西門子運(yùn)動控制系統(tǒng)在薩馳輪胎成型機(jī)上的應(yīng)用

奚家星

（上海西門子工業(yè)自動化有限公司，上海 200030）

西門子運(yùn)動控制系統(tǒng)在薩馳輪胎成型機(jī)上的應(yīng)用

奚家星

（上海西門子工業(yè)自動化有限公司，上海 200030）

介紹了西門子新型運(yùn)動控制器SIMOTION D的控制理念及組成部分。并說明SLM智能型電源模塊的特點(diǎn)。SIMOTION D通過DRIVE-CLEQ總線與SINAMICS S120系統(tǒng)構(gòu)成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)成型機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷功能。

SEMOTION D；運(yùn)動控制器；成型機(jī)；電源模塊

西門子有幸共同參與開發(fā)了薩馳華辰機(jī)械（蘇州）有限公司所研發(fā)的國際領(lǐng)先的標(biāo)準(zhǔn)化半鋼一次法輪胎成型機(jī)。該設(shè)備具有以下幾個主要優(yōu)點(diǎn)：①穩(wěn)定性高；②班產(chǎn)輪胎質(zhì)量穩(wěn)定、產(chǎn)量高；③降低能耗；④信息化程度高，等等。面對這么高的標(biāo)準(zhǔn)、這么多的要求，如何去完美地實(shí)現(xiàn)是一個需要認(rèn)真思考的問題。顯然，電氣自動化控制系統(tǒng)在其中起著不可或缺及至關(guān)重要的作用。基于其高精度、高動態(tài)和信息化的要求，經(jīng)過方案的反復(fù)論證和技術(shù)參數(shù)的綜合比較，我們雙方一致決定選用西門子最新一代的運(yùn)動控制器SIMOTION D以及最高端的伺服驅(qū)動器系列SINAMICS S120來實(shí)現(xiàn)該設(shè)備所需的功能并且滿足性能上的高要求。

1　SIMOTION全新的控制理念

現(xiàn)代制造業(yè)，尤其是高端機(jī)械制造領(lǐng)域中都有這樣的一種趨勢：機(jī)械運(yùn)動越來越復(fù)雜，對速度及精度的要求也越來越高。在以往，這些運(yùn)動任務(wù)通常是由機(jī)械元件以及若干電子裝置來完成的（例如：輸出凸輪控制器、位控及多軸模塊）。這樣，即使是一個很小的功能變化或是有額外的功能需求都將需要更換元件、采用新的結(jié)構(gòu)、配置、參數(shù)設(shè)置以及甚至重新編程。這種應(yīng)用模式不可避免地產(chǎn)生以下若干問題。

（1）維護(hù)次數(shù)頻繁、維護(hù)成本高；

（2）切換生產(chǎn)不同規(guī)格產(chǎn)品所帶來的停機(jī)時間長；

（3）用于元器件更換的庫存量增加；

（4）生產(chǎn)管理難度大。

為了克服這些問題，針對未來制造業(yè)的趨勢和需求，西門子推出了全新的電氣解決方案：SIMOTION運(yùn)動控制系統(tǒng)。

西門子是第一個在工控行業(yè)提出了這一全新的電氣控制理念的公司：

（1） 由一個控制系統(tǒng)來完成所有的運(yùn)動控制任務(wù);

（2）適用于具有多部分運(yùn)動部件的機(jī)器的控制系統(tǒng)。

在這個理念的指導(dǎo)下，SIMOTION系列控制器應(yīng)運(yùn)而生了。 SIMOTION D是一款全新的西門子運(yùn)動控制系統(tǒng)，它是世界上第一款針對生產(chǎn)機(jī)械而設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，將運(yùn)動控制、邏輯控制及工藝控制功能集成于一身、為生產(chǎn)機(jī)械提供了完整的解決方案。

SIMOTION D有三個組成部分：

（1）工程開發(fā)系統(tǒng)：工程開發(fā)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)由一個系統(tǒng)解決所有運(yùn)動控制、邏輯及工藝控制的問題，并且它還能夠提供所有必要的工具，從編程到參數(shù)設(shè)定，從測試調(diào)試到故障診斷。

（2）實(shí)時軟件模塊：這些模塊提供了眾多的運(yùn)動控制及工藝控制功能。針對某一特定的機(jī)器所需的功能，靈活地選擇相關(guān)的模塊。

（3）硬件平臺：硬件平臺是SIMOTION運(yùn)動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。使由工程開發(fā)系統(tǒng)所開發(fā)的且使用了實(shí)時軟件模塊的應(yīng)用程序可以運(yùn)行在不同的硬件平臺上，用戶可以選擇最適合自己機(jī)器的硬件平臺。 尤其值得注意的是，SIMOTION的不同之處在于：可按任務(wù)層次劃分系統(tǒng)，具有靈活的功能，且使用同一種工程開發(fā)工具。

