PROFIBUS總線在陶瓷成型裝飾布料系統中的應用_s7-200_電機

PROFIBUS總線在陶瓷成型裝飾布料系統中的應用

2009/6/11 11:34:00

摘要 本文介紹了西門子PROFIBUS總線在陶瓷成型裝飾布料系統中的成功應用。重點闡述了陶瓷成型裝飾布料系統的工藝要求、控制要點及解決方案，為陶瓷成型裝飾布料系統的控制提出了一套簡單、精確而又切實可行的控制模式。
關鍵詞 陶瓷成型裝飾布料系統 PROFIBUS現場總線 EM277模塊
　　

Abstract This paper introduces that the PROFIBUS succeed apply to the Ceramic Molding Decorate System .This paper expound the ceramic’s arts demand ,control cruces and solution .at last ,the author supplied a system mode which is simple and accurate and feasible to control the Ceramic Molding Decorate Sys
tem.
Keywords Ceramic molding decorate system PROFIBUS EM277

項目簡介
　　廣東佛山科達機電股份有限公司是一家以研發、制造陶瓷、石材等大型機械及機電一體化裝備，并從事陶瓷、石材整線工程建設的上市公司，是目前國內專業性、配套性最強的建材裝備研發、制造的高科技企業。自從公司1998年研發出國內第一臺大噸位壓磚機開始，如今已發展成從1300噸~7800噸全系列產品。陶瓷成型裝飾布料系統是集機、電、液于一體的高科技專利產品，也是陶瓷墻地磚生產線上的關鍵性設備，在很大程度上決定著生產陶瓷墻地磚的企業的產品核心竟爭力，與公司效益息息相關。因此作為生產廠家，選擇一個高精度、高穩定性的控制系統則變得至關重要。經過幾年的努力，科達機電成型裝飾布料系統已多次更新換代，現今選定以S7-300為主站, S7-200為從站, EM277為兩者通過ROFIBUS總線通訊、OP270為人機界面、以及動力柜和操作柜組成的控制系統。經長期使用，此控制系統簡單、穩定、可靠、控制精度高，正在也將繼續為公司及客戶創造更好的效益。見圖1。

圖1 成型裝飾布料系統

系統的簡要工藝
　　陶瓷墻地磚的生產是以硅酸鹽為主要原料，經過球磨、制粉，通過布料系統按一定的配方將粉料送入壓磚機的模腔中；再由壓磚機根據工藝要求，以一定的壓力將粉料壓制成型，然后進行燒制及后續加工。成型裝飾布料系統是由壓磚機、魔術師布料車、模具組成，是陶瓷墻地磚生產企業的核心設備。壓磚機是將粉料壓制成有一定強度、致密度的磚坯；魔術師布料車是由底板、7個工位、坯墊循環系統組成.首先根據磚坯的表面圖案設計各工位要布的粉料，每個工位主要是由布料擺管、填料料斗、升降氣缸組成的。通過工位將不同的粉料撒布在坯墊上，坯墊是平鋪在底板上,通過前后兩個伺服電機帶動鏈條,再由鏈條上的掛鉤拖動坯墊至下一工位，當檢測到坯墊到位后，升降氣缸下降，布上所需粉料，當所有需要的工位布上粉料后，由伺服電機拖動坯墊至壓磚機，再次檢測坯墊到位后，模具下降，壓磚機開始進行壓制，壓制完成后，鏈條帶動壓制完成的磚坯送到下一道工序，坯墊在磚坯轉運走后，經坯墊循環系統到第一個工位準備下一循環。這樣就完成了整個的成型裝飾布料系統的一個工作循環。

控制系統構成
　　整個系統主要以西門子S7-300 PLC為主站，用OP270作為人機界面，各個工位以S7-200 PLC為從站，擴展一個EM277模塊，通過PROFIBUS總線與主站通訊。由于環境溫度比較高，為了系統更加穩定的運行，在柜內加裝了工業空調。同時使用了多種傳感器來進行檢測，如：壓力傳感器、位移傳感器、PT100、接近開關等。執行元件主要是電磁閥、比例閥、伺服電機、變頻器等。硬件的性能優劣對于一個控制系統來說是至關重要的，對系統的可靠性和穩定性有很大的決定作用，因此在硬件選型上嚴格把關，大部分原件均采用了國際著名品牌的產品，同時整機也通過了CE認證。
　　本控制系統均采用西門子產品。控制系統的硬件具體配置如下：
　　電源模塊PS307
　　6ES7 307-1EA00-0AA0 1個
　　CPU 313C-2DP

