本發(fā)明涉及一種基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的PLC控制系統(tǒng)，適用于機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

可編程控制器PLC提高了控制系統(tǒng)的可靠性、增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力，觸摸屏則為整個(gè)控制系統(tǒng)提供了良好的人機(jī)操作界面，加上伺服控制所具有的控制精度使它們?cè)絹?lái)越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的PLC控制系統(tǒng)，基于PLC和觸摸屏的壓裝機(jī)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、緊湊，提高了控制程序和人機(jī)界面的靈活性。由觸摸屏作為顯示終端，可隨時(shí)將設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)及故障信息用圖形和漢字直觀顯示，便于操作人員掌握設(shè)備狀態(tài)，快速處理故障。同時(shí)，由于省去了大量的現(xiàn)場(chǎng)按鈕、指示燈等易損器件，使連線簡(jiǎn)化，系統(tǒng)的可靠性大大提高、運(yùn)行成本大大降低。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：所述控制系統(tǒng)主要由觸摸屏、可編程控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、液壓站等構(gòu)成。

所述控制系統(tǒng)主要通過(guò)PLC程序來(lái)控制伺服電機(jī)、油缸的壓力以及油缸的運(yùn)動(dòng)位移以達(dá)到控制壓件質(zhì)量；同時(shí)根據(jù)要求實(shí)現(xiàn)更換壓頭以達(dá)到壓裝要求。觸摸屏作為人機(jī)界面可以進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控等。可編程控制器PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它存儲(chǔ)工藝參數(shù)并通過(guò)一定的控制算法控制伺服驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)的動(dòng)作順序。伺服驅(qū)動(dòng)器將PLC給定的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換、放大驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)工作，伺服電機(jī)作為執(zhí)行單元通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)完成壓裝軸和換頭軸動(dòng)作要求，再通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器將伺服電機(jī)的狀態(tài)信號(hào)反饋給PLC以便控制下一步動(dòng)作。

所述采用SIEMENS公司的PS30710A電源模塊。PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，采用S7-300系列的主控模塊CPU314-2DP。根據(jù)系統(tǒng)控制要求及操作流程，為保證系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)的需要并留出空間，選擇3塊16個(gè)點(diǎn)輸入模塊(SM321：DIl6×DC24V)和3塊8個(gè)點(diǎn)輸出模塊(SM322:1)08×DC24V)擴(kuò)展模塊。觸摸屏采用SIEMENS公司的OP177BmonoDP觸摸屏。伺服采用SIEMENS公司的611U伺服驅(qū)動(dòng)和伺服電機(jī)。觸摸屏通過(guò)PLC的MPI口實(shí)現(xiàn)通訊，611U與PLC的通訊是通過(guò)DP口實(shí)現(xiàn)的。

所述閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、增量編碼器、伺服制動(dòng)器組成。伺服電機(jī)是運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行單元，負(fù)責(zé)動(dòng)力輸出。系統(tǒng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器接受主控機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)完成運(yùn)動(dòng)功能。整個(gè)系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、運(yùn)行平穩(wěn)、定位精度高的特點(diǎn)。

SIMODRIVE611u伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)能滿足系統(tǒng)的控制要求即壓裝軸和換頭軸都受控制，都能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)，且在分別歸零后能按要求轉(zhuǎn)動(dòng)不同的角度，要有準(zhǔn)確的定位及有閉環(huán)位置控制和速度控制。

所述控制系統(tǒng)的編程采用SIIVIATICManager專業(yè)軟件包。它基于PC機(jī)，適用于SIEMENS公司S7-300/400PLC用戶程序的編制和監(jiān)控，通過(guò)USB接口與PLC編程口相連，其編程語(yǔ)言是STEP7，STEP7支持LAD(梯形圖)、STL(語(yǔ)句表)、FBD(功能圖)編程方式。系統(tǒng)采用程序塊的形式管理用戶編寫(xiě)的程序，使得程序結(jié)構(gòu)明確、清晰且更具S7-300PLC程序編寫(xiě)特點(diǎn)，滿足整個(gè)壓裝機(jī)的控制邏輯和控制功能要求。

所述系統(tǒng)的控制程序主要由1個(gè)組織塊(OBl)、9個(gè)FC塊(FCl-FC8、FCl05)、3個(gè)數(shù)據(jù)塊(DB3、DB4、DB9)、2個(gè)系統(tǒng)功能(SFCl4、SFCl5)組成。

所述控制系統(tǒng)使用了一臺(tái)SIMATICHMIOP177BnlonoDP觸摸屏，5.7英寸液晶顯示。它結(jié)構(gòu)小巧，可方便靈活地設(shè)定控制參數(shù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理。OP177BmonoDP觸摸屏使用西門(mén)子WinCCflexible組態(tài)軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，通過(guò)WinCCflexible提供的多種控制器件庫(kù)、圖形控件、功能控件，可以組態(tài)出各種動(dòng)態(tài)功能和控制功能，以及實(shí)現(xiàn)故障的可視化，并且能夠讀取PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)，顯示現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)壓裝機(jī)控制系統(tǒng)的控制和操作要求，并考慮OP177BmonoDP的存儲(chǔ)容量和屏幕尺寸，在觸摸屏系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了人機(jī)界面。

