西門子SIMATIC T-CPU在玻璃印刷機(jī)械中的應(yīng)用
2008/6/6 16:39:00
一、項(xiàng)目概述
深圳市深時(shí)機(jī)電是一家專業(yè)從事工業(yè)自動(dòng)化工程的成套、設(shè)計(jì)、開發(fā)及產(chǎn)品經(jīng)營的高科技公司。同時(shí)也是德國西門子公司授權(quán)的西門子自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品（AS），低壓驅(qū)動(dòng)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(shí)機(jī)電是一家專業(yè)從事工業(yè)自動(dòng)化工程的成套、設(shè)計(jì)、開發(fā)及產(chǎn)品經(jīng)營的高科技公司。同時(shí)也是德國西門子公司授權(quán)的西門子自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品（AS），低壓驅(qū)動(dòng)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(jī)器是全自動(dòng)高速穿梭式絲網(wǎng)印刷機(jī),是針對汽車玻璃而專業(yè)打造的一款集連續(xù)自動(dòng)上片、儲(chǔ)片、精確定位、穿梭傳輸、自動(dòng)印刷、出料檢測、快速烘干、儲(chǔ)片、二次精確定位、二次套印、高效烘干、自動(dòng)下片為一體的高精度、高效率的新型玻璃印刷機(jī)。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(jī)采用觸摸屏人機(jī)界面，操作機(jī)器設(shè)備；
? 多色印刷系統(tǒng)，采用獨(dú)立多次精確定位。傳輸采用精確伺服系統(tǒng)控制，穿梭傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)快捷傳輸。
? 選擇配置自動(dòng)上片系統(tǒng)，自動(dòng)儲(chǔ)片系統(tǒng)，自動(dòng)下片系統(tǒng)，UV或IR干燥系統(tǒng)。
? 整機(jī)采用觸摸屏人機(jī)界面，操作機(jī)器設(shè)備；
? 多色印刷系統(tǒng)，采用獨(dú)立多次精確定位。傳輸采用精確伺服系統(tǒng)控制，穿梭傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)快捷傳輸。
? 選擇配置自動(dòng)上片系統(tǒng)，自動(dòng)儲(chǔ)片系統(tǒng)，自動(dòng)下片系統(tǒng)，UV或IR干燥系統(tǒng)。
工藝介紹
1. 手動(dòng)預(yù)定位
定位氣缸上升，人工完成放片，左右定位啟動(dòng)，完成預(yù)定位，上升氣缸左右定位氣缸復(fù)位，啟動(dòng)輸送至于儲(chǔ)片機(jī)。
2. 儲(chǔ)片機(jī)
玻璃進(jìn)入儲(chǔ)片機(jī)，不需儲(chǔ)片時(shí)，此機(jī)作為輸送段，儲(chǔ)片啟動(dòng)時(shí)有兩個(gè)感應(yīng)器(最大玻璃與最小玻璃)最大玻璃時(shí)，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(chǔ)片架每次上升距離為40mm，玻璃輸送時(shí)儲(chǔ)片架不能上升，下降。輸送臺(tái)有玻璃片儲(chǔ)片架不能下降，儲(chǔ)片架下降完成啟動(dòng)輸送至精定位。
3. 精確預(yù)定位
玻璃片進(jìn)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(dòng)）此二項(xiàng)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，托架上升機(jī)頭下降完成，伺服電機(jī)啟動(dòng)。開始精定位，精定位完成，穿梭輸送上升（氣缸驅(qū)動(dòng)）上升完成，啟動(dòng)真空泵，完成吸附玻璃，伺服電機(jī)復(fù)位，定位托架下降，精定位機(jī)頭上升，穿梭輸送啟動(dòng)送至印刷機(jī)。
4. 印刷主機(jī)
玻璃進(jìn)入印刷機(jī)，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(shí)臺(tái)板吸風(fēng)啟動(dòng)，印刷機(jī)頭下降，刮刀氣缸下降，印刷啟動(dòng)，離網(wǎng)啟動(dòng)，離網(wǎng)距離可自行設(shè)定，印刷完成，防滴墨氣缸啟動(dòng)，離網(wǎng)復(fù)位，機(jī)頭上升，刮刀上升，回油刀氣缸下降啟動(dòng)回油，印刷完成的同時(shí)，吸風(fēng)停止，穿梭架上升，真空泵啟動(dòng)，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(shí)，松開鎖緊氣缸，抽出網(wǎng)版，推入網(wǎng)版時(shí)感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到網(wǎng)版，啟動(dòng)鎖緊氣缸完成網(wǎng)框定位。
