基于S7-1200的膠帶切割機控制系統(tǒng)設計

潘云忠

蘇州健雄職業(yè)技術學院智能制造學院 江蘇省太倉市 215400

1 引言

當前，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比高、耐磨性好、降噪性好等特點。

目前，車用線束包膠過程多采用人工方式進行，膠帶如經(jīng)人工切割會導致成品率和效率較低。同時由于線束長短粗細不一，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控制伺服電機實現(xiàn)膠帶的可變定長切割，節(jié)省人工的同時，提升了生產(chǎn)效率，線束用膠帶的品質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，所設計的膠帶切割機需要滿足以下要求：

（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）可實現(xiàn)用戶組的管理，至少需要三級用戶管理權限，密碼保護，可實現(xiàn)用戶的添加與刪除；

（4）裝置需提供危險等級Ⅳ級及以上的安全防護類別；

（5）設備操作分為點動操作與自動運行兩種模式，具備切膠帶尺寸配方設置功能；

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

3 控制系統(tǒng)硬件設計

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

圖1 膠帶切割機控制系統(tǒng)結構圖

3.1 硬件選取

根據(jù)現(xiàn)有基礎對控制部分硬件進行選取，主要包含PLC、讀碼器、伺服電機及安全部件。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點輸入/10點輸出；可組態(tài)4組脈沖輸出，輸出脈沖最高頻率可達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伺服驅動器及匹配的伺服電機，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外圍接線圖設計

在PLC外圍接線圖設計中，PLC與伺服控制器的線路連接是膠帶切割機的關鍵所在。三菱MR-JE-10A伺服驅動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，在本項目中選取脈沖+方向的運行控制方式，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)軟件設計

4.1 PLC配置和程序設置

在切割機控制系統(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（可實現(xiàn)100KHz頻率的脈沖輸出），同時激活方向輸出實現(xiàn)方向信號的配置。

（2）在擴展參數(shù)中配置電機每轉脈沖數(shù)（此數(shù)據(jù)應與伺服驅動器中相對應參數(shù)進行匹配，實現(xiàn)精準的每轉脈沖數(shù)控制），并根據(jù)機械情況定義準確，每轉對應的機械位移數(shù)據(jù)；在位置限制中啟用硬限位開關，并配置好硬件上下限位對應的PLC輸入地址，選擇限位動作時是高電平還是低電平。

（3）根據(jù)設置的擴展參數(shù)來設置最大速度以及啟動/停止速度，以及加減速時間，系統(tǒng)可據(jù)此計算出加速度和減速度。

（4）在軸配置的最后一個階段是進行回原點功能的設定，此處選擇主動回原點模式，需要設定元電信號及其動作時電平，此外還可以設置回原點動作開始的運動方向（正向移動或者反向移動）回原點后停下來的位置（在原點正向側或者反向側），最后設置回原點動作過程的運行速度以及遇到原點后的速度。

程序中編寫伺服位置控制命令相關的FB函 數(shù) 塊，集MC_Power、MC_Reset、MC_Home、MC_MoveAbsolute、MC_MoveRelative、MC_MoveJog等運動控制函數(shù)功能。OB1中調取伺服位置控制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人機界面設置

由于讀碼器采用U口通信，因此選用一體機作為人機交互設備，采用博途W(wǎng)inCC作為組態(tài)軟件實現(xiàn)人機交互。

人機交互主要畫面功能介紹：

（1）生產(chǎn)界面畫面：加工數(shù)量設置、運行時間顯示、生產(chǎn)總量顯示以及當前加工產(chǎn)品配方顯示等功能，生產(chǎn)界面畫面如圖4所示；

圖4 人機交互生產(chǎn)界面畫面

（2）點動操作畫面：本畫面主要實現(xiàn)設備的調試功能，包含伺服、裁切電機、輔助氣缸、伺服移動距離速度以及補償量的設置工作，點動操作畫面如圖5所示。

圖5 人機交互點動操作畫面

5 結語

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