本發(fā)明的有益效果是：該控制系統(tǒng)基于PLC和觸摸屏的壓裝機(jī)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、緊湊，提高了控制程序和人機(jī)界面的靈活性。由觸摸屏作為顯示終端，可隨時(shí)將設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)及故障信息用圖形和漢字直觀顯示，便于操作人員掌握設(shè)備狀態(tài)，快速處理故障。同時(shí)，由于省去了大量的現(xiàn)場(chǎng)按鈕、指示燈等易損器件，使連線簡(jiǎn)化，系統(tǒng)的可靠性大大提高、運(yùn)行成本大大降低。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)配置框圖。

圖2是本發(fā)明的伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)接線圖。

圖3是本發(fā)明的自動(dòng)方式程序流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1，系統(tǒng)主要由觸摸屏、可編程控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、液壓站等構(gòu)成。

控制系統(tǒng)主要通過(guò)PLC程序來(lái)控制伺服電機(jī)、油缸的壓力以及油缸的運(yùn)動(dòng)位移以達(dá)到控制壓件質(zhì)量；同時(shí)根據(jù)要求實(shí)現(xiàn)更換壓頭以達(dá)到壓裝要求。觸摸屏作為人機(jī)界面可以進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控等?？删幊炭刂破鱌LC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它存儲(chǔ)工藝參數(shù)并通過(guò)一定的控制算法控制伺服驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)的動(dòng)作順序。伺服驅(qū)動(dòng)器將PLC給定的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換、放大驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)工作，伺服電機(jī)作為執(zhí)行單元通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)完成壓裝軸和換頭軸動(dòng)作要求，再通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器將伺服電機(jī)的狀態(tài)信號(hào)反饋給PLC以便控制下一步動(dòng)作。

采用SIEMENS公司的PS30710A電源模塊。PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，采用S7-300系列的主控模塊CPU314-2DP。根據(jù)系統(tǒng)控制要求及操作流程，為保證系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)的需要并留出空間，選擇3塊16個(gè)點(diǎn)輸入模塊(SM321：DIl6×DC24V)和3塊8個(gè)點(diǎn)輸出模塊(SM322:1)08×DC24V)擴(kuò)展模塊。觸摸屏采用SIEMENS公司的OP177BmonoDP觸摸屏。伺服采用SIEMENS公司的611U伺服驅(qū)動(dòng)和伺服電機(jī)。觸摸屏通過(guò)PLC的MPI口實(shí)現(xiàn)通訊，611U與PLC的通訊是通過(guò)DP口實(shí)現(xiàn)的。

如圖2，閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、增量編碼器、伺服制動(dòng)器組成。伺服電機(jī)是運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行單元，負(fù)責(zé)動(dòng)力輸出。系統(tǒng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器接受主控機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)完成運(yùn)動(dòng)功能。整個(gè)系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、運(yùn)行平穩(wěn)、定位精度高的特點(diǎn)。

SIMODRIVE611u伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)能滿足系統(tǒng)的控制要求即壓裝軸和換頭軸都受控制，都能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)，且在分別歸零后能按要求轉(zhuǎn)動(dòng)不同的角度，要有準(zhǔn)確的定位及有閉環(huán)位置控制和速度控制。

如圖3，控制系統(tǒng)的編程采用SIIVIATICManager專業(yè)軟件包。它基于PC機(jī)，適用于SIEMENS公司S7-300/400PLC用戶程序的編制和監(jiān)控，通過(guò)USB接口與PLC編程口相連，其編程語(yǔ)言是STEP7，STEP7支持LAD(梯形圖)、STL(語(yǔ)句表)、FBD(功能圖)編程方式。系統(tǒng)采用程序塊的形式管理用戶編寫(xiě)的程序，使得程序結(jié)構(gòu)明確、清晰且更具S7-300PLC程序編寫(xiě)特點(diǎn)，滿足整個(gè)壓裝機(jī)的控制邏輯和控制功能要求。

系統(tǒng)的控制程序主要由1個(gè)組織塊(OBl)、9個(gè)FC塊(FCl-FC8、FCl05)、3個(gè)數(shù)據(jù)塊(DB3、DB4、DB9)、2個(gè)系統(tǒng)功能(SFCl4、SFCl5)組成。

控制系統(tǒng)使用了一臺(tái)SIMATICHMIOP177BnlonoDP觸摸屏，5.7英寸液晶顯示。它結(jié)構(gòu)小巧，可方便靈活地設(shè)定控制參數(shù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理。OP177BmonoDP觸摸屏使用西門(mén)子WinCCflexible組態(tài)軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，通過(guò)WinCCflexible提供的多種控制器件庫(kù)、圖形控件、功能控件，可以組態(tài)出各種動(dòng)態(tài)功能和控制功能，以及實(shí)現(xiàn)故障的可視化，并且能夠讀取PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)，顯示現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)壓裝機(jī)控制系統(tǒng)的控制和操作要求，并考慮OP177BmonoDP的存儲(chǔ)容量和屏幕尺寸，在觸摸屏系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了人機(jī)界面。