上棒機械手控制系統的開發與應用

羅軍

摘要：介紹了上棒機械手自動控制系統的硬件配置、軟件的開發及應用情況。此系統已投入使用，性能穩定，控制準確，取得了明顯的效益。

關鍵詞：機械手;軟件;開發;應用

鋁棒是擠壓生產中必不可少的原料，向擠壓機運送鋁棒的快慢直接影響著型材的產量。忠旺集團下轄各擠壓分廠為了提高產量，逐漸將之前老舊的電葫蘆吊棒設備替換成上棒機械手，于2017-2018年投入近20臺機械手，減少了人工成本，也同時提高的安全性和可操作性，上棒機械手，自動化程度高，對于提高鋁型材的產量和質量，有十分重要的意義。

當前可編程控制器（PLC）是專為工業環境下應用而設計的工業控制計算機，已經成為電氣控制系統中應用最為廣泛的核心裝置，它不僅能實現復雜的邏輯控制，還能完成各種順序或定時的閉環控制功能，并且抗干擾能力強、可靠性高、穩定性好、體積小，能在惡劣環境下長時間、不間斷運行，且編程簡單，維護方便，并配有各類通訊接口與模塊處理，可方便各級連接。

一、上棒機械手自控系統概述

首先操作工需用行吊將棒框按指定位置放置在上棒機械手料車上，料車將棒框運至上棒位停止，然后選擇上棒控制模式，最后啟動設備，實現往棒爐料臺上上棒的整個過程。

設備具備手動、半自動、自動三種控制模式，并具備設備故障診斷報警功能。

根據用戶和工藝設計的要求，上棒機械手系統分為三個部分，人機界面、PLC.分布式I/O，SIEMENS KTP700 Basic PN作為主要的人機界面（Human-Machine Interface），對設備監控、生產操作管理等，主要面向操作人員;SIEMENS S7-1500系列PLC構成，為基礎測控級，完成生產現場的數據采集及過程控制等，面向生產過程。

面向生產操作人員，由1套HMI，監控生產情況。在HMI的監控畫面上顯示各種設備的工況參數，并通過HMI來對生產過程進行控制調節。根據生產情況可選擇手動、半自動、全自動工作模式。當生產中出現異常時，在HMI上顯示報警信息。

面向生產過程，由過程控制器以及現場智能I/O處理器、各種模板構成，為基礎測控級。完成生產現場壓力、溫度、流量的采集和處理，對生產過程進行控制。

自動控制系統通過對料車，橫向車，豎向車，還有液壓系統控制的鉗口的自動控制，實現鋁棒的加料、行走、卸料的自動化。

橫向車是由變頻器控制下的變頻電機，通過CPI的調節，達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，同樣是通過CPI的調節，達到加速減速精準的位置控制要求。

鉗口則是通過液壓系統控制的液壓馬達，帶動絲杠來實現抓取和放料。

二、系統硬件選型及特點

為了滿足上面提到的上棒的監控系統的控制要求，我們采用德國西門子公司SIEMENSS7-1500系列CPU，通過PROFINET將分布式FO設備同控制器CPU相連，通過PROFINE7同分布式I/O設備交換數據。分布式FO設備收集現場傳感器和執行器數據，以便能夠傳輸到控制器CPU。

1.CPU模塊：帶顯示屏的CPU;工作存儲器可存儲150KB代碼和1MB數據;位指令執行時間60ns;4級保護，集成的工藝功能：運動控制，閉環控制，計數與測量;集成的跟蹤功能;PROFINET IO控制器，支持RT/IRT，2個端口，支持MRP，傳輸協議TCP/IP，S7通信，Web服務器，恒定總線循環時間，路由功能。

2.分布式擴展I/O：現場為IM155-5分布式IO，適應實時工業控制、遠程監控、數據采集的要求。包括遠程擴展模塊，16點24V DC開關量輸入，16點24V DC開關量輸出，2通道編碼器模塊。

3.遠程接口模塊：IM155用于與PRO-FINET IO現場總線的連接。

4.電源模塊：10A電源，輸入AC85-264V，輸出DC24V。

本系統選用的硬件產品及系統：

控制系統共有輸入、輸出信號近200點，其中包括開關量輸入/輸出信號、編碼器信號

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.開關量輸入模塊6ES7 521-1BH10-OAAO 4塊

5.開關量輸出模塊 6ES7522-1BH10-OAAO 2塊

6.編碼器模塊 6ES7551-1AB00-OABO 1塊

三、軟件開發及系統功能

本項目的軟件開發采用西門子自動化與驅動集團功能強大的編程軟件TIAV13

在本項目的HMI中包括如下的功能：

數據采集及處理

參數顯示（液壓站溫度高低，剩余棒的數量與位置，機械手當前狀態限位等）

控制系統及生產設備運行狀態顯示（電機運行、閥開/關）

報警和事件列表

四、結論

本文闡述了基于SIEMENS S7-1500系列PLC的上棒機械手系統的設計與實現。本控制系統是由遼寧忠旺制造有限公司設計制作，己在遼寧忠旺各擠壓分廠生產線上得到實際使用，為企業帶來了可觀的經濟效益和良好的社會效益。在該系統中PLC控制充分發揮了其配置靈活、控制可靠、編程方便和可現場調試的優點，給整個系統的穩定性帶來較大的益處。