可以使PROFIBUS DP 的總線周期保持恒定，從而可以大大提高通訊的穩(wěn)定性, 提高傳動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。IM174和ET200均連在此口下，以滿足運動控制工藝的要求。另外一個通訊口是標準的MPI/DP口，速度可達12M bits/sec。用于連接到上位機PC、HMI和其他標準的DP 從站。用戶可以通過該通訊口，連接標準的ET200進行S7-300 PLC功能的擴展。
在以往我們都會選擇FM353或者FM354做定位，而做凸輪盤就要使用FM357-2,但是這種方案成本較高且編程很繁雜，使用、調(diào)試的工作難度也很大。如果選用SIMATIC T-CPU通過IM174模塊控制第三方伺服，只需要一個CPU315T-2 DP 和2塊IM174就夠了，還有一個通道可以用來作測量摖墨紙輸送長度。這個方案及滿足力系統(tǒng)所需要的運動控制功能，又大大的降低了成本并且大大的簡化了編程和調(diào)試工作，縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期。
硬件配置如下：
控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：
三、控制系統(tǒng)完成的功能
本系統(tǒng)的一個技術(shù)難點就是機器在印刷不同規(guī)格的玻璃時，印數(shù)軸的工作行程要求可以是隨意調(diào)整的，例如：印刷軸的最大工作行程時0～1800mm，離網(wǎng)的最大工作行程是0～40mm，他的同步關(guān)系如下圖黑色線所示，但在印刷小玻璃時，為了提高效率，可能需要將印刷工作行程改為300～1500mm，離網(wǎng)同步的關(guān)系改成下圖紅色線所示，
本系統(tǒng)的一個技術(shù)難點就是機器在印刷不同規(guī)格的玻璃時，印數(shù)軸的工作行程要求可以是隨意調(diào)整的，例如：印刷軸的最大工作行程時0～1800mm，離網(wǎng)的最大工作行程是0～40mm，他的同步關(guān)系如下圖黑色線所示，但在印刷小玻璃時，為了提高效率，可能需要將印刷工作行程改為300～1500mm，離網(wǎng)同步的關(guān)系改成下圖紅色線所示，
可見該系統(tǒng)需要一個可以在HMI就可以改變形狀的凸輪盤，在SIMATIC T-CPU凸輪盤清除和生成功能正好可以非常容易地解決這個技術(shù)難題。
四、項目的實施與運行
該系統(tǒng)從設(shè)計到調(diào)試，一共花了一個多月的時間，實現(xiàn)了客戶要求的所有功能，整機印刷速度達到12片／分鐘。
五、應(yīng)用體會
1. 之前我使用過西門子的SIMOTION D425運動控制器，這次選用的西門子SIMATIC T-CPU運動控制器。這兩個控制器的運動控制功能都是一樣的，因為它們都是采用西門子SIMOTION Kernel 軟件內(nèi)核，但在使用上卻有很大的區(qū)別。
2. SIMOTION采用專門的編程語言MCC、SCL、等，需要很長一段時間去適應(yīng)和學(xué)習(xí)。SIMATIC T-CPU 是一個標準的S7-300 CPU，簡單地通過集成在STEP7 環(huán)境下的工藝軟件包（S7 Technology）來配置和編程，是工程師所熟悉的S7-300 PLC的編程語言環(huán)境，例如：梯形圖LAD, STL，F(xiàn)BD，S7-SCL，CFC，SFC，S7-GRAPH。工程師初次應(yīng)用時，不用經(jīng)過技術(shù)培訓(xùn)，上手使用就非常迅捷。
