基于S7-1200的膠帶切割機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

潘云忠

蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院 江蘇省太倉市 215400

1 引言

當(dāng)前，車用線束包扎主要有膠帶、螺紋管及PVC管等材料。其中，膠帶包扎方式多應(yīng)用于汽車儀表線、門線、頂棚線等空間小、工作環(huán)境情況相對較好的位置。線束的膠帶包扎具備性價(jià)比高、耐磨性好、降噪性好等特點(diǎn)。

目前，車用線束包膠過程多采用人工方式進(jìn)行，膠帶如經(jīng)人工切割會(huì)導(dǎo)致成品率和效率較低。同時(shí)由于線束長短粗細(xì)不一，需要膠帶的長度、寬度等尺寸也存在著不小的差異。本文通過S7-1200PLC控制伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)膠帶的可變定長切割，節(jié)省人工的同時(shí)，提升了生產(chǎn)效率，線束用膠帶的品質(zhì)也得到了較大的改觀。

2 控制功能要求

為了滿足多種規(guī)格的車用線束膠帶需求，所設(shè)計(jì)的膠帶切割機(jī)需要滿足以下要求：

（1）膠帶的產(chǎn)品型號條碼由條碼槍掃入，加工過程界面顯示當(dāng)前產(chǎn)品型號；

（2）可切割膠帶的尺寸范圍寬度為：10-50mm，長度為：50-500mm；

（3）可實(shí)現(xiàn)用戶組的管理，至少需要三級用戶管理權(quán)限，密碼保護(hù)，可實(shí)現(xiàn)用戶的添加與刪除；

（4）裝置需提供危險(xiǎn)等級Ⅳ級及以上的安全防護(hù)類別；

（5）設(shè)備操作分為點(diǎn)動(dòng)操作與自動(dòng)運(yùn)行兩種模式，具備切膠帶尺寸配方設(shè)置功能；

（6）單次連續(xù)切膠帶數(shù)量可設(shè)置，連續(xù)切膠帶數(shù)量可記錄，單次切膠帶時(shí)間可顯示，考慮到膠帶的彈性需設(shè)置切膠帶長度補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/p>

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

膠帶切割機(jī)控制系統(tǒng)包含S7-1200PLC、一體機(jī)（含人機(jī)組態(tài)界面）、掃碼槍、伺服電機(jī)、裁切調(diào)速電機(jī)、輔助氣缸以及外圍接線。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 膠帶切割機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1 硬件選取

根據(jù)現(xiàn)有基礎(chǔ)對控制部分硬件進(jìn)行選取，主要包含PLC、讀碼器、伺服電機(jī)及安全部件。PLC選取西門子S7-1200系列，CPU1214C DC/DC/DC（6ES7214-1AG40-0XB0），板載數(shù)字I/O，14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出；可組態(tài)4組脈沖輸出，輸出脈沖最高頻率可達(dá)100KHz。讀碼器選用海康威視U口工業(yè)手持讀 碼 器，型 號：MV-IDH5010-05-NR-U，最大處理幀率50fps，USB3.0接口。選用三菱MR-JE-10A伺服驅(qū)動(dòng)器及匹配的伺服電機(jī)，安全繼電器選取皮爾茲PNOZX2.8P。根據(jù)控制功能要求，PLC的輸入輸出變量表如表1所示。

表1 PLC輸入輸出變量表

3.2 PLC外圍接線圖設(shè)計(jì)

在PLC外圍接線圖設(shè)計(jì)中，PLC與伺服控制器的線路連接是膠帶切割機(jī)的關(guān)鍵所在。三菱MR-JE-10A伺服驅(qū)動(dòng)器位置模式脈沖控制方式有脈沖+方向，AB向脈沖以及CW/CCW脈沖，在本項(xiàng)目中選取脈沖+方向的運(yùn)行控制方式，需要連接的引腳如表2所示，伺服放大器信號接線圖如圖2所示。

圖2 伺服放大器信號接線圖

表2 PLC與伺服連接引腳

4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 PLC配置和程序設(shè)置

在切割機(jī)控制系統(tǒng)中，西門子PLC（6ES7214-1AG40-0XB0）通過對工藝對象內(nèi)的“軸”進(jìn)行組態(tài)配置。在組態(tài)中需要做一下配置操作：

（1）基本參數(shù)中選擇PTO信號，脈沖發(fā)生器選擇Pulse_1組（可實(shí)現(xiàn)100KHz頻率的脈沖輸出），同時(shí)激活方向輸出實(shí)現(xiàn)方向信號的配置。

（2）在擴(kuò)展參數(shù)中配置電機(jī)每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（此數(shù)據(jù)應(yīng)與伺服驅(qū)動(dòng)器中相對應(yīng)參數(shù)進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)控制），并根據(jù)機(jī)械情況定義準(zhǔn)確，每轉(zhuǎn)對應(yīng)的機(jī)械位移數(shù)據(jù)；在位置限制中啟用硬限位開關(guān)，并配置好硬件上下限位對應(yīng)的PLC輸入地址，選擇限位動(dòng)作時(shí)是高電平還是低電平。

（3）根據(jù)設(shè)置的擴(kuò)展參數(shù)來設(shè)置最大速度以及啟動(dòng)/停止速度，以及加減速時(shí)間，系統(tǒng)可據(jù)此計(jì)算出加速度和減速度。

（4）在軸配置的最后一個(gè)階段是進(jìn)行回原點(diǎn)功能的設(shè)定，此處選擇主動(dòng)回原點(diǎn)模式，需要設(shè)定元電信號及其動(dòng)作時(shí)電平，此外還可以設(shè)置回原點(diǎn)動(dòng)作開始的運(yùn)動(dòng)方向（正向移動(dòng)或者反向移動(dòng)）回原點(diǎn)后停下來的位置（在原點(diǎn)正向側(cè)或者反向側(cè)），最后設(shè)置回原點(diǎn)動(dòng)作過程的運(yùn)行速度以及遇到原點(diǎn)后的速度。

程序中編寫伺服位置控制命令相關(guān)的FB函 數(shù) 塊，集MC_Power、MC_Reset、MC_Home、MC_MoveAbsolute、MC_MoveRelative、MC_MoveJog等運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)功能。OB1中調(diào)取伺服位置控制FB函數(shù)塊如圖3所示。

圖3 伺服位置控制FB函數(shù)塊圖

4.2 WinCC人機(jī)界面設(shè)置

由于讀碼器采用U口通信，因此選用一體機(jī)作為人機(jī)交互設(shè)備，采用博途W(wǎng)inCC作為組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

人機(jī)交互主要畫面功能介紹：

（1）生產(chǎn)界面畫面：加工數(shù)量設(shè)置、運(yùn)行時(shí)間顯示、生產(chǎn)總量顯示以及當(dāng)前加工產(chǎn)品配方顯示等功能，生產(chǎn)界面畫面如圖4所示；

圖4 人機(jī)交互生產(chǎn)界面畫面

（2）點(diǎn)動(dòng)操作畫面：本畫面主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的調(diào)試功能，包含伺服、裁切電機(jī)、輔助氣缸、伺服移動(dòng)距離速度以及補(bǔ)償量的設(shè)置工作，點(diǎn)動(dòng)操作畫面如圖5所示。

圖5 人機(jī)交互點(diǎn)動(dòng)操作畫面

5 結(jié)語

經(jīng)過多次調(diào)整后實(shí)現(xiàn)了客戶對本設(shè)備的功能要求，膠帶切割機(jī)已正式投入實(shí)際生產(chǎn)使用，取得了良好的效果。