羅軍

摘要：介紹了上棒機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件配置、軟件的開發(fā)及應(yīng)用情況。此系統(tǒng)已投入使用，性能穩(wěn)定，控制準(zhǔn)確，取得了明顯的效益。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手;軟件;開發(fā);應(yīng)用

鋁棒是擠壓生產(chǎn)中必不可少的原料，向擠壓機(jī)運(yùn)送鋁棒的快慢直接影響著型材的產(chǎn)量。忠旺集團(tuán)下轄各擠壓分廠為了提高產(chǎn)量，逐漸將之前老舊的電葫蘆吊棒設(shè)備替換成上棒機(jī)械手，于2017-2018年投入近20臺(tái)機(jī)械手，減少了人工成本，也同時(shí)提高的安全性和可操作性，上棒機(jī)械手，自動(dòng)化程度高，對(duì)于提高鋁型材的產(chǎn)量和質(zhì)量，有十分重要的意義。

當(dāng)前可編程控制器（PLC）是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，已經(jīng)成為電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心裝置，它不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，還能完成各種順序或定時(shí)的閉環(huán)控制功能，并且抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性好、體積小，能在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間、不間斷運(yùn)行，且編程簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，并配有各類通訊接口與模塊處理，可方便各級(jí)連接。

一、上棒機(jī)械手自控系統(tǒng)概述

首先操作工需用行吊將棒框按指定位置放置在上棒機(jī)械手料車上，料車將棒框運(yùn)至上棒位停止，然后選擇上棒控制模式，最后啟動(dòng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)往棒爐料臺(tái)上上棒的整個(gè)過程。

設(shè)備具備手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)三種控制模式，并具備設(shè)備故障診斷報(bào)警功能。

根據(jù)用戶和工藝設(shè)計(jì)的要求，上棒機(jī)械手系統(tǒng)分為三個(gè)部分，人機(jī)界面、PLC.分布式I/O，SIEMENS KTP700 Basic PN作為主要的人機(jī)界面（Human-Machine Interface），對(duì)設(shè)備監(jiān)控、生產(chǎn)操作管理等，主要面向操作人員;SIEMENS S7-1500系列PLC構(gòu)成，為基礎(chǔ)測(cè)控級(jí)，完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集及過程控制等，面向生產(chǎn)過程。

面向生產(chǎn)操作人員，由1套HMI，監(jiān)控生產(chǎn)情況。在HMI的監(jiān)控畫面上顯示各種設(shè)備的工況參數(shù)，并通過HMI來對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。根據(jù)生產(chǎn)情況可選擇手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)工作模式。當(dāng)生產(chǎn)中出現(xiàn)異常時(shí)，在HMI上顯示報(bào)警信息。

面向生產(chǎn)過程，由過程控制器以及現(xiàn)場(chǎng)智能I/O處理器、各種模板構(gòu)成，為基礎(chǔ)測(cè)控級(jí)。完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)壓力、溫度、流量的采集和處理，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。

自動(dòng)控制系統(tǒng)通過對(duì)料車，橫向車，豎向車，還有液壓系統(tǒng)控制的鉗口的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)鋁棒的加料、行走、卸料的自動(dòng)化。

橫向車是由變頻器控制下的變頻電機(jī)，通過CPI的調(diào)節(jié)，達(dá)到加速減速位置控制的要求。

豎向車是由伺服控制器控制下的伺服電機(jī)，同樣是通過CPI的調(diào)節(jié)，達(dá)到加速減速精準(zhǔn)的位置控制要求。

鉗口則是通過液壓系統(tǒng)控制的液壓馬達(dá)，帶動(dòng)絲杠來實(shí)現(xiàn)抓取和放料。

二、系統(tǒng)硬件選型及特點(diǎn)

為了滿足上面提到的上棒的監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求，我們采用德國西門子公司SIEMENSS7-1500系列CPU，通過PROFINET將分布式FO設(shè)備同控制器CPU相連，通過PROFINE7同分布式I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)。分布式FO設(shè)備收集現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行器數(shù)據(jù)，以便能夠傳輸?shù)娇刂破鰿PU。

1.CPU模塊：帶顯示屏的CPU;工作存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)150KB代碼和1MB數(shù)據(jù);位指令執(zhí)行時(shí)間60ns;4級(jí)保護(hù)，集成的工藝功能：運(yùn)動(dòng)控制，閉環(huán)控制，計(jì)數(shù)與測(cè)量;集成的跟蹤功能;PROFINET IO控制器，支持RT/IRT，2個(gè)端口，支持MRP，傳輸協(xié)議TCP/IP，S7通信，Web服務(wù)器，恒定總線循環(huán)時(shí)間，路由功能。

2.分布式擴(kuò)展I/O：現(xiàn)場(chǎng)為IM155-5分布式IO，適應(yīng)實(shí)時(shí)工業(yè)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集的要求。包括遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊，16點(diǎn)24V DC開關(guān)量輸入，16點(diǎn)24V DC開關(guān)量輸出，2通道編碼器模塊。

3.遠(yuǎn)程接口模塊：IM155用于與PRO-FINET IO現(xiàn)場(chǎng)總線的連接。

4.電源模塊：10A電源，輸入AC85-264V，輸出DC24V。

本系統(tǒng)選用的硬件產(chǎn)品及系統(tǒng)：

控制系統(tǒng)共有輸入、輸出信號(hào)近200點(diǎn)，其中包括開關(guān)量輸入/輸出信號(hào)、編碼器信號(hào)

1.控制器6ES7 511-1AK01-OABO 1塊

2.電源模塊 6EP1332-4BA00 1塊

3.接口模塊 IM155-5 6ES7155-5AA00-OABO 1塊

4.開關(guān)量輸入模塊6ES7 521-1BH10-OAAO 4塊

5.開關(guān)量輸出模塊 6ES7522-1BH10-OAAO 2塊

6.編碼器模塊 6ES7551-1AB00-OABO 1塊

三、軟件開發(fā)及系統(tǒng)功能

本項(xiàng)目的軟件開發(fā)采用西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)功能強(qiáng)大的編程軟件TIAV13

在本項(xiàng)目的HMI中包括如下的功能：

數(shù)據(jù)采集及處理

參數(shù)顯示（液壓站溫度高低，剩余棒的數(shù)量與位置，機(jī)械手當(dāng)前狀態(tài)限位等）

控制系統(tǒng)及生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示（電機(jī)運(yùn)行、閥開/關(guān)）

報(bào)警和事件列表

四、結(jié)論

本文闡述了基于SIEMENS S7-1500系列PLC的上棒機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本控制系統(tǒng)是由遼寧忠旺制造有限公司設(shè)計(jì)制作，己在遼寧忠旺各擠壓分廠生產(chǎn)線上得到實(shí)際使用，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。在該系統(tǒng)中PLC控制充分發(fā)揮了其配置靈活、控制可靠、編程方便和可現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，給整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來較大的益處。