3. SIMATIC T-CPU可以很方便的同上位機通訊，跟以往用S7-300 PLC一樣，非常輕松就可以把位于SIMOTION Kernel 內(nèi)核的各個伺服軸數(shù)據(jù)顯示上來。當(dāng)邏輯控制需要軸的數(shù)據(jù)時，可以直接從軸的數(shù)據(jù)塊DB中找到，非常方便。在SIMATIC T-CPU中軸的配置和SIMOTION是一樣的，運動控制的程序編寫只是簡單的調(diào)用相應(yīng)的功能就可以實現(xiàn)。
4. 因為SIMATIC T-CPU是一個標準的S7-300 PLC邏輯控制器，所以在擁有了運動控制功能的同時，依然保留了強大的PLC邏輯控制功能，SIMATIC NET通訊功能，而且非常容易實現(xiàn)。而采用SIMOTION D作為控制器時，編寫邏輯控制程序時非常復(fù)雜難以實現(xiàn)。例如，做一個定時功能，在PLC中僅僅調(diào)用一個指令就可以實現(xiàn)了。但是，在SIMOTION中做一個定時功能，需要調(diào)用一個復(fù)雜的功能塊。當(dāng)想用SIMOTION來編寫一些標準塊時，更是難以實現(xiàn)。
5. 當(dāng)定位要求不是很精確、動態(tài)響應(yīng)很迅捷的時候，使用SIMATIC T-CPU通過控制變頻器，就可以完成定位功能。這樣，更是大大降低了OEM廠家的設(shè)備開發(fā)成本。
四、項目的實施與運行
該系統(tǒng)從設(shè)計到調(diào)試，一共花了一個多月的時間，實現(xiàn)了客戶要求的所有功能，整機印刷速度達到12片／分鐘。
五、應(yīng)用體會
1. 之前我使用過西門子的SIMOTION D425運動控制器，這次選用的西門子SIMATIC T-CPU運動控制器。這兩個控制器的運動控制功能都是一樣的，因為它們都是采用西門子SIMOTION Kernel 軟件內(nèi)核，但在使用上卻有很大的區(qū)別。
2. SIMOTION采用專門的編程語言MCC、SCL、等，需要很長一段時間去適應(yīng)和學(xué)習(xí)。SIMATIC T-CPU 是一個標準的S7-300 CPU，簡單地通過集成在STEP7 環(huán)境下的工藝軟件包（S7 Technology）來配置和編程，是工程師所熟悉的S7-300 PLC的編程語言環(huán)境，例如：梯形圖LAD, STL，F(xiàn)BD，S7-SCL，CFC，SFC，S7-GRAPH。工程師初次應(yīng)用時，不用經(jīng)過技術(shù)培訓(xùn)，上手使用就非常迅捷。
3. SIMATIC T-CPU可以很方便的同上位機通訊，跟以往用S7-300 PLC一樣，非常輕松就可以把位于SIMOTION Kernel 內(nèi)核的各個伺服軸數(shù)據(jù)顯示上來。當(dāng)邏輯控制需要軸的數(shù)據(jù)時，可以直接從軸的數(shù)據(jù)塊DB中找到，非常方便。在SIMATIC T-CPU中軸的配置和SIMOTION是一樣的，運動控制的程序編寫只是簡單的調(diào)用相應(yīng)的功能就可以實現(xiàn)。
4. 因為SIMATIC T-CPU是一個標準的S7-300 PLC邏輯控制器，所以在擁有了運動控制功能的同時，依然保留了強大的PLC邏輯控制功能，SIMATIC NET通訊功能，而且非常容易實現(xiàn)。而采用SIMOTION D作為控制器時，編寫邏輯控制程序時非常復(fù)雜難以實現(xiàn)。例如，做一個定時功能，在PLC中僅僅調(diào)用一個指令就可以實現(xiàn)了。但是，在SIMOTION中做一個定時功能，需要調(diào)用一個復(fù)雜的功能塊。當(dāng)想用SIMOTION來編寫一些標準塊時，更是難以實現(xiàn)。
5. 當(dāng)定位要求不是很精確、動態(tài)響應(yīng)很迅捷的時候，使用SIMATIC T-CPU通過控制變頻器，就可以完成定位功能。這樣，更是大大降低了OEM廠家的設(shè)備開發(fā)成本。
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