基于西门子PLC的切断机定长切断控制系统

陈 兰

（苏州高等职业技术学校，江苏 苏州 215000）

基于西门子PLC的切断机定长切断控制系统

陈 兰

（苏州高等职业技术学校，江苏 苏州 215000）

在工业生产加工中，切断机是必不可少的一种设备，其在桥梁、隧道和水利等工程领域应用广泛。针对汽车制造业中挤出生产线对于切断机能够实现定长切断、超差分拣、自动纠偏和挤出连续的要求，文章设计了一套基于西门子S7-300PLC的切断机定长切断控制系统。通过将CPU313-2 DP作为核心控制器，再配以PS307 10A 电源模块、E6C2-CWZ6C编码器模块、FESTO二位三通电磁阀、电感式接近开关和光电开关器件，对系统硬件进行了组态设计。软件上，系统通过STEP7 5.2编程软件对系统进行封装SFB47的作业功能，使用循环中断测速、切断流程、分拣流程、组合切断分拣程序并设计中断程序和启动按钮及初始化模块编程，最终完成了切断机定长切断控制系统的设计。

切断机；CPU313-2 DP；STEP7 5.2

进入21世纪，中国工业经济得到飞速发展，切断机在国内的运用越来越多。同时随着我国加入WTO，切断机的出口量逐年增加，因此国内外对于切断机的需求不断增加。虽然我国切断机行业得到一定发展，但和其他发达国家相比在技术上还存在一定差距，主要表现在：国外切断机偏心轴的偏心距较大，更容易管理；在承受过载荷、疲劳失效、磨损等方面更有优势；每分钟切断次数要比国内高；切断机的控制精度较高，更适合工业化加工作业；国外观质量更是精益求精。因此，我国切断机还需不断改进。

在汽车制造中，汽车密封件生产企业使用的挤出生产线有连续挤出、间隔切断的特点。为了生产的连续和稳定，挤出机需要保持稳定的挤出速度，而最终产品需要定长切断包装，所以切断机不仅要实现定长切断、超差分拣、自动纠偏，还需要协调连续挤出和时间切断的运行，不能在切断过程中牵扯或阻挡挤出工作。

为了满足汽车制造生产中挤出机包装定长切断的要求，本文设计了一套基于西门子公司S7-300系列的CPU313-2 DP控制器为核心控制器，配以气动控制和定位控制系统，再通过STEP7 5.2编程软件对系统进行编程，最终完成切断机定长切断控制系统的设计。

1 切断机结构及其工作过程

切断机的组成结构包括底座、工作滑台、工件、切断汽缸、测量滚轮、滑台电动机、编码器、切断压板、压紧汽缸、锯片、次品分拣汽缸、推板和正品传送带等。

工件紧靠测量滚轮连续挤出，编码器与测量滚轮共轴旋转，脉冲传送至PLC计数并测速；达到预设计数值后，压紧气缸驱动切断压板下行，压紧工件，同时滑台电动机驱动滑台按照测定的速度（即工件挤出速度）向右运动；工件被压紧后，记录此时的计数值，并与预设值比较计算误差，以调整预设值，计数器归零，同时切断气缸驱动锯片切断工件；切断完成后，压紧气缸驱动切断压板上行，松开工件；根据切断误差甄选产品。如果超差，则次品分拣气缸驱动次品推板，把产品推下传送带，如果长度合格，则次品分拣气缸不动作，产品随传送带传送到设备尾部收集整理，传送带一直运行；换台电动机反转驱动工作滑台以最快速度回到起始位置。

2 切断机定长切断控制系统的硬件设计

本文设计的硬件原理框图如图1所示。从图1中可以看出，系统硬件包含S7-300系列的CPU313-2 DP，PS307 10A电源模块、E6C2-CWZ6C光电编码器、FESTO二位三通电磁阀、光电开关和电磁式接近开关。

图1 系统硬件原理框架

2.1 PLC选型

西门子公司的S7-300系列的CPU313-2 DP是一个用于分布式结构的紧凑型CPU，其微处理器处理每个二进制的指令时间可以达到100～200 ns，运行速度非常快；可以外扩64 KB的程序，为用户提供充分的程序空间；内置32个输入输出数字量端口，可以同时扩展31个模块；内部3个高速计数器，可以对本设计的定长要求进行控制，因此，从控制点数、控制要求角度和成本等能够满足本文设计的要求。其控制电源选择配套选择PS307 10 A模块，其10 A额定电流能够满足系统的控制要求。

