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基于S7-300的交流伺服系统在汽车仪表板生产线中的应用
时间：2010-04-15 13:45:50
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[导读]以西门子SIMATIC S7—300 PLC为核心的交流伺服系统代替原来以单片机为核心的直流伺服系统。并介绍了该系统的控制对象和控制任务， 然后着重论述系统的体系结构、软硬件设计方案及实施方法。
0 引言
以前的伺服驱动系统多以直流系统为主，这是因为直流电机调速比较方便，本身的机械特性较硬，但直流电机由于有电刷换向，不适用于防爆场合，且结构复杂，维修不便。近年来由于电子技术飞速发展，交流调速技术日趋成熟，其调速性能可与直流系统相媲美，并正逐步取代直流电机调速。
我公司的原系统为CANN0N公司独立研制，以STD总线、Z80CPU为核心的单片机组成的直流伺服控制系统。该系统抗干扰能力差，软硬件资料不详， 维修困难， 且备件价格贵， 采购周期长， 经常造成停机。因此我们采用西门子S7—300PLC及位控模块FM357、 SIM0DRIVE611A伺服驱动模块、1FK6伺服电机构成的数控系统对原系统进行了改造。
1 系统组成和工艺流程
1．1系统组成
系统组成框图如图1。
由图可知， 机械手控制系统是整个汽车仪表板生产线的核心， 它主要完成高精度的定位控制、与上位机通讯、数据采集、故障报警， 以及控制发泡机高压循环及浇注时间， 接收来自转盘线的速度信号以适应转盘不同运行方式。高压发泡机系统主要完成ISO （异氰酸酯）和POL （聚醚多元醇）2种发泡料的流量、压力调节及原料循环控制。转盘控制系统主要完成转盘速度调节及模具开合控制。
机械手控制系统是此次改造的重点，该系统的主要构成如图2。
硬件配置如下：
（1）上位机采用研祥EWS．843P一体化工控机，体积小巧，操作方便，主要完成参数设定，故障显示等。（2）以西门子S7．300PLC为核心，CPU模块为CPU316-2DP，主要具有与上位机通讯、处理I／O模块、控制计数器模块、位置控制模块的功能。（3）输入模块为32点的 SM32l，输出模块为l6点的SM322主要完成数字量的I／O控制。（4）FM357位置控制模块主要完成高精度的定位控制。（5）FM350计数模块主要采集来自转盘的光电码盘信号，以便完成与转盘的协调控制。（6）SIMODRIVE6l1A伺服驱动模块主要接受FM357的控制信号，为伺服电机提供动力。（7）1FK6交流伺服电机为执行电机。
1．2 系统工艺流程
系统工艺流程如图3。
2 系统软件构成
2．1系统的动作时序
系统的动作时序图如图4。
2．2 程序框图及系统软件
系统上位机监控软件采用西门子公司WINCCV5．0软件， 运用该软件设计显示浇注轨迹及示教参数输入等， 中文人机界面， 操作方便。
下位机PLC程序采用西门子公司STEP7 V5．1软件，实现编程监控。程序框图如图5。
3 结束语
由于采用西门子S7—300 PLC为核心的交流伺服系统代替原来的以单片机为核心的直流伺服系统，大大提高了控制可靠性。改造后的系统能完全满足与发泡机、转盘的协调控制， 符合注模工艺要求，系统性价比高， 操作方便， 经济效益显著。
以前的伺服驱动系统多以直流系统为主，这是因为直流电机调速比较方便，本身的机械特性较硬，但直流电机由于有电刷换向，不适用于防爆场合，且结构复杂，维修不便。近年来由于电子技术飞速发展，交流调速技术日趋成熟，其调速性能可与直流系统相媲美，并正逐步取代直流电机调速。
我公司的原系统为CANN0N公司独立研制，以STD总线、Z80CPU为核心的单片机组成的直流伺服控制系统。该系统抗干扰能力差，软硬件资料不详， 维修困难， 且备件价格贵， 采购周期长， 经常造成停机。因此我们采用西门子S7—300PLC及位控模块FM357、 SIM0DRIVE611A伺服驱动模块、1FK6伺服电机构成的数控系统对原系统进行了改造。
1 系统组成和工艺流程
1．1系统组成
系统组成框图如图1。
由图可知， 机械手控制系统是整个汽车仪表板生产线的核心， 它主要完成高精度的定位控制、与上位机通讯、数据采集、故障报警， 以及控制发泡机高压循环及浇注时间， 接收来自转盘线的速度信号以适应转盘不同运行方式。高压发泡机系统主要完成ISO （异氰酸酯）和POL （聚醚多元醇）2种发泡料的流量、压力调节及原料循环控制。转盘控制系统主要完成转盘速度调节及模具开合控制。
机械手控制系统是此次改造的重点，该系统的主要构成如图2。
硬件配置如下：
（1）上位机采用研祥EWS．843P一体化工控机，体积小巧，操作方便，主要完成参数设定，故障显示等。（2）以西门子S7．300PLC为核心，CPU模块为CPU316-2DP，主要具有与上位机通讯、处理I／O模块、控制计数器模块、位置控制模块的功能。（3）输入模块为32点的 SM32l，输出模块为l6点的SM322主要完成数字量的I／O控制。（4）FM357位置控制模块主要完成高精度的定位控制。（5）FM350计数模块主要采集来自转盘的光电码盘信号，以便完成与转盘的协调控制。（6）SIMODRIVE6l1A伺服驱动模块主要接受FM357的控制信号，为伺服电机提供动力。（7）1FK6交流伺服电机为执行电机。
1．2 系统工艺流程
系统工艺流程如图3。
2 系统软件构成
2．1系统的动作时序
系统的动作时序图如图4。
2．2 程序框图及系统软件
系统上位机监控软件采用西门子公司WINCCV5．0软件， 运用该软件设计显示浇注轨迹及示教参数输入等， 中文人机界面， 操作方便。
下位机PLC程序采用西门子公司STEP7 V5．1软件，实现编程监控。程序框图如图5。
3 结束语
由于采用西门子S7—300 PLC为核心的交流伺服系统代替原来的以单片机为核心的直流伺服系统，大大提高了控制可靠性。改造后的系统能完全满足与发泡机、转盘的协调控制， 符合注模工艺要求，系统性价比高， 操作方便， 经济效益显著。
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