基于Simodrive 611U的鋼坯鋸切系統

夏 定

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基于Simodrive 611U的鋼坯鋸切系統

夏 定

（衡陽華菱鋼管有限公司，湖南衡陽 421001）

伺服控制系統在對定位要求較高的領域得到廣泛的應用。本文通過對以西門子Simodrive 611U為基礎構成的圓鑄鋼坯鋸切系統的介紹，分析了系統的測長定位和鋸切工藝，以及611U通用型伺服控制系統的硬件組態和通信報文的設定。為生產和設備管理提供了幫助。

S7-300；611U；Profibus-DP；鋸機

為實現圓鑄鋼坯的分段鋸切任務，衡鋼從奧地利整體引進了三套鋼坯鋸切設備。主要作業任務是將長度為8～10m的長鋼坯，鋸切成1.8～4.6m一段的短坯。操作人員只需在人機界面輸入鋸切長度和要將鋼坯鋸切成的段數，即可實現全自動鋸切。系統主要依托西門子Simodrive 611U伺服控制系統，驅動測長喂料小車和鋸機進給兩根軸，實現精確的位置控制。

1 測長工藝流程

測長控制部分以測長喂料小車為基礎。測長喂料小車通過驅動伺服電機實現從鋼坯準確長度處夾持，并將鋼坯夾持處運送至鋸切工位鋸切。測長喂料小車以鋸切位置為坐標0點。以往測長喂料小車延伸方向為位置正坐標，實現位置精準定位。在小車4710mm位置設置了校準基位的光電開關，用于每個周期的位置校驗，從而保證周期內位置無偏差。其測長系統如圖1所示。

第一刀夾持位置為

=act+1

第二刀夾持位置為從0點后退的鋸切長度，即

=1

式中，act為測長喂料小車檢測到鋼坯邊沿的實際位置值；1為待切成的鋼坯長度。

2 鋸切工藝流程

鋸機進給以鋼坯運輸輥道中心為坐標0點。基位在760mm的位置，每次鋸切完成鋸機回到基位。鋸機的切斷點是410mm位置，鋸機鋸切到410位置保證鋼坯已完全切斷。在鋼坯被測長喂料小車運送到位的情況下，鋸機有個等待位，在698mm位置。這樣可以在鋸機本體的夾緊單元沒有夾緊的情況下，鋸機先走等待位，待夾緊單元夾緊后再運行410位置鋸切，以節省時間，提高鋸切效率。其示意圖如圖2所示。

3 控制系統的硬件構成

整個系統以西門子S7-300為核心。通過Profibus- DP總線，掛有3個遠程IO站，兩個人機界面PP17和OP17，一臺西門子6SE70的變頻器和兩個611U伺服控制板。3個遠程IO站分別分布在鋸機入口、鋸機本體和液壓站。PP17面板用作主操作臺開關選擇信號的輸入。OP17用作工藝參數的輸入和讀取。西門子6SE70變頻器用于驅動鋸機主電機帶動鋸片旋轉以鋸切鋼坯。兩個611U控制板分別用于控制測長喂料小車精確定位和鋸機本體的進給運行。另外，Cimplicity監控畫面系統通過Applicom卡連接至PLC，用于人機軟件讀取PLC數據。系統硬件組態如圖3所示。

圖3　系統的硬件組態

4 通過611U的位置控制

4.1 硬件組態

在總線上掛上611U控制板通信卡6SN1114的GSD文件。組態網絡數據的報文結構為PKW區域4個字，PZD區域發送為7個字，接受為10個字。這些報文數據通過SFC14/15循環在PLC和驅動611U之間發送/接受。

4.2 611U參數的設定

參數P700=3，選擇定位方式，驅動根據選擇的程序段運行。P922=0，定義為總線報文自由構成。P918=15，總線地址的設定。設置P915，對發送報文進行定義。設置P916，對接收報文進行定義。通過P915和P916的設定，將發送接收報文的構成定義為見表1的結構。

表1　網絡數據PZD區域的構成

4.3 運行程序段

利用“SimoCom U”工具軟件設定相關的運行程序段，一個程序段由程序段號、位置、速度、加速度修調、減速度修調、指令、指令修調和方式組成，分別存放在P80至P87中?？赏ㄟ^程序修改參數，從而修改運行程序段中位置、速度等需要調節的參數，達到控制目的。驅動運行時，只需給出運行程序段的編號，并將定位控制字的第六位置1，即可現實驅動按選擇的運行程序段所設定的曲線運行。611U系統最多可設置64個運行程序段。