由此給客戶帶來的好處顯而易見：統(tǒng)一的工程開發(fā)軟件能最大程度地縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期；使用實(shí)時的軟件模塊有助于客戶自由、靈活地切換生產(chǎn)規(guī)格；而備件庫的減少則得益于統(tǒng)一的硬件平臺，不同的硬件之間可以相對自由的調(diào)配，不必考慮軟件在其中的影響。

在開發(fā)薩馳成型機(jī)的過程上，我們雙方將運(yùn)動控制器和驅(qū)動器的軟件編程在同一個編程平臺SCOUT中完成，大大提高了程序的效率、一致性和實(shí)用性。

在實(shí)際的生產(chǎn)和運(yùn)營中，SIMOTION D這些突出的優(yōu)點(diǎn)也確實(shí)為客戶帶來了可觀的利益回報(bào)。

2　SLM 智能能源管理

SLM 智能型電源模塊（Smart Line Module）是不可控的整流/回饋單元（二極管整流，IGBT回饋），具有能量回饋的功能。其再生回饋功能還可以通過數(shù)字量輸入或設(shè)置參數(shù)來激活或取消。SLM回饋整流模塊中的 IGBT是全控功率元件，SLM內(nèi)部的VSM檢測確保回饋電網(wǎng)的電壓幅值/ 頻率/ 相位與電網(wǎng)相一致。通過SLM 智能型電源模塊，可以很容易地實(shí)現(xiàn)：①把再生能量回饋電網(wǎng)，節(jié)能，增加了運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益；②可以四象限運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)不同狀態(tài)能量轉(zhuǎn)換，電能回饋提高了系統(tǒng)的效率，適合應(yīng)用于大慣量負(fù)載及頻繁制動場合。經(jīng)過德國能效評估部門的權(quán)威檢測：最高可以提高能源效率21%。在能源日益緊張的現(xiàn)在，這個無疑是在降低運(yùn)營成本、可持續(xù)發(fā)展方面能助客戶一臂之力。

在薩馳的成型機(jī)中，我們也是選用了這款SLM智能型電源模塊。除了安裝上的便利、緊湊之外，對于能耗的降低也是非常可觀的。

3　信息化管理

在內(nèi)部，SIMOTION D運(yùn)動控制器通過DRIVECLIQ總線很容易與SINAMICS S120系統(tǒng)構(gòu)成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過DRIVE-CLIQ，很容易在線組態(tài)與控制每個S120。編碼器反饋也轉(zhuǎn)化為DRIVE-CLIQ接口，只要選標(biāo)準(zhǔn)SIEMENS帶DRIVE-CLIQ接口的伺服電機(jī)，電機(jī)的所有的參數(shù)都通過該接口傳到SIMOTION運(yùn)動控制器。對外，SIMOTION D提供了多種通訊方式的選擇，如：Profibus-DP、Profibus-Net，等等。對于要求在同一硬件平臺上既執(zhí)行控制又進(jìn)行顯示的場合；要求具有方便的數(shù)據(jù)管理、分析及報(bào)表的場合；對遠(yuǎn)程診斷及遠(yuǎn)程操作員控制要求很高的場合SIMOTION運(yùn)動控制系統(tǒng)配合SINAMICS S120是最佳的選擇。

圖1為SIMOTION D系統(tǒng)在薩馳成型機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷的結(jié)構(gòu)圖。通過這一可選功能的幫助，可以定期對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行管控，起到提前發(fā)現(xiàn)和預(yù)防故障發(fā)生的作用。

圖1　SEMOTION D系統(tǒng)在成型機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控及診斷的結(jié)構(gòu)圖

通過與薩馳在標(biāo)準(zhǔn)化半鋼一次法成型機(jī)上的合作，西門子有了一個將其鏈接制造業(yè)未來的概念（自動化、數(shù)字化和信息化）逐步實(shí)施、完善和實(shí)現(xiàn)的平臺。同時，由于西門子的參與也為客戶創(chuàng)造了新的價(jià)值，為客戶帶來了實(shí)實(shí)在在的回報(bào)。這個就是西門子一貫所堅(jiān)持的“服務(wù)客戶、創(chuàng)造價(jià)值、共贏市場”的核心價(jià)值觀。

(XS-02)

Siemens motion control systems used in Safe-Run tire building machines

TQ330.493

1009-797X(2015)19-0048-02

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.19.014

奚家星（1984-），男，畢業(yè)于中國石油大學(xué)機(jī)電一體化專業(yè)，主要從事OEM的自動化工作。

2014-09-26