基于Simodrive 611U的钢坯锯切系统

夏 定



基于Simodrive 611U的钢坯锯切系统

夏 定

（衡阳华菱钢管有限公司，湖南衡阳 421001）

伺服控制系统在对定位要求较高的领域得到广泛的应用。本文通过对以西门子Simodrive 611U为基础构成的圆铸钢坯锯切系统的介绍，分析了系统的测长定位和锯切工艺，以及611U通用型伺服控制系统的硬件组态和通信报文的设定。为生产和设备管理提供了帮助。

S7-300；611U；Profibus-DP；锯机

为实现圆铸钢坯的分段锯切任务，衡钢从奥地利整体引进了三套钢坯锯切设备。主要作业任务是将长度为8～10m的长钢坯，锯切成1.8～4.6m一段的短坯。操作人员只需在人机界面输入锯切长度和要将钢坯锯切成的段数，即可实现全自动锯切。系统主要依托西门子Simodrive 611U伺服控制系统，驱动测长喂料小车和锯机进给两根轴，实现精确的位置控制。

1 测长工艺流程

测长控制部分以测长喂料小车为基础。测长喂料小车通过驱动伺服电机实现从钢坯准确长度处夹持，并将钢坯夹持处运送至锯切工位锯切。测长喂料小车以锯切位置为坐标0点。以往测长喂料小车延伸方向为位置正坐标，实现位置精准定位。在小车4710mm位置设置了校准基位的光电开关，用于每个周期的位置校验，从而保证周期内位置无偏差。其测长系统如图1所示。

第一刀夹持位置为

=act+1

第二刀夹持位置为从0点后退的锯切长度，即

=1

式中，act为测长喂料小车检测到钢坯边沿的实际位置值；1为待切成的钢坯长度。

2 锯切工艺流程

锯机进给以钢坯运输辊道中心为坐标0点。基位在760mm的位置，每次锯切完成锯机回到基位。锯机的切断点是410mm位置，锯机锯切到410位置保证钢坯已完全切断。在钢坯被测长喂料小车运送到位的情况下，锯机有个等待位，在698mm位置。这样可以在锯机本体的夹紧单元没有夹紧的情况下，锯机先走等待位，待夹紧单元夹紧后再运行410位置锯切，以节省时间，提高锯切效率。其示意图如图2所示。

3 控制系统的硬件构成

整个系统以西门子S7-300为核心。通过Profibus- DP总线，挂有3个远程IO站，两个人机界面PP17和OP17，一台西门子6SE70的变频器和两个611U伺服控制板。3个远程IO站分别分布在锯机入口、锯机本体和液压站。PP17面板用作主操作台开关选择信号的输入。OP17用作工艺参数的输入和读取。西门子6SE70变频器用于驱动锯机主电机带动锯片旋转以锯切钢坯。两个611U控制板分别用于控制测长喂料小车精确定位和锯机本体的进给运行。另外，Cimplicity监控画面系统通过Applicom卡连接至PLC，用于人机软件读取PLC数据。系统硬件组态如图3所示。

图3　系统的硬件组态

4 通过611U的位置控制

4.1 硬件组态

在总线上挂上611U控制板通信卡6SN1114的GSD文件。组态网络数据的报文结构为PKW区域4个字，PZD区域发送为7个字，接受为10个字。这些报文数据通过SFC14/15循环在PLC和驱动611U之间发送/接受。

4.2 611U参数的设定

参数P700=3，选择定位方式，驱动根据选择的程序段运行。P922=0，定义为总线报文自由构成。P918=15，总线地址的设定。设置P915，对发送报文进行定义。设置P916，对接收报文进行定义。通过P915和P916的设定，将发送接收报文的构成定义为见表1的结构。

表1　网络数据PZD区域的构成

4.3 运行程序段

利用“SimoCom U”工具软件设定相关的运行程序段，一个程序段由程序段号、位置、速度、加速度修调、减速度修调、指令、指令修调和方式组成，分别存放在P80至P87中。可通过程序修改参数，从而修改运行程序段中位置、速度等需要调节的参数，达到控制目的。驱动运行时，只需给出运行程序段的编号，并将定位控制字的第六位置1，即可现实驱动按选择的运行程序段所设定的曲线运行。611U系统最多可设置64个运行程序段。