2.2 IO设备选择

2.2.1 光电编码器

光电编码器是将机械的几何位移量转换成脉冲信号的传感器，主要应用于定位的精确控制。由于执行机构的移动速度最大8 500 mm/min，编码器与工件牵引滚轮同轴，滚轮直径为15 mm，因此要求控制精度为0.05 mm，其分辨率可以选择1 500的编码器，按照以上要求，本文选择欧姆龙公式的E6C2-CWZ6C，该编码器为NPN集电极开路输出，最高响应频率为100 kHz，分辨率最高可以达到2 000 dpi，可以满足系统的要求。

2.2.2 其他IO设备

本文使用电磁阀作为执行元件，选用费斯托公司的二位三通电磁阀，该电磁阀常与单作用气动执行机构配套使用，同时从布线方便、价格便宜等方面考虑，控制系统采用24 V汽缸自带磁性开关对汽缸磁环位置进行检测，实现压紧汽缸的控制。另外，对于滑台位置的检测和切刀的上下位置检测，选用电感式接近开关和光电开关。

3 切断机定长切断控制系统的软件设计

系统软件设计包含封装SFB47的作业功能、使用循环中断测速、切断流程、分拣流程、组合切断分拣程序并设计中断程序和启动按钮及初始化模块。

SFB47是CPU集成地告诉技术功能模块，其参数很多，本系统增加一个FC1，定义一个输入参数VALUE作为输入预定值，再增加FC2命名为计数器清零。

对于使用循环中的中断测速，该模块将在循环终端OB中调用，计算循环时间间隔中产生的计数值，以此作为挤出速度，同时增加循环中断组织块OB35，调用调速模块FB1，另外还要对变频器的启停、正反转、速度设定。

通过新增FB3，作为切断流程，通过4步执行。第一步执行滑台启动、压紧汽缸启动、保存初始技术和移动到下一步；第二步执行切断汽缸输出点置位、误差计算、技术清零和转移到下一步；第三步在锯片到达切断位置后执行，操作只有复位切断汽缸，并转移到下一步；第四步在锯片回到起始位置后执行，操作是把本模块的顺序状态转移到第一步，并改变本步状态，以结束外部程序对本步的调用。

分拣流程分5步执行。第一步是判断切断相对误差和分拣误差标准；第二步是分拣汽缸启动，到达终点位置时，计算误差调整值；第三步在分拣推板回到原位时执行，操作是压紧汽缸复位、停止滑台电动机并转移到下一步；第四步在压板回到原位时，操作只有滑台反向移动；第五步在滑台回到起始位置后，停止滑台移动，把本模块的顺序状态转移到第一步。

4 结语

本文首先简要阐述了国内切断机的发展状况和相比于国外先进技术的不足。为了适应在汽车制造中挤出机的定长切断包装要求，本文在切断机结构和工作过程的基础上对本系统进行了设计。在硬件上，选用CPU313-2 DP控制器为核心控制器，PS307 10A电源模块、E6C2-CWZ6C编码器模块、FESTO二位三通电磁阀、电感式接近开关和光电开关器件。软件上，通过STEP7 5.2编程，软件对系统进行封装SFB47的作业功能、使用循环中断测速、切断流程、分拣流程、组合切断分拣程序并设计中断程序和启动按钮及初始化模块编程。

[1]罗萍，罗志勇.西门子S7-300/400PLC工程实例详解[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[2]王东.切断机的发展趋势[J].商情，2014（18）：269.

[3]睿博数据研究中心.2010-2015年中国切断机市场发展现状分析及行业前景预测报告[R].北京：睿博数据研究中心，2010.

[4]刘志辉，肖似蹼，李梦奇.基于CAD的棒料自动切断机的设计[J].液压与气动，2013（3）：70-72.

Fixed length cutting control system of cut-off machine based on SIEMENS PLC

Chen Lan
（Suzhou Higher Occupation Technical School, Suzhou 215000, China）

In the industrial production process, cut-off machine is a necessary equipment, which enjoys wide application in engineering fi elds of bridge, tunnel and water conservancy. According to the automotive industry in the extrusion production line for cut-off machine can realize the fi xed length cutting, ultra poor sorting, automatic correction and continuous extrusion, this paper designs a set of fi xed length cutting control system of cut-off machine based on SIEMENS PLC. The hardware of system is in con fi guration design through taking the CPU313-2 DP as the core controller, with PS307 10A power module, E6C2-CWZ6C encoder module, FESTO two position three way solenoid valve, inductive type proximity switch and photoelectric switch device. The system uses STEP7 5.2 encoder software to package SFB47’s function of job to use the programmers of cyclic interrupt velocimetry, cutting progress, sorting process, combined cutting and sorting and designs interrupt program, start button and initialization module programming to complete the design of fi xed length cutting off control system of cut-off machine.

cut-off machine; CPU313-2 DP; STEP7 5.2

陈兰（1981— ），女，江苏苏州。