数控系统与 PLC的通讯应用

数控系统与 PLC的通讯应用

徐建强 李洋

江阴兴澄特种钢铁有限公司 江苏 江阴 214400

摘 要: 二切线主要功能为将倍尺板坯切割成定尺坯料，通过辊道上的定尺由火切机完成对板坯的二切。本文主要介绍火切机数控系统与二切线PLC的应用。

关键字: 二切线、数控系统、PLC

一、二切线简介

某公司某分厂二切线生产线的生产过程控制系统，采用SIEMENS公司的SIMATIC S7-300系统完成该生产线的生产过程控制，对生产线的设备和生产检测信号的采集和生产线的逻辑连锁控制，并根据工艺控制要求建立生产过程控制流程监控界面和报警界面，实现生产工艺过程的管理和人机操作界面（HMI）的建立。

1.PLC系统配置

本系统主要由PLC控制器、远程IO站及全数字交流传动控制系统构成，控制系统由工业以太网和Profibus-DP现场总线组成分布式控制网络，完成机组设备的控制和数据采集。采用TCP/IP通讯协议，将PLC控制器及HMI终端等设备连接到控制系统的以太网络（图1），完成高速、可靠的数据交换。

图1

2.电气传动系统配置

电气传动系统分为交流变频系统及MCC马达控制中心两类。其配置原则如下：

1）交流变频系统：采用ABB ACS800系列变频器，电机电压等级为380V，采用直流母线供电，回馈制动方式。

2）MCC马达控制中心：55KW及以上电机采用接触器+软启动器的控制方式。其它MCC电机采用接触器+热继电器的控制方式。

3.人机操作界面（HMI）

主要画面和功能如下：

监控画面：提供传动、自动控制功能选择等操作功能，提供生产线运行状态及电机运行状态、系统设定参数和实际运行参数等显示。模拟轧制设定和操作功能。

分析画面：提供停机记录。提供主要设备工作状态显示和记录功能，提供信号强制功能。

诊断画面：提供按区域、设备、信号层次的诊断功能，按颜色标记状态。

报警画面：提供报警信息的显示、存储与自动打印功能，提供传动故障码在线查询功能。

4.工艺流程

二切线在两侧的No.1和No.2上料辊道区采用厂房夹钳吊车上料。上料后，分别采用No.1和No.2对正装置将板坯对正、对中。对正后，板坯分别向No.1和No.2火切机方向运行。

本次二切线采用一切二形式。No.1上料区辊道的板坯，通过冷金属检测器和激光测距仪计算板坯停在火切机喷嘴处的位置，然后火切机打开，将板坯切割成规定的定尺长度。

二、火切机伺服系统

数控切割机的电气控制部分，由数控，电气，伺服三个子系统组成，系统采用模块化结构，布线简捷、合理、规范、维修方便，由于大量采用规模集成电路，具有体积小，性能稳定等优点；系统还具有故障历史记录，故障报警，自我诊断，有效地保护人员和设备的安全；系统具有多种语言菜单（包括中文），可以很方便的进行人机对话，具有多种输入方式，操作灵活方便，还可与PC机通讯实现自动编程，由于实现计算机操作，大大方便了用户，节约时间，保证了操作稳定可靠。

1. 数控系统

采用SF型数控切割机系统，它具有卓越的智慧和极广泛的用途，可以胜任几乎所有的自动切割加工，功能强大，操作方便，容易学习使用，是切割加工中最具有智能化的控制系统。

2. 伺服系统

采用日本松下Panasonic交流伺服驱动，分为X轴、Y轴、Z轴三个伺服驱动。该伺服器具有如下特点

1）交流伺服电机体积小、输出扭距大、反应快、采用增量式脉冲编码器作为位置反馈和速度反馈元件，安装方便、外形美观。

2）驱动器是全数字式、功率电源和控制逻辑整合模块式结构。调整范围宽，布线简捷、性能稳定，操作方便。

3）全软件化参数设定，其中增益、时间常数，零漂补偿，加减速、转矩限制、位置反馈变换等参数，以及自动增益调整等功能 ，确保机器的响应、精度和稳定性。

4）过流、过压、欠压、过速，限位等报警保护功能，以及故障历史记录和I/O状态检查等功能使对机器的保护和维修更加快速有效。

3. 工艺流程

二切线板坯定位完成，出火切的长度为目标剪切长度，定位的偏差在主画面上有显示，此定位偏差需要在火切机上补偿。火切机根据定位偏差值手动校正火切机枪头位置、边部位置，对板坯进行切割。

三、改进的过程

二切线对板坯定位完成后，存在一个偏差值，需人工操作火切机伺服驱动至一定位置，弥补该偏差值，再人工确认起始位置，火切机开始自动切割，操作人员必须时刻关注切割进度，当板坯切割完成时及时停止火切机，以防撞到火切机边部撞坏枪头。

为了提高火切效率及增加对设备的保护、优化繁琐的操作步骤，我们提出建议设备专业厂家对该数控系统进行升级，增加RS232通讯协议，二切线PLC控制系统新增232通讯模块(图3)，并成功建立PLC与数控系统的通讯。通讯内容包括板坯宽度、板坯厚度、板坯长度偏差值、边部位置、Z轴原点高度、割嘴切割高度、切边长度、切边速度。

火切机每次切完板坯可自动行走到参考点位置，为下一块板坯的切割做好准备。当板坯定位完成后，PLC发送一系列数据至数控系统，其中边部位置用于确定X轴的行走目标位置，板材长度偏差值用于定位Y轴的行走目标位置，Z轴原点高度减去板材厚度及割嘴切割高度即为Z轴的行走目标位置。由切边长度及板坯宽度确定整个火切过程需行走的距离。切边速度定义起始切割速度，对板坯的预热切割。

四、总结

通过上述通讯数据对火切机完成半自动切割功能的实现起到了保证，现操作工只需对通讯数据进行核对确认即可进行板坯的自动定位与切割，极大的提高了火切效率，减少枪头的碰撞，节约了操作步骤，为分厂创造了效益。

参考文献

1．兴澄4300二切线技术附件 中冶京诚工程技术有限公司 2015年

2．数控切割机使用说明书 无锡宏光焊割 2010年

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