6. 出料擦墨
玻璃進(jìn)入出料擦墨機(jī)，不需擦墨時(shí)此機(jī)作為傳送帶，擦墨啟動(dòng)時(shí)，機(jī)頭鎖緊氣缸松開，機(jī)頭輸送啟動(dòng)，卷紙啟動(dòng)，輸送卷紙完成，吸風(fēng)啟動(dòng)，（氣缸）機(jī)頭下降，刮刀氣缸下降，下降完畢，啟動(dòng)印刷完成擦墨，吸風(fēng)停止，機(jī)頭上升，機(jī)頭輸送啟動(dòng)。輸送完成，機(jī)頭鎖緊氣缸啟動(dòng)，完成機(jī)頭復(fù)位。
7. 燈箱檢測機(jī)
玻璃進(jìn)入燈箱檢測機(jī)，不需要檢測時(shí)此機(jī)作為輸送段，需檢測時(shí)，斜轉(zhuǎn)架上的氣缸升起，斜轉(zhuǎn)架啟動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)至30°時(shí)，檢測燈箱開啟，轉(zhuǎn)動(dòng)燈箱，檢測玻璃時(shí)不影響玻璃輸送，檢測完成，燈箱啟動(dòng)復(fù)位，斜轉(zhuǎn)架下降，斜轉(zhuǎn)架下降時(shí)輸送臺(tái)上不能有玻璃片。
二、控制系統(tǒng)構(gòu)成
整個(gè)機(jī)器多達(dá)7處需要精確的定位控制，有兩個(gè)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(jī)界面改變凸輪形狀。SIMATIC CPU315T-2 DP集成邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制功能，它做運(yùn)動(dòng)控制最多可以控制8個(gè)軸、16個(gè)凸輪盤，有兩個(gè)通訊口，其中一個(gè)是Profibus DP（DRIVE）口，速度可達(dá)12M bits/sec，通訊是采用ISOCHRONE MODE（等時(shí)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(dòng)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(yùn)動(dòng)控制工藝的要求。另外一個(gè)通訊口是標(biāo)準(zhǔn)的MPI/DP口，速度可達(dá)12M bits/sec。用于連接到上位機(jī)PC、HMI和其他標(biāo)準(zhǔn)的DP 從站。用戶可以通過該通訊口，連接標(biāo)準(zhǔn)的ET200進(jìn)行S7-300 PLC功能的擴(kuò)展。
在以往我們都會(huì)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(gè)CPU315T-2 DP 和2塊IM174就夠了，還有一個(gè)通道可以用來作測量摖墨紙輸送長度。這個(gè)方案及滿足力系統(tǒng)所需要的運(yùn)動(dòng)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(dòng)預(yù)定位
定位氣缸上升，人工完成放片，左右定位啟動(dòng)，完成預(yù)定位，上升氣缸左右定位氣缸復(fù)位，啟動(dòng)輸送至于儲(chǔ)片機(jī)。
2. 儲(chǔ)片機(jī)
玻璃進(jìn)入儲(chǔ)片機(jī)，不需儲(chǔ)片時(shí)，此機(jī)作為輸送段，儲(chǔ)片啟動(dòng)時(shí)有兩個(gè)感應(yīng)器(最大玻璃與最小玻璃)最大玻璃時(shí)，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(chǔ)片架每次上升距離為40mm，玻璃輸送時(shí)儲(chǔ)片架不能上升，下降。輸送臺(tái)有玻璃片儲(chǔ)片架不能下降，儲(chǔ)片架下降完成啟動(dòng)輸送至精定位。
3. 精確預(yù)定位
玻璃片進(jìn)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(dòng)）此二項(xiàng)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，托架上升機(jī)頭下降完成，伺服電機(jī)啟動(dòng)。開始精定位，精定位完成，穿梭輸送上升（氣缸驅(qū)動(dòng)）上升完成，啟動(dòng)真空泵，完成吸附玻璃，伺服電機(jī)復(fù)位，定位托架下降，精定位機(jī)頭上升，穿梭輸送啟動(dòng)送至印刷機(jī)。
4. 印刷主機(jī)
玻璃進(jìn)入印刷機(jī)，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(shí)臺(tái)板吸風(fēng)啟動(dòng)，印刷機(jī)頭下降，刮刀氣缸下降，印刷啟動(dòng)，離網(wǎng)啟動(dòng)，離網(wǎng)距離可自行設(shè)定，印刷完成，防滴墨氣缸啟動(dòng)，離網(wǎng)復(fù)位，機(jī)頭上升，刮刀上升，回油刀氣缸下降啟動(dòng)回油，印刷完成的同時(shí)，吸風(fēng)停止，穿梭架上升，真空泵啟動(dòng)，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(shí)，松開鎖緊氣缸，抽出網(wǎng)版，推入網(wǎng)版時(shí)感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到網(wǎng)版，啟動(dòng)鎖緊氣缸完成網(wǎng)框定位。
