摘要：本文通过介绍高速散热带成型机的电气控制系统，展示了西门子SIMATIC T-CPU在实现多轴复杂运动控制中的一些特点和优势，并介绍了研发过程中的一些体会。
关键词：SIMATIC T-CPU，DP（DRIVE），SINAMICS S120，伺服驱动器，散热带成型机，同步控制，运动控制，金属成型机
一、项目概述
散热带是空调行业中，最重要也是用得最多的零部件之一，它对散热器和冷凝器的温控效果，起到非常重要的作用。由于散热带成型技术的工艺复杂性，而且空调行业对它的需求量又很大，所以它的制造工艺往往很难用简单的机械设备来实现。传统工艺制造方法是：通过机械的齿轮传动，加上简单的伺服控制。传统工艺制造的技术弱点是：工艺参数修改困难，而且控制精度较差。
此次，我们研制的这套散热带成型机设备，电气控制部分采用了西门子SIMATIC CPU315T-2DP对系统的各个传动轴进行精确的运动控制，不仅可以有效地提高传动轴的定位精度，同时能够在整个系统运行过程中实时修改工艺参数，很好地克服了传统设备中的技术弱点。
二、控制系统构成
图一
散热带成型机是一套典型的运动控制系统，它的原料是一盘被卷成盘状的散热带（见图一），而它的成品是一根根有着同样长度和一定高度的锯齿型散热带（见图二）。
图二
这个机床共由六根轴构成（见图三），对轴的各种操作和工艺参数，均是通过西门子的人机界面（HMI）来设定。系统的第一根轴是速度轴，通过变频器实现速度控制，其作用是将机床的原料--盘状的散热带按照系统设定的运行速度快速放出。系统的第二根轴经过齿轮箱和成型刀具相连，虽然它也是由变频器控制，但它却是机床的主轴，因为在它的轴端安装了作为整个系统主动轴的增量式编码器。第三根轴是一根从动轴，它的位置介于第一根轴和第二根轴之间起到一种阻尼和缓冲的作用。在传统的工艺中，这根轴被磁粉制动器所代替，但由于磁粉制动器的磁粉随着时间的推移被磁化，产品的质量得不到充分保证。现在我们将这根轴和主轴进行电子齿轮比的相对同步控制，使它和主轴形成一个微小的速差以产生一定的张力，这样既克服了磁粉制动器的缺点，同时也消除了由于原料不平整等因素引起的制造误差。
散热带经过了成型刀具成型之后，形成松散的锯齿状。但是，成品散热带的锯齿状是很紧密的，并且，散热带成锯齿状后有较强的弹性，不容易形成最终的形状。因此，第四、第五、第六根轴，要对整根散热带子进行多级整形调整。由于机床运行过程中，散热带的移动速度很快，要达到每秒三米，所以系统控制的一个难点是：各整形轴之间要配合得恰到好处，且不能产生累积误差。在这里我们使用了SIMATIC T-CPU所提供的绝对电子齿轮比作精确地同步功能，使得第四、第五、第六根轴和主轴末端的编码器实现位置同步，很好地解决了这一难题。
系统控制中的另一个难点是：在散热带的快速移动中切出长短一致的带子。对机床第六根轴的控制中，我们使用了SIMATIC T-CPU的电子齿轮比同步中的OUTPUT CAM功能，使第六根轴到达规定位置后能迅速发出信号，触发刀具切断带子。
整个机床的六根轴，通过PROFIBUS-DP（DRIVER）通讯口的等时同步通讯模式进行联接，极大地提高了系统的一致性、稳定性和快速性。
图三
三、控制系统完成的功能
整个控制系统的核心部件，我们选择了西门子的SIMATIC CPU315T-2DP。它是西门子家族中一款性价比较高的，集成了西门子SIMOTION运动控制器和SIMATIC 逻辑控制器于一体的新一代S7-300 PLC自动化控制产品。这两大著名的西门子控制器内核之间的通讯，是由SIMATIC T-CPU的内部硬件来保证，勿需要用户额外编制通讯程序，实现了复杂的逻辑控制器和高级的运动控制器之间的无缝连接，节省了用户的开发成本，大大缩短了系统的编程、调试时间。
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点通