4.4 通過報文PKW區域讀寫參數

PKW區域由參數ID（PKE），子位標（IND）和參數值（PWE）組成。其讀/寫參數作業由AK設定，參數號由PNU設定，子參數號由IND設定，具體參數值放在PWE中。其中AK的作業任務號，發送時6為讀參數，8為修改參數。接受時5傳送參數值，7為作業不能被執行。其詳細構成見表2。

表2　網絡數據PKW區域的構成

5 相關程序的編寫

5.1 定位的實現

根據報文的組態設定。報文的前4個字為PKW區域。程序利用PKW區域修改驅動的相關控制參數。發送報文的第5個字為定位控制字。程序中需對控制字的諸如使能、急停等控制位進行設置。發送報文的第6個字為運行程序段的選擇。當系統工作于定位方式時，驅動將按選擇的運行程序段設定好的線路運行。

測長喂料小車通常需要走4個位置，分別為基位、送鋼坯到鋸切點的位置、切第一刀的夾持位置和切多刀的夾持位置。程序通過4個運行程序段實現對走4個位置的控制，分別編號0至3?；缓退弯撆髦龄徢泄の坏奈恢梅謩e固定為4710和0，不需要調節。切第一刀的夾持位置和切多刀的夾持位置，需要根據工藝設定的鋸切長度進行調整。調整利用報文的PKW區域，對相關參數的修改現實。如對運行程序段2的位置值進行更改。先將81傳給PNU部分，將2傳給IND部分，將需調整的位置值傳給PWE部分，最后將8傳給AK部分即可。通過這一系列操作現實修改P81.02的值為預置值的任務。如果從驅動返回的作業號為5，就說明參數修改成功。待運行程序段的相關參數調整成功后，將需運行的運行程序段的編號傳給發送報文的PZD2，即SatzAnw，再將定位控制字的第6位置1即可啟動移動作業。

5.2 鋸切刀數的確定

通過OP17面板輸入鋼坯的鋸切長度和要鋸切成的段數等參數。測長喂料小車每次走基位即將面板輸入的段數傳遞給計數器。而鋸機每切完一刀將計數值減1。當測長喂料小車將鋼坯運送至鋸切點時比較計數值是否為1。如果不為1，測長喂料小車就再運行至切多刀的夾持位置，繼續執行夾持喂料任務；如果為1，就說明已經是最后一刀，那么測長喂料小車運行至基位等待下一根鋼坯。

6 結論

衡鋼3臺坯鋸自投產以來，由于整個系統界面友好、操作簡易等特性以及611U系統穩定的性能，所以較好地完成了生產任務。鋼坯鋸切的長度誤差控制在5mm以內，較好地滿足了工藝要求。

[1] 郭立偉. simodrive[Z]. 西門子, 2005.

[2] 夏加寬, 姜昊馳, 于爽. 基于旋轉變壓器的多極電動機轉子位置檢測系統設計[J]. 電氣技術, 2016, 17(1): 11-15.

[3] 王旅. 異步電動機堵轉保護整定探討[J]. 電氣技術, 2016, 17(9): 129-131.

[4] 李昆鵬, 萬健如, 朱琳. 永磁同步電機瞬時功率預測控制[J]. 電工技術學報, 2015, 30(1): 38-44.

[5] 王永興, 溫旭輝, 趙峰. 六相永磁同步電機缺相容錯控制[J]. 電工技術學報, 2015, 30(5): 49-58.

Billet Sawing System based on Simodrive 611U

Xia Ding

(Hengyang Valin Steel Tube Co., Ltd, Hengyang, Hu’nan 421001)

Servo control system is widely used in the field of high positioning requirements. Based on the Siemens Simodrive 611U as the basis of the round billet sawing system. Analysis of the length of the system positioning and sawing process, as well as the 611U general servo control system hardware configuration and communication message settings. In order to provide assistance for production and equipment management.

S7-300; 611U; Profibus-DP; saw

夏 定（1982-），男，湖南省益陽市人，工程師，主要研究方向為自動化控制。