6. 出料擦墨
玻璃進(jìn)入出料擦墨機(jī)，不需擦墨時(shí)此機(jī)作為傳送帶，擦墨啟動(dòng)時(shí)，機(jī)頭鎖緊氣缸松開，機(jī)頭輸送啟動(dòng)，卷紙啟動(dòng)，輸送卷紙完成，吸風(fēng)啟動(dòng)，（氣缸）機(jī)頭下降，刮刀氣缸下降，下降完畢，啟動(dòng)印刷完成擦墨，吸風(fēng)停止，機(jī)頭上升，機(jī)頭輸送啟動(dòng)。輸送完成，機(jī)頭鎖緊氣缸啟動(dòng)，完成機(jī)頭復(fù)位。
7. 燈箱檢測機(jī)
玻璃進(jìn)入燈箱檢測機(jī)，不需要檢測時(shí)此機(jī)作為輸送段，需檢測時(shí)，斜轉(zhuǎn)架上的氣缸升起，斜轉(zhuǎn)架啟動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)至30°時(shí)，檢測燈箱開啟，轉(zhuǎn)動(dòng)燈箱，檢測玻璃時(shí)不影響玻璃輸送，檢測完成，燈箱啟動(dòng)復(fù)位，斜轉(zhuǎn)架下降，斜轉(zhuǎn)架下降時(shí)輸送臺(tái)上不能有玻璃片。
二、控制系統(tǒng)構(gòu)成
整個(gè)機(jī)器多達(dá)7處需要精確的定位控制，有兩個(gè)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(jī)界面改變凸輪形狀。SIMATIC CPU315T-2 DP集成邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制功能，它做運(yùn)動(dòng)控制最多可以控制8個(gè)軸、16個(gè)凸輪盤，有兩個(gè)通訊口，其中一個(gè)是Profibus DP（DRIVE）口，速度可達(dá)12M bits/sec，通訊是采用ISOCHRONE MODE（等時(shí)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(dòng)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(yùn)動(dòng)控制工藝的要求。另外一個(gè)通訊口是標(biāo)準(zhǔn)的MPI/DP口，速度可達(dá)12M bits/sec。用于連接到上位機(jī)PC、HMI和其他標(biāo)準(zhǔn)的DP 從站。用戶可以通過該通訊口，連接標(biāo)準(zhǔn)的ET200進(jìn)行S7-300 PLC功能的擴(kuò)展。
在以往我們都會(huì)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(gè)CPU315T-2 DP 和2塊IM174就夠了，還有一個(gè)通道可以用來作測量摖墨紙輸送長度。這個(gè)方案及滿足力系統(tǒng)所需要的運(yùn)動(dòng)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(gè)技術(shù)難點(diǎn)就是機(jī)器在印刷不同規(guī)格的玻璃時(shí)，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(shí)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(shí)，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(gè)技術(shù)難點(diǎn)就是機(jī)器在印刷不同規(guī)格的玻璃時(shí)，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(shí)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(shí)，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(gè)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(gè)技術(shù)難題。
四、項(xiàng)目的實(shí)施與運(yùn)行
該系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到調(diào)試，一共花了一個(gè)多月的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了客戶要求的所有功能，整機(jī)印刷速度達(dá)到12片／分鐘。
五、應(yīng)用體會(huì)