      6ES7 313-6CE01-0AB0     1個
　　DI數字量擴展模塊
　　6ES7 321-1BL00-0AA0     1個
　　DO數字量擴展模塊
　　6ES7 322-1BF01-0AA0     3個
　　DO數字量擴展模塊
　　6ES7 322-1BH01-0AA0     1個
　　AI/AO模擬量擴展模塊
　　6ES7 335-7HG01-0AB0     1個
　　OP270 HMI
　　6AV6 542-0CC10-0AX0     1個
　　CPU224
　　6ES7 214-1AD23-0XB0     7個
　　EM277擴展模塊
　　6ES7 277-0AA22-0XA0   7個
　　(見圖2）

圖2 控制系統結構圖

　　由于陶瓷產品的竟爭越來越激烈，提升產品的竟爭力猶為重要。成型裝飾布料系統給客戶提供生產高附加值的仿石材設備。
　　本套系統的選擇，是由成型裝飾布料系統結構決定的。魔術師布料系統是一個多色瓷磚布料系統, 基料需要一個工位, 每一種顏色需要一個工位. 本系統由7個工位組成，整個系統的總長20幾米，可以生產仿石材線條瓷磚. 每個工位都與壓磚機有很多數據交換，同時每個工位又有各自的數字量I/O點要處理。如果用集中控制方式，電氣控制柜與各工位之間的線路非常多，敷設、安裝極其不便。因此決定選擇分散控制方式，用通訊達到總體協調，從而可以大大的精簡線路，減少線路安裝、維護工作量。PROFIBUS現場總線技術則是我們的最佳選擇。每個工位采用S7-200 CPU 進行控制, 可以降低S7-313C CPU的負擔, 提高系統做壓力閉環控制的精度. 各個S7-200 CPU使用EM277連到PROFIBUS網絡上, 通信性能好, 同時編程簡單.
　　PLC的選擇也是經過深思熟慮的，S7-300系列PLC是一個成熟產品，具有很高的穩定性，技術參數符合設備的使用要求，而且在用戶心目中有良好的形象。CPU 313C-2DP集成有多路數字量輸入/輸出、模擬量輸入輸出、溫度檢測和高速計數通道，同時該CPU單元有兩個端口，MPI端口可用于編程或與HMI通訊，DP端口可作為主站的PROFIBUS總線與各工位的EM277和伺服電機控制器的DP端口通訊。這種CPU既符合本設備的使用要求，又可與公司其它產品通用，并且具有很高的性價比，因此最終選擇了CPU 313C-2DP。
　　由于設備中位置控制和壓力控制均要非常穩定和準確，而且對響應速度有很高的要求，因此選擇了SM 335快速模擬量輸入/輸出，其性能優越，用它進行壓力和位置信號的采集，并用來控制高響應的比例閥，以此達到位置和壓力的準確快速控制，使之滿足工藝要求。設備中存在大量電磁閥，選用可帶大負載的晶體管輸出322-1BF01-0AA0模塊，與繼電器輸出相比，提高了模塊的使用壽命和響應速度，而且更具有安全性。

控制系統完成的功能
　　從控制系統結構圖可以看出，主站控制2臺伺服電機控制器和7個從站。人機界面OP270通過MPI總線發送各種工藝參數給主站，通過PROFIBUS總線傳送給每個從站，每個從站的I/O狀態和工藝數據也通過PROFIBUS總線返回給主站，通過MPI總線在人機界面上顯示出來(具體工藝參數見圖3)。

圖3 數據監控

　　魔術師成型系統修改配方的功能十分方便, 只需要在HMI上簡單的設置, 就可以控制布料工位的數量, 布料次數, 填料次數等數據, 這些數據通過PROFIBUS網絡, 實時的傳送到各個工位,客戶隨時都可以方便的修改瓷磚的配方.
　　一個單色布料工位由以下各部分組成: 一個布料頭, 一個布料擋板(控制瓷磚上的仿石材紋路), 一個氣缸控制布料頭的升降, 一個變頻器控制控制布料頭的左右移動, 一個變頻器控制給料的皮帶.
　　單色布料工位部的是面料, 先將面料布好, 然后后在面料的基礎上布上較厚的基料, 最后送到壓機, 壓成一塊磚坯.
　　單個工位的工作流程見圖4。