济宁西门子代理商

一、改造原因：

现用设备是由德国HAGGLUNDS DRIVES公司于93年底安装交付的，控制主机采用的是西门子代PLC产品S5-95U。控制机由双PLC构成，CPU和I/O模板均为冗余配置。控制机是双机一用一备，手动热备切换。由于S5产品正逐步退出市场，模块备件供应周期很长，保障性差，某些部件甚至有价无市。，三台设备的PLC都已经配置不完整，只能单机维持运行。为了保证设备满足稳定生产的需要，决定将S5升级到S7。

二、原S5系统的构成：

控制主机采用的是西门子S5-95U，人机界面为DAA型ITT288-240S智能信息显示器。ITT信息显示器配带有操作按键和通讯口。可实现设备各种状态信息和报警的显示及确认，以及相关工作参数的设置和操作指令的下发。因设备超期服役，人机界面现已经失效。虽然人机界面失效不会导致全系统停机，但系统只能默认在某一模式下工作，且无法在必要时候获取系统的状态和报警信息。柜内器件，除了PLC配置不完整外，其余器件状态尚可。系统所用压力，转速，温度及液位传感器的状态不明。由于人机界面失效，状态无法显示，而且设备一直在运行，无法检测，故系统所有传感器状态不明。器件勉强能维持工作，精度较差。

三、改造方案：

为恢复控制设备的可维护性、兼容性和可扩展能力，消除设备这些方面的不稳定对正常生产的影响和隐患，需要对现有控制系统进行改造升级。

经业主同意，对原有控制柜进行整体升级替换。一方面是全新更换性能，同时为保证施工质量和进度；另一方面是原有柜体和低压器件已经没有保留的价值，在原柜体内改造，施工工期没有保障；其三整体替换费用没有增加。设备更新以控制柜端子为界，柜外保留不变，柜内全部更新。新设备的功能不变，工艺原理和操作习惯立足原有规范，并根据积累的经验进行更新设计升级。

PLC：根据设备的工艺性能要求，PLC采用西门子经济型产品S7-200。取消双PLC的运行模式。采用单PLC模式，辅以备件，保证系统在意外之时能快速恢复工作。

HMI：人机界面采用带按键的触摸屏。除保留系统原有功能，提供更完备的信息提示和反馈，更方便的操作。界面全部中文化。

原系统没有独立于PLC的纯手动功能。从而系统失去了在PLC失效状态下，由操作人员进行独立处置的灵活性。因此，在新的控制系统中，增设一套纯手动功能，手动逻辑与PLC无关。在手动模式下，只有液压主泵的启停和液压机构的换向操作可以由操作人员根据需要强制进行，没有其他安全连锁条件。其他部分比如提升机构，液压油温等不提供手动功能。

增设一旁路信号。用途是在特殊情况下，操作人员可以根据需要，在保证安全的情况下，人为地给其他系统一个允许开机的连锁信号。也就是在全系统的开机连锁逻辑中将炉渣破碎机的状态旁路掉。临时满足维持全系统的正常运行。

四、效果反馈：

控制系统S5升级改造工程于2007完工至今，设备状态及性能稳定正常，各项功能指标均达到用户的工艺要求

2.压铸机的主要工作原理是压铸成型。在高压的作用下，使液态或半液态的金属，以较高的速度填充压铸型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。系统有2组比例阀：比例压力和比例流量，用来控制机器的液压动作，如动芯一入、动芯二入、静芯入、动芯一出、动芯二出、静芯出、开模、合模、顶针进、顶针退；压射动作分3步：慢压射、快压射和增压射，由3个独立的步进电机调节油泵的开口；辅机由喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手组成，动作速度由画面设定，由相应的变频器控制输出。

3.项目当中使用的西门子自动化产品的型号、数量、类型、何种控制对象

4.照片

新瑞SR150型压铸机

二、控制系统构成

1.硬件配置、系统结构及选择依据

系统由HMI和S7-300型PLC构成。因为有位置、压力、速度等曲线需要显示，所以选择了OP27010。显示效果比较好，有操作按键，容易维护；由于需要3路PWM输出控制步进电机，所以选择了CPU313C，几乎全部利用该CPU的数字量输入输出及模拟量输入输出，性价比非常好；另外，由于压射过程非常快，通常为10-50m/s，有时甚至可以达到100m/s以上。系统需要高速采集大量的数据进行显示、分析和比较，因此选择了SM335模块，它的模拟量输入输出速度快、精度高，还可以产生硬件中断。

