陳 蘭

（蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 蘇州 215000）

基于西門子PLC的切斷機(jī)定長切斷控制系統(tǒng)

陳 蘭

（蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 蘇州 215000）

在工業(yè)生產(chǎn)加工中，切斷機(jī)是必不可少的一種設(shè)備，其在橋梁、隧道和水利等工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。針對汽車制造業(yè)中擠出生產(chǎn)線對于切斷機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)定長切斷、超差分揀、自動(dòng)糾偏和擠出連續(xù)的要求，文章設(shè)計(jì)了一套基于西門子S7-300PLC的切斷機(jī)定長切斷控制系統(tǒng)。通過將CPU313-2 DP作為核心控制器，再配以PS307 10A 電源模塊、E6C2-CWZ6C編碼器模塊、FESTO二位三通電磁閥、電感式接近開關(guān)和光電開關(guān)器件，對系統(tǒng)硬件進(jìn)行了組態(tài)設(shè)計(jì)。軟件上，系統(tǒng)通過STEP7 5.2編程軟件對系統(tǒng)進(jìn)行封裝SFB47的作業(yè)功能，使用循環(huán)中斷測速、切斷流程、分揀流程、組合切斷分揀程序并設(shè)計(jì)中斷程序和啟動(dòng)按鈕及初始化模塊編程，最終完成了切斷機(jī)定長切斷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

切斷機(jī)；CPU313-2 DP；STEP7 5.2

進(jìn)入21世紀(jì)，中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)得到飛速發(fā)展，切斷機(jī)在國內(nèi)的運(yùn)用越來越多。同時(shí)隨著我國加入WTO，切斷機(jī)的出口量逐年增加，因此國內(nèi)外對于切斷機(jī)的需求不斷增加。雖然我國切斷機(jī)行業(yè)得到一定發(fā)展，但和其他發(fā)達(dá)國家相比在技術(shù)上還存在一定差距，主要表現(xiàn)在：國外切斷機(jī)偏心軸的偏心距較大，更容易管理；在承受過載荷、疲勞失效、磨損等方面更有優(yōu)勢；每分鐘切斷次數(shù)要比國內(nèi)高；切斷機(jī)的控制精度較高，更適合工業(yè)化加工作業(yè)；國外觀質(zhì)量更是精益求精。因此，我國切斷機(jī)還需不斷改進(jìn)。

在汽車制造中，汽車密封件生產(chǎn)企業(yè)使用的擠出生產(chǎn)線有連續(xù)擠出、間隔切斷的特點(diǎn)。為了生產(chǎn)的連續(xù)和穩(wěn)定，擠出機(jī)需要保持穩(wěn)定的擠出速度，而最終產(chǎn)品需要定長切斷包裝，所以切斷機(jī)不僅要實(shí)現(xiàn)定長切斷、超差分揀、自動(dòng)糾偏，還需要協(xié)調(diào)連續(xù)擠出和時(shí)間切斷的運(yùn)行，不能在切斷過程中牽扯或阻擋擠出工作。

為了滿足汽車制造生產(chǎn)中擠出機(jī)包裝定長切斷的要求，本文設(shè)計(jì)了一套基于西門子公司S7-300系列的CPU313-2 DP控制器為核心控制器，配以氣動(dòng)控制和定位控制系統(tǒng)，再通過STEP7 5.2編程軟件對系統(tǒng)進(jìn)行編程，最終完成切斷機(jī)定長切斷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 切斷機(jī)結(jié)構(gòu)及其工作過程

切斷機(jī)的組成結(jié)構(gòu)包括底座、工作滑臺(tái)、工件、切斷汽缸、測量滾輪、滑臺(tái)電動(dòng)機(jī)、編碼器、切斷壓板、壓緊汽缸、鋸片、次品分揀汽缸、推板和正品傳送帶等。

