基于西門子PLC的切斷機定長切斷控制系統

陳 蘭

（蘇州高等職業技術學校，江蘇 蘇州 215000）

基于西門子PLC的切斷機定長切斷控制系統

陳 蘭

（蘇州高等職業技術學校，江蘇 蘇州 215000）

在工業生產加工中，切斷機是必不可少的一種設備，其在橋梁、隧道和水利等工程領域應用廣泛。針對汽車制造業中擠出生產線對于切斷機能夠實現定長切斷、超差分揀、自動糾偏和擠出連續的要求，文章設計了一套基于西門子S7-300PLC的切斷機定長切斷控制系統。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、電感式接近開關和光電開關器件，對系統硬件進行了組態設計。軟件上，系統通過STEP7 5.2編程軟件對系統進行封裝SFB47的作業功能，使用循環中斷測速、切斷流程、分揀流程、組合切斷分揀程序并設計中斷程序和啟動按鈕及初始化模塊編程，最終完成了切斷機定長切斷控制系統的設計。

切斷機；CPU313-2 DP；STEP7 5.2

進入21世紀，中國工業經濟得到飛速發展，切斷機在國內的運用越來越多。同時隨著我國加入WTO，切斷機的出口量逐年增加，因此國內外對于切斷機的需求不斷增加。雖然我國切斷機行業得到一定發展，但和其他發達國家相比在技術上還存在一定差距，主要表現在：國外切斷機偏心軸的偏心距較大，更容易管理；在承受過載荷、疲勞失效、磨損等方面更有優勢；每分鐘切斷次數要比國內高；切斷機的控制精度較高，更適合工業化加工作業；國外觀質量更是精益求精。因此，我國切斷機還需不斷改進。

在汽車制造中，汽車密封件生產企業使用的擠出生產線有連續擠出、間隔切斷的特點。為了生產的連續和穩定，擠出機需要保持穩定的擠出速度，而最終產品需要定長切斷包裝，所以切斷機不僅要實現定長切斷、超差分揀、自動糾偏，還需要協調連續擠出和時間切斷的運行，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中擠出機包裝定長切斷的要求，本文設計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，配以氣動控制和定位控制系統，再通過STEP7 5.2編程軟件對系統進行編程，最終完成切斷機定長切斷控制系統的設計。

1 切斷機結構及其工作過程

切斷機的組成結構包括底座、工作滑臺、工件、切斷汽缸、測量滾輪、滑臺電動機、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擠出，編碼器與測量滾輪共軸旋轉，脈沖傳送至PLC計數并測速；達到預設計數值后，壓緊氣缸驅動切斷壓板下行，壓緊工件，同時滑臺電動機驅動滑臺按照測定的速度（即工件擠出速度）向右運動；工件被壓緊后，記錄此時的計數值，并與預設值比較計算誤差，以調整預設值，計數器歸零，同時切斷氣缸驅動鋸片切斷工件；切斷完成后，壓緊氣缸驅動切斷壓板上行，松開工件；根據切斷誤差甄選產品。如果超差，則次品分揀氣缸驅動次品推板，把產品推下傳送帶，如果長度合格，則次品分揀氣缸不動作，產品隨傳送帶傳送到設備尾部收集整理，傳送帶一直運行；換臺電動機反轉驅動工作滑臺以最快速度回到起始位置。

2 切斷機定長切斷控制系統的硬件設計

本文設計的硬件原理框圖如圖1所示。從圖1中可以看出，系統硬件包含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、光電開關和電磁式接近開關。

圖1 系統硬件原理框架

2.1 PLC選型

西門子公司的S7-300系列的CPU313-2 DP是一個用于分布式結構的緊湊型CPU，其微處理器處理每個二進制的指令時間可以達到100～200 ns，運行速度非常快；可以外擴64 KB的程序，為用戶提供充分的程序空間；內置32個輸入輸出數字量端口，可以同時擴展31個模塊；內部3個高速計數器，可以對本設計的定長要求進行控制，因此，從控制點數、控制要求角度和成本等能夠滿足本文設計的要求。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的控制要求。

2.2 IO設備選擇

2.2.1 光電編碼器

光電編碼器是將機械的幾何位移量轉換成脈沖信號的傳感器，主要應用于定位的精確控制。由于執行機構的移動速度最大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，最高響應頻率為100 kHz，分辨率最高可以達到2 000 dpi，可以滿足系統的要求。

2.2.2 其他IO設備

本文使用電磁閥作為執行元件，選用費斯托公司的二位三通電磁閥，該電磁閥常與單作用氣動執行機構配套使用，同時從布線方便、價格便宜等方面考慮，控制系統采用24 V汽缸自帶磁性開關對汽缸磁環位置進行檢測，實現壓緊汽缸的控制。另外，對于滑臺位置的檢測和切刀的上下位置檢測，選用電感式接近開關和光電開關。

3 切斷機定長切斷控制系統的軟件設計

系統軟件設計包含封裝SFB47的作業功能、使用循環中斷測速、切斷流程、分揀流程、組合切斷分揀程序并設計中斷程序和啟動按鈕及初始化模塊。

SFB47是CPU集成地告訴技術功能模塊，其參數很多，本系統增加一個FC1，定義一個輸入參數VALUE作為輸入預定值，再增加FC2命名為計數器清零。

對于使用循環中的中斷測速，該模塊將在循環終端OB中調用，計算循環時間間隔中產生的計數值，以此作為擠出速度，同時增加循環中斷組織塊OB35，調用調速模塊FB1，另外還要對變頻器的啟停、正反轉、速度設定。

通過新增FB3，作為切斷流程，通過4步執行。第一步執行滑臺啟動、壓緊汽缸啟動、保存初始技術和移動到下一步；第二步執行切斷汽缸輸出點置位、誤差計算、技術清零和轉移到下一步；第三步在鋸片到達切斷位置后執行，操作只有復位切斷汽缸，并轉移到下一步；第四步在鋸片回到起始位置后執行，操作是把本模塊的順序狀態轉移到第一步，并改變本步狀態，以結束外部程序對本步的調用。

分揀流程分5步執行。第一步是判斷切斷相對誤差和分揀誤差標準；第二步是分揀汽缸啟動，到達終點位置時，計算誤差調整值；第三步在分揀推板回到原位時執行，操作是壓緊汽缸復位、停止滑臺電動機并轉移到下一步；第四步在壓板回到原位時，操作只有滑臺反向移動；第五步在滑臺回到起始位置后，停止滑臺移動，把本模塊的順序狀態轉移到第一步。

4 結語

本文首先簡要闡述了國內切斷機的發展狀況和相比于國外先進技術的不足。為了適應在汽車制造中擠出機的定長切斷包裝要求，本文在切斷機結構和工作過程的基礎上對本系統進行了設計。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、電感式接近開關和光電開關器件。軟件上，通過STEP7 5.2編程，軟件對系統進行封裝SFB47的作業功能、使用循環中斷測速、切斷流程、分揀流程、組合切斷分揀程序并設計中斷程序和啟動按鈕及初始化模塊編程。

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

[2]王東.切斷機的發展趨勢[J].商情，2014（18）：269.

[3]睿博數據研究中心.2010-2015年中國切斷機市場發展現狀分析及行業前景預測報告[R].北京：睿博數據研究中心，2010.

[4]劉志輝，肖似蹼，李夢奇.基于CAD的棒料自動切斷機的設計[J].液壓與氣動，2013（3）：70-72.

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。