1. 之前我使用過西門子的SIMOTION D425運(yùn)動(dòng)控制器，這次選用的西門子SIMATIC T-CPU運(yùn)動(dòng)控制器。這兩個(gè)控制器的運(yùn)動(dòng)控制功能都是一樣的，因?yàn)樗鼈兌际遣捎梦鏖T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(shí)間去適應(yīng)和學(xué)習(xí)。SIMATIC T-CPU 是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，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(jī)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(gè)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(shí)，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(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)。
4. 因?yàn)镾IMATIC T-CPU是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的S7-300 PLC邏輯控制器，所以在擁有了運(yùn)動(dòng)控制功能的同時(shí)，依然保留了強(qiáng)大的PLC邏輯控制功能，SIMATIC NET通訊功能，而且非常容易實(shí)現(xiàn)。而采用SIMOTION D作為控制器時(shí)，編寫邏輯控制程序時(shí)非常復(fù)雜難以實(shí)現(xiàn)。例如，做一個(gè)定時(shí)功能，在PLC中僅僅調(diào)用一個(gè)指令就可以實(shí)現(xiàn)了。但是，在SIMOTION中做一個(gè)定時(shí)功能，需要調(diào)用一個(gè)復(fù)雜的功能塊。當(dāng)想用SIMOTION來編寫一些標(biāo)準(zhǔn)塊時(shí)，更是難以實(shí)現(xiàn)。
5. 當(dāng)定位要求不是很精確、動(dòng)態(tài)響應(yīng)很迅捷的時(shí)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(xiàng)目的實(shí)施與運(yùn)行
該系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到調(diào)試，一共花了一個(gè)多月的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了客戶要求的所有功能，整機(jī)印刷速度達(dá)到12片／分鐘。
五、應(yīng)用體會(huì)
1. 之前我使用過西門子的SIMOTION D425運(yùn)動(dòng)控制器，這次選用的西門子SIMATIC T-CPU運(yùn)動(dòng)控制器。這兩個(gè)控制器的運(yùn)動(dòng)控制功能都是一樣的，因?yàn)樗鼈兌际遣捎梦鏖T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(shí)間去適應(yīng)和學(xué)習(xí)。SIMATIC T-CPU 是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，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(jī)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(gè)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(shí)，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(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)。
4. 因?yàn)镾IMATIC T-CPU是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的S7-300 PLC邏輯控制器，所以在擁有了運(yùn)動(dòng)控制功能的同時(shí)，依然保留了強(qiáng)大的PLC邏輯控制功能，SIMATIC NET通訊功能，而且非常容易實(shí)現(xiàn)。而采用SIMOTION D作為控制器時(shí)，編寫邏輯控制程序時(shí)非常復(fù)雜難以實(shí)現(xiàn)。例如，做一個(gè)定時(shí)功能，在PLC中僅僅調(diào)用一個(gè)指令就可以實(shí)現(xiàn)了。但是，在SIMOTION中做一個(gè)定時(shí)功能，需要調(diào)用一個(gè)復(fù)雜的功能塊。當(dāng)想用SIMOTION來編寫一些標(biāo)準(zhǔn)塊時(shí)，更是難以實(shí)現(xiàn)。
5. 當(dāng)定位要求不是很精確、動(dòng)態(tài)響應(yīng)很迅捷的時(shí)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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