2.附加系统的硬件配置图，网络结构图，应用中的监视画面。

辅机系统主要是由3个机械手构成：喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手。他们根据压铸机的动作循环，在相应的位置进行动作。

3.多种可选方案的比较：由于有3个步进电机需要控制，在选择方案时考虑过用CPU313C加3个FM353模块，该模块是1轴步进电机定位模块，高脉冲频率可达200KHz，但此方案成本太高；考虑到本机器对脉冲频率要求不高，CPU313C模块中集成的3路PWM输出脉冲频率可达2.5KHz，已经完全可以满足系统的要求。因此只用1个CPU313C就完成控制要求，性价比很完美！

三、控制系统完成的功能

1.整个控制系统可以分为人机界面显示部分和PLC控制部分。其中PLC控制系统可以分为以下几个部分：压铸机动作顺序控制、压射曲线显示、PWM输出控制和机械手控制。压铸机的动作控制如开模合模，是根据不同的位置送出不同的压力和流量，通常合模分4级，开模分3级。考虑到液压动作的平滑，本系统加了软件斜率，在每个动作的开始、切换和结束时都要通过斜率平滑过渡，使动作很流畅而且声音很小。在机器的使用过程中模具的调整很麻烦，自动调模功能自动完成的繁琐的调节过程，简化操作；压射过程对机器的成型非常重要，需要采集大量的位置、压力和位置数据，压射动作分3步：慢压射、快压射和增压射，由3个独立的步进电机调节油泵的开口控制压射的速度；PWM输出是控制3个独立的步进电机，分别对应慢压射、快压射和增压射的速度。控制上由PLC调用系统功能块SFB49来实现；本机器配备了3个机械手：喷雾机械手、给汤机械手和取件机械手，他们是可选的。根据压铸机的动作循环，在相应的位置进行动作。

脉宽调制功能是系统集成功能，仅需在硬件配置中作简单设定后，即可在PLC程序中调用SFB49，使用非常方便。

2.在压射过程中如何高速采样位置、压力和速度数据是项目的难点。在硬件上，我们选用SM335模块，它的模拟量输入处理速度约为每通道200us，精度为14位，并产生硬件中断OB40。系统中设定了2ms的硬件中断，在压射过程中采集位置、压力和速度数据；在PLC程序方面，我们使用了变址寻址的编程技巧，压缩程序空间，提高运行效率，使系统可以在2ms的中断周期内完成运算；在HMI方面，配置了TREND曲线，在压射过程结束后可以马上更新曲线。

3.附加生产工艺当中有特点或较典型的设备或工艺照片。

四、项目运行

系统在2005年4月份投入使用后，运行情况良好，获得用户的好评。该方案将用在大型、的压铸机上。由于压铸机的使用环境非常恶劣，因此硬件很可靠性非常重要，S7-300坚固的硬件保证了系统的可靠性。而HMI方面由于使用了OP27010，操作简便，显示效果比较好，也回避了触摸屏的一些缺点，如不适合使用在多油污、金属碎片的环境等。

五、应用体会

项目进行当中，深深地感到西门子自动化产品无与伦比的灵活性。STEP7强大而便捷的编程功能和PROTOOL灵活自如的组态性能使项目的编程和调试进展非常快。更改容易，维护方便。在PLC的编程中，使用了符号编程，简单明了，易学易懂易维护。为了节约成本，编程中使用模块化编程和变址寻址，大量压缩程序空间，否则必须使用更高一挡的CPU314C-2DP。

当然在调试的过程中，也在所难免地遇到了麻烦。PWM输出原本是集成功能，很方便使用。但由于我们节约成本，使用CPU313C上的数字量输入点，在没有配置使用硬件门的情况下，CPU313C上的部分数字量输入点还是会影响3通道的PWM输出。由于西门子手册上的描述也不确切，在求助无门的情况下，对CPU313C上的数字量输入点一一进行测试并与3通道的PWM输出对照，终于弄清楚了硬件门的准确定义，完满解决了问题