4.4 通过报文PKW区域读写参数

PKW区域由参数ID（PKE），子位标（IND）和参数值（PWE）组成。其读/写参数作业由AK设定，参数号由PNU设定，子参数号由IND设定，具体参数值放在PWE中。其中AK的作业任务号，发送时6为读参数，8为修改参数。接受时5传送参数值，7为作业不能被执行。其详细构成见表2。

表2　网络数据PKW区域的构成

5 相关程序的编写

5.1 定位的实现

根据报文的组态设定。报文的前4个字为PKW区域。程序利用PKW区域修改驱动的相关控制参数。发送报文的第5个字为定位控制字。程序中需对控制字的诸如使能、急停等控制位进行设置。发送报文的第6个字为运行程序段的选择。当系统工作于定位方式时，驱动将按选择的运行程序段设定好的线路运行。

测长喂料小车通常需要走4个位置，分别为基位、送钢坯到锯切点的位置、切第一刀的夹持位置和切多刀的夹持位置。程序通过4个运行程序段实现对走4个位置的控制，分别编号0至3。基位和送钢坯至锯切工位的位置分别固定为4710和0，不需要调节。切第一刀的夹持位置和切多刀的夹持位置，需要根据工艺设定的锯切长度进行调整。调整利用报文的PKW区域，对相关参数的修改现实。如对运行程序段2的位置值进行更改。先将81传给PNU部分，将2传给IND部分，将需调整的位置值传给PWE部分，最后将8传给AK部分即可。通过这一系列操作现实修改P81.02的值为预置值的任务。如果从驱动返回的作业号为5，就说明参数修改成功。待运行程序段的相关参数调整成功后，将需运行的运行程序段的编号传给发送报文的PZD2，即SatzAnw，再将定位控制字的第6位置1即可启动移动作业。

5.2 锯切刀数的确定

通过OP17面板输入钢坯的锯切长度和要锯切成的段数等参数。测长喂料小车每次走基位即将面板输入的段数传递给计数器。而锯机每切完一刀将计数值减1。当测长喂料小车将钢坯运送至锯切点时比较计数值是否为1。如果不为1，测长喂料小车就再运行至切多刀的夹持位置，继续执行夹持喂料任务；如果为1，就说明已经是最后一刀，那么测长喂料小车运行至基位等待下一根钢坯。

6 结论

衡钢3台坯锯自投产以来，由于整个系统界面友好、操作简易等特性以及611U系统稳定的性能，所以较好地完成了生产任务。钢坯锯切的长度误差控制在5mm以内，较好地满足了工艺要求。

[1] 郭立伟. simodrive[Z]. 西门子, 2005.

[2] 夏加宽, 姜昊驰, 于爽. 基于旋转变压器的多极电动机转子位置检测系统设计[J]. 电气技术, 2016, 17(1): 11-15.

[3] 王旅. 异步电动机堵转保护整定探讨[J]. 电气技术, 2016, 17(9): 129-131.

[4] 李昆鹏, 万健如, 朱琳. 永磁同步电机瞬时功率预测控制[J]. 电工技术学报, 2015, 30(1): 38-44.

[5] 王永兴, 温旭辉, 赵峰. 六相永磁同步电机缺相容错控制[J]. 电工技术学报, 2015, 30(5): 49-58.

Billet Sawing System based on Simodrive 611U

Xia Ding

(Hengyang Valin Steel Tube Co., Ltd, Hengyang, Hu’nan 421001)

Servo control system is widely used in the field of high positioning requirements. Based on the Siemens Simodrive 611U as the basis of the round billet sawing system. Analysis of the length of the system positioning and sawing process, as well as the 611U general servo control system hardware configuration and communication message settings. In order to provide assistance for production and equipment management.

S7-300; 611U; Profibus-DP; saw

夏 定（1982-），男，湖南省益阳市人，工程师，主要研究方向为自动化控制。