工件緊靠測量滾輪連續(xù)擠出，編碼器與測量滾輪共軸旋轉(zhuǎn)，脈沖傳送至PLC計(jì)數(shù)并測速；達(dá)到預(yù)設(shè)計(jì)數(shù)值后，壓緊氣缸驅(qū)動(dòng)切斷壓板下行，壓緊工件，同時(shí)滑臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)按照測定的速度（即工件擠出速度）向右運(yùn)動(dòng)；工件被壓緊后，記錄此時(shí)的計(jì)數(shù)值，并與預(yù)設(shè)值比較計(jì)算誤差，以調(diào)整預(yù)設(shè)值，計(jì)數(shù)器歸零，同時(shí)切斷氣缸驅(qū)動(dòng)鋸片切斷工件；切斷完成后，壓緊氣缸驅(qū)動(dòng)切斷壓板上行，松開工件；根據(jù)切斷誤差甄選產(chǎn)品。如果超差，則次品分揀氣缸驅(qū)動(dòng)次品推板，把產(chǎn)品推下傳送帶，如果長度合格，則次品分揀氣缸不動(dòng)作，產(chǎn)品隨傳送帶傳送到設(shè)備尾部收集整理，傳送帶一直運(yùn)行；換臺(tái)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)工作滑臺(tái)以最快速度回到起始位置。

2 切斷機(jī)定長切斷控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的硬件原理框圖如圖1所示。從圖1中可以看出，系統(tǒng)硬件包含S7-300系列的CPU313-2 DP，PS307 10A電源模塊、E6C2-CWZ6C光電編碼器、FESTO二位三通電磁閥、光電開關(guān)和電磁式接近開關(guān)。

圖1 系統(tǒng)硬件原理框架

2.1 PLC選型

西門子公司的S7-300系列的CPU313-2 DP是一個(gè)用于分布式結(jié)構(gòu)的緊湊型CPU，其微處理器處理每個(gè)二進(jìn)制的指令時(shí)間可以達(dá)到100～200 ns，運(yùn)行速度非?？欤豢梢酝鈹U(kuò)64 KB的程序，為用戶提供充分的程序空間；內(nèi)置32個(gè)輸入輸出數(shù)字量端口，可以同時(shí)擴(kuò)展31個(gè)模塊；內(nèi)部3個(gè)高速計(jì)數(shù)器，可以對本設(shè)計(jì)的定長要求進(jìn)行控制，因此，從控制點(diǎn)數(shù)、控制要求角度和成本等能夠滿足本文設(shè)計(jì)的要求。其控制電源選擇配套選擇PS307 10 A模塊，其10 A額定電流能夠滿足系統(tǒng)的控制要求。

2.2 IO設(shè)備選擇

2.2.1 光電編碼器

光電編碼器是將機(jī)械的幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)的傳感器，主要應(yīng)用于定位的精確控制。由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的移動(dòng)速度最大8 500 mm/min，編碼器與工件牽引滾輪同軸，滾輪直徑為15 mm，因此要求控制精度為0.05 mm，其分辨率可以選擇1 500的編碼器，按照以上要求，本文選擇歐姆龍公式的E6C2-CWZ6C，該編碼器為NPN集電極開路輸出，最高響應(yīng)頻率為100 kHz，分辨率最高可以達(dá)到2 000 dpi，可以滿足系統(tǒng)的要求。

2.2.2 其他IO設(shè)備

本文使用電磁閥作為執(zhí)行元件，選用費(fèi)斯托公司的二位三通電磁閥，該電磁閥常與單作用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套使用，同時(shí)從布線方便、價(jià)格便宜等方面考慮，控制系統(tǒng)采用24 V汽缸自帶磁性開關(guān)對汽缸磁環(huán)位置進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)壓緊汽缸的控制。另外，對于滑臺(tái)位置的檢測和切刀的上下位置檢測，選用電感式接近開關(guān)和光電開關(guān)。

3 切斷機(jī)定長切斷控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包含封裝SFB47的作業(yè)功能、使用循環(huán)中斷測速、切斷流程、分揀流程、組合切斷分揀程序并設(shè)計(jì)中斷程序和啟動(dòng)按鈕及初始化模塊。

SFB47是CPU集成地告訴技術(shù)功能模塊，其參數(shù)很多，本系統(tǒng)增加一個(gè)FC1，定義一個(gè)輸入?yún)?shù)VALUE作為輸入預(yù)定值，再增加FC2命名為計(jì)數(shù)器清零。

