S7-200CN PLC及EM253位控模块在拉弯矫直机上的应用

摘要：在当今有色金属价格起伏不定的市场竞争中，产品质量和档次的提高尤为重要。在铜加工行业，铜板带的板形和性能的均匀，除在轧制和退火工序中控制外，还需通过拉弯矫直机进行处理，以达到最佳性能，使产品能占领市场。拉弯矫直机的原理是：通过多次的拉伸和弯曲，使铜带内部组织重新分布，应力释放，改善了板形同时使应力分布均匀，达到提高产品性能和质量的目的。我公司通过引进的拉弯矫直机的使用和设计理念的消化，自行设计、加工和制作了满足自己生产需要的拉弯矫直机，生产使用情况不错，应该是一次较成功的改造。从而在制造成本大大降低的情况下代替了进口设备。控制系统采用西门子的S7-200模块进行控制，TD400C文本显示器作为操作和显示。  
关键词：代替进口、板形、定位
1、机械结构示意：

    上牌坊可整体翻转，以便擦洗和更换辊子，并可调节倾斜度。下牌坊通过蜗轮蜗杆升降机带动可在导轨上上下移动，入口和出口分别有一个，对入口和出口的开口度进行调节，也就是调节下矫直辊相对上矫直辊辊缝的大小，从而改变铜带的弯曲程度，调节量由伺服定位完成。下辊中还安装有契型调节块，对局部板形进行微量调节，通过位移传感器反馈其实际调节位置。
2、控制系统的硬件构成示意如下：

    采用西门子S7-200的CN产品，并利用定位模块去控制交流伺服驱动器，实现交流伺服电机的精确定位。EM235模块采集位移传感器的反馈信号，实现契型调节量的控制。三个契型调节使用三台交流电机进行驱动，并用一台交流变频器同时控制这三台电机的转动速度。
3、系统的设计思想：
    以CPU224XP CN作为控制系统的处理核心，充分运用其提供的一些特殊功能模块，实现伺服定位和位移数据的采集，并利用带双排功能键的文本显示器TD400C进行操作和监视数据、设定参数、故障报警等。
    A）定位模块EM253提供了多种形式脉冲输出驱动功能，可方便地驳接多种驱动装置，实现定位和步进控制；其最大脉冲输出频率可达200KHZ，可实现精确的定位，由于此项目中需控制2个伺服驱动器，因此采用两块定位模块进行控制。利用编程软件中位置控制向导可方便地配置位控参数和变量，无需复杂的编程，它提供了手动控制的速度模式、绝对的或相对的位置模式、当前定位数据的重置、运动轨迹的预置、机械间隙的补偿等功能。
    B）模拟量模块EM235具有四点输入和一点物理输出通道，都可接电流或电压两种输入/输出信号,三个位移传感器输出4～20mA的模拟信号，只需一块模拟量模块就可以了。
    C）文本显示器TD400C提供了双排8个按键和四行显示，按键的排列可方便地实现设备的启停、升降、进退等操作，此文本显示器可显示80个不同的画面，在不同的画面中又可定义不同的按键功能，使按键个数得到极大的扩展。编程软件中也提供了文本显示向导，可对显示画面和按键变量进行定义，在编程时可方便地实现所需功能。
4、系统的控制思想：
    1）本系统采用无按钮操作和无指示灯显示的形式，而利用TD400C文本显示器进行操作和显示。共设有3个操作及状态画面、1个参数设定画面、3个数据校正画面（工程师画面）和7个故障画面（根据故障情况自动弹出）等。其面板提供的上下方向键进行翻屏，切换画面。在不同的操作画面中F1、F2、F3、F5、F6、F7按键执行不同的操作控制，并有相应的状态数据显示，操作非常方便透明。
    2）两块定位模块EM253发出脉冲信号分别控制两个伺服驱动器，并可实现正反控制。通过已知的机械传动比、伺服电机每转的脉冲数、电子齿轮比等数据可计算出脉冲数与实际位置数据间的当量关系。旋转脉冲编码器通过高速计数器HC0功能计数，可对倾斜位置进行检测。编码器安装在倾斜调节电机的端轴上，经过换算可得到实际倾斜量（毫米）。
    3）在辊系调节画面中，按键F1、F5和F2、F6分别控制入口和出口辊系的手动升降；F3、F7控制辊系倾斜的调节；F4、F8分别命令辊系位置进到零点和穿带位置。
    4）在板型调节画面中，按键F1、F2、F3和F5、F6、F7分别控制三个契型块的升降调节，并通过模拟的位置传感器检测位移量，换算后进行显示。
5、系统的控制特点
    ●CPU224XP CN具有很强大的处理功能，可实现各种中小型化的控制，CN为国产化的设备，其在功能没有任何变化的情况下，只有价格比进口的便宜，大大提高了产品的性价比；
    ●EM253提供的脉冲信号，最大速率为200KHZ，可以满足几乎所有的伺服系统控制；
    ●TD400C所提供的按键和文本显示功能，既方便了操作，又使操作界面变得非常透明，同时节约了大量的操作按钮、仪表和PLC输入输出模块
    ●编程软件提供了特殊模块的指令向导，可以非常方便地使用，无需复杂的编程过程；
    ●系统硬件体积小，只需一个小小的控制箱就能实现如此复杂、精确的控制。
主要参考文献：
1．西门子S7-200系统手册
2．TD400C 使用手册