西门子SIMATIC T-CPU运动控制器在钢结构数控钻床中的应用

一、项目简介

1. 法因数控公司是一家高新技术企业，主要生产钢结构、铁塔、化工等行业的数控加工设备，并在行业内取得了非常大的成就，占领了国内大部分市场份额，机床设备远销14个国家。

2. 钢结构、桥梁中H型、C型钢上在施工中要通过联接板与其它型材进行联接、固定。传统的加工方式是人工在工件上划好线，然后用摇臂钻床钻孔，即费时费力，精度又不高。三维数控钻床实现了定长送料，送料到位后，三个钻削动力头分别从两侧及上方对H型、C型钢进行钻孔。大大提高了送料精度与联接板孔群的精度，提高了加工效率，使传统的手工加工行业发生了巨大变革，向高效、高精度的数控加工方面发展。

3. 机床简要工艺介绍:首先，是用吊装工具将H型钢搬动到料道上，工件从几米到18米不等，数控送料装置的夹钳将料头紧住，然后沿着辊道方向按编程尺寸自动送进、定位，外观图如（图一）所示。送料定位完成后，开始工作，主机外观图如（图二）所示。主机在左、右、上方向上有3个钻削动力头（液控行程），每个钻削动力头由2个伺服电机轴控制，可在一平面内沿X、Y方向上定位。

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（图一）送料料道与主机

（图二）电气柜与主机

4. 主机将工件夹紧后，料宽、料高检测启动，将检测数据进行比较处理后得出工件变形量，分别补偿到各伺服轴的定位值里，钻削动力头对应的伺服轴定位完成后，钻削动力头伸出，开始钻孔，钻孔完成后自动退回，钻削动力头对应的伺服轴定又开始定位，往复循环，直至将孔群内的孔加工完成。一次送料完成，即将工件送到一个加工工位，三个钻削动力头定位钻孔互不影响，等到3个三个钻削动力头将所对应的孔群的孔都加工完成后，才开始下一步送料，一直将工件加工完成为止。

二、控制系统构成

1. SIMATIC CPU315T-2DP有两个通讯口，其中一个是Profibus DP（DRIVE）口，专门用来连接驱动器工艺组件，通讯速度最高可达12M bits/sec，DP通讯采用的是Profibus DP ISOCHRONE MODE（等时同步）模式。ISOCHRONE MODE是PROFIBUS DP 通讯的新技术，它可以使PROFIBUS DP 的总线通讯周期时间保持恒定，从而可以大大提高通讯的稳定性, 提高传动控制系统的稳定性和精度。用于完成运动控制工艺任务的模块IM174和ET200均连在Profibus DP（DRIVE）口下，以满足运动控制工艺的要求。另外一个通讯口是标准的MPI/DP口，速度可达12M bits/sec。用于连接到上位机PC、HMI和其他标准的DP 从站。用户可以通过MPI/DP通讯口，连接标准的ET200进行SIMATIC S7-300 PLC功能的扩展。组成控制系统方案，非常便利。

2. 本机床总共有7个定位轴，全部是点位控制，伺服驱动器及电机采用的是安川（YASKAWA）∑－Ⅱ系列。在选用定位模块时，首先考虑到定位模块FM354、FM357-2，功能强大但成本较高。并且，定位模板的程序编制工作量大，使用、调试的工作难度也很大。而一块IM174模块有4个定位通道，7个轴采用2块IM174就够了，多余的一个通道可以做为数字轴，用以检测送料小车的夹钳臂的高度。由于IM174 模板可以非常方便地与SIMATIC T-CPU连接使用，所以采用了315T-2DP CPU连接IM174的控制方案, 它们之间通过SIMATIC T-CPU的DP (DRIVE) 通讯口连接，通过总线形式连接伺服驱动器（YASKAWA），组成运动控制组件的网络拓扑结构。从技术指标上可以看出，SIMATIC T-CPU集成了传统S7－300 PLC的优秀特点和强大功能，同时集成了大量运动控制相关的工艺对象功能，例如：凸轮开关，凸轮盘，电子齿轮，测量输入，印刷位置纠偏功能，位置控制，同步控制，等等。在运动控制对象上，各种品牌的变频器，均可以非常方便地与SIMATIC T-CPU 相连,通过ET200进行运动控制功能扩展，例如：硬件限位开关，找寻原点信号，凸轮开关，等等。同时，所有SIMATIC S7-300 PLC系列的AI/AO,DI/DO,CP,FM模板，均可以自由应用。

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