對于使用循環(huán)中的中斷測速，該模塊將在循環(huán)終端OB中調(diào)用，計(jì)算循環(huán)時(shí)間間隔中產(chǎn)生的計(jì)數(shù)值，以此作為擠出速度，同時(shí)增加循環(huán)中斷組織塊OB35，調(diào)用調(diào)速模塊FB1，另外還要對變頻器的啟停、正反轉(zhuǎn)、速度設(shè)定。

通過新增FB3，作為切斷流程，通過4步執(zhí)行。第一步執(zhí)行滑臺(tái)啟動(dòng)、壓緊汽缸啟動(dòng)、保存初始技術(shù)和移動(dòng)到下一步；第二步執(zhí)行切斷汽缸輸出點(diǎn)置位、誤差計(jì)算、技術(shù)清零和轉(zhuǎn)移到下一步；第三步在鋸片到達(dá)切斷位置后執(zhí)行，操作只有復(fù)位切斷汽缸，并轉(zhuǎn)移到下一步；第四步在鋸片回到起始位置后執(zhí)行，操作是把本模塊的順序狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第一步，并改變本步狀態(tài)，以結(jié)束外部程序?qū)Ρ静降恼{(diào)用。

分揀流程分5步執(zhí)行。第一步是判斷切斷相對誤差和分揀誤差標(biāo)準(zhǔn)；第二步是分揀汽缸啟動(dòng)，到達(dá)終點(diǎn)位置時(shí)，計(jì)算誤差調(diào)整值；第三步在分揀推板回到原位時(shí)執(zhí)行，操作是壓緊汽缸復(fù)位、停止滑臺(tái)電動(dòng)機(jī)并轉(zhuǎn)移到下一步；第四步在壓板回到原位時(shí)，操作只有滑臺(tái)反向移動(dòng)；第五步在滑臺(tái)回到起始位置后，停止滑臺(tái)移動(dòng)，把本模塊的順序狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第一步。

4 結(jié)語

本文首先簡要闡述了國內(nèi)切斷機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r和相比于國外先進(jìn)技術(shù)的不足。為了適應(yīng)在汽車制造中擠出機(jī)的定長切斷包裝要求，本文在切斷機(jī)結(jié)構(gòu)和工作過程的基礎(chǔ)上對本系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在硬件上，選用CPU313-2 DP控制器為核心控制器，PS307 10A電源模塊、E6C2-CWZ6C編碼器模塊、FESTO二位三通電磁閥、電感式接近開關(guān)和光電開關(guān)器件。軟件上，通過STEP7 5.2編程，軟件對系統(tǒng)進(jìn)行封裝SFB47的作業(yè)功能、使用循環(huán)中斷測速、切斷流程、分揀流程、組合切斷分揀程序并設(shè)計(jì)中斷程序和啟動(dòng)按鈕及初始化模塊編程。

[1]羅萍，羅志勇.西門子S7-300/400PLC工程實(shí)例詳解[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[2]王東.切斷機(jī)的發(fā)展趨勢[J].商情，2014（18）：269.

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Fixed length cutting control system of cut-off machine based on SIEMENS PLC

Chen Lan
（Suzhou Higher Occupation Technical School, Suzhou 215000, China）

In the industrial production process, cut-off machine is a necessary equipment, which enjoys wide application in engineering fi elds of bridge, tunnel and water conservancy. According to the automotive industry in the extrusion production line for cut-off machine can realize the fi xed length cutting, ultra poor sorting, automatic correction and continuous extrusion, this paper designs a set of fi xed length cutting control system of cut-off machine based on SIEMENS PLC. The hardware of system is in con fi guration design through taking the CPU313-2 DP as the core controller, with PS307 10A power module, E6C2-CWZ6C encoder module, FESTO two position three way solenoid valve, inductive type proximity switch and photoelectric switch device. The system uses STEP7 5.2 encoder software to package SFB47’s function of job to use the programmers of cyclic interrupt velocimetry, cutting progress, sorting process, combined cutting and sorting and designs interrupt program, start button and initialization module programming to complete the design of fi xed length cutting off control system of cut-off machine.

cut-off machine; CPU313-2 DP; STEP7 5.2

陳蘭（1981— ），女，江蘇蘇州。