OVERHEAD控制系统的研究

OVERHEAD OVERHEAD摘要:主要介绍了 电气控制系统的设计与应用。通过对 系统设备OVERHEAD组成及工艺流程的分析,制定相应的 电气控制方案,包括制定电气设备组成、硬件PLC MOVIDRIVE MOVIPRO图纸设计、变频器参数设计、 软件编程,通过使用 变频器和 变频器, OVERHEAD使 控制系统实现高速输送精确定位,满足用户要求,并成功应用到焊装生产线中。 OVERHEAD PLC关键词: 控制 高速传输 精确定位 变频器U468.2+2 B Doi:10.19710/j.cn

Automobile Technology & Material - - 生 产装备 -

1 前言

随着汽车市场发展的越来越快,用户对汽车生产的要求也越来越高,焊装生产线作为汽车生产的核心工艺之一,需要高速输送设备进行生产线之间快速、精确的传递。输送设备的传递速度、精度不仅影响到汽车的焊接质量,同时影响到汽车生产的效率。高速输送设备的目的是为了降低焊接工位的辅助时间、提高工位的有效工作时间,从而达到降低工装成本以及单车焊接成本的目的,提高企业的经济效益。

2 OVERHEAD设备组成

OVERHEAD OVERHEAD由以下几部分组成: 1机械设备组成见图 。OVER⁃当主拼工位焊接完成地板总成后, HEAD OVERHEAD设备下降到位, 上的抓手将地OVERHEAD板总成件从主拼工位抓起, 上升到最高点后,横移到机械化平台运件滑撬的正上方, OVERDEAD设备下降将地板总成件放在滑撬上OVERHEAD后,抓手打开, 设备上升到最高点,并反向横移回初始位置,完成一个运件循环工作。

3 电气方案和元件选配前提 3.1 电气设备的要求

所有的电气设备和元器件必须适应汽车制造中可能出现的不良环境,比如油雾、粉尘、强磁场、电网的扰动以及高频干扰等,必须能保证生产的

安全和无故障运行。在控制柜打开的情况下,也要保证系统的电磁兼容性。

Siemens Simatic S7 300控制系统选用 公司 系

PLC, PROFINET列安全 现场总线采用 。

控制系统需要实现以下功能:对系统中执行设备(电机、气缸等)、位置开关、安全防护设备、系统操作显示设备的控制。

在控制面板上要显示相关信息:操作信息、过程信息、网络信息、故障信息、设备状态。

Siemens Panel PC采用 公司 作为现场画面的操

Step 7作显示设备, 等相关软件作为编程调试软件。

3.2 电气设备组成及功能描述

OVERHEAD电气控制系统既要满足现场的实际生产需要,又要符合用户的标准。其组成包括PLC控制柜、控制电源柜、变频器控制柜、变频器MOVIPRO - MP377、人机界面 远程操作屏、安全回OVERHEAD路控制箱、 设备控制箱。 3.2.2 制电源柜控制电源柜用于给自动区域内的电气控制设380 V 220 V备供电提供 和 电源。在本项目中,控制电源柜负责给变频器控制柜,以及分布式变频MOVIPRO 380 V器 提供 动力电源。控制电源柜主要由母线排系统、电源模块、相 3.2.1 PLC控制柜PLC SIEMENS S7 300控制柜内由 的 系列安全PLC SIEMENS PN/PN Koppler SIEMENS、 耦合器、ET 200S Switch、 路由器以及辅助接触器和继电器PLC 2组成, 控制柜组成见图 。 PLC OVERHEAD本项目中 控制柜为 控制系统HIP电气设备如安全回路控制箱、安全回路水气站OVERHEAD上的阀岛、 设备控制箱以及变频器柜24V DC24V 3等设备提供 控制电源, 供电原理见图4和图 。 E/A监视继电器、 模块、马达式断路器、电能能耗测量、电源测量模块等原件组成。控制电源柜组成5见图 。3.2.3 变频器控制柜OVERHEAD变频器控制柜用于驱动 升降电机在垂直方向上运动。

SEW变频器柜主要由负荷隔离开关、变频器( MOVIDRIVE) E/A、电机保护开关、制动电流器、 模块、辅助接触器、安全开关、制动电阻、空调等设备组SEW MOVIDRIVE SEW成。 变频器是 研制的新一代驱动变频器,具有更宽的低速范围,增加的过载能力MOVIDRIVE和丰富的模块化单元设计,同时, 变频IPOS器更是集成了 定位和顺序控制系统,具备系统6要求中的定位功能。变频器柜内配置见图 。

3.2.4 SEW MOVIPRO变频器

SEW MOVIPRO OVER⁃本项目中使用 控制HEAD SEW MOVIPRO系统的横移运动。 凭借自身强大的设计、可靠性和精确定位使其在同类产品中脱颖而出。依靠模块化、标准化设计和可自由MOVIPRO® SDC配置的软件组件, 这种分散驱动和定位控制系统有利于整合众多功能,同时降低SEW MOVIPRO了设备或系统的复杂性。 变频器7配置见图 。

3.2.5 MP377远程操作屏

为使现场调试人员、车间操作人员、维修人员OVERHEAD便于监控设备,本项目为 控制系统配1 MP377 Panel MP377置套 远程操作屏。通过使用OVERHEAD Panel MP377实现对 的近距离监控。15 PN-BOX E7包括 寸触摸屏, 连接盒, 钥匙开关。MP377 8远程操作屏见图 。

3.2.6 OVERHEAD安全回路控制箱

OVERHEAD依据工艺规划, 控制系统单独成OVERHEAD为一个安全回路。因此 控制系统配置有安全门、安全门控制盒、门锁、单色柱灯、急停按钮。上述电气设备的信号接入安全回路控制9 OVERHEAD箱。安全门电气设备见图 、 安全回10路控制箱见图 。 SIEMENS ET200S安全回路控制箱配置有IM151 SIEMENS ET200S PM- E接口模块、 电源模SIEMENS 4DI 4DO块、 普通输入模块、 普通输出模4/8F-DI 4F-DO块、 安全输入模块、 安全输出模块。

3.2.7 OVERHEAD设备控制箱

OVERHEAD 系统控制箱控制升降锁紧销、OVERHEAD系统阀岛、抓手阀岛以及横移变频器MOVIPRO DC24V SIE⁃提供 。系统控制箱配置有MENS ET200S IM151 SIEMENS ET200S接口模块、PM-E SIEMENS 4DI 4DO电源模块、 普通输入模块、 4/8F- DI 4F- DO普通输出模块、 安全输入模块、 安OVERHEAD 11全输出模块。 设备控制箱见图 。

4 电气控制设计

电气控制系统设计是电气控制系统重要组成PROFINET部分,将根据工艺规划网络拓扑制定、地址分配、硬件图纸设计、软件编程、人机界面的制作设定变频器参数。

4.1 PROFINET网络连接

PROFINET PROFINET本项目现场总线采用 。系统具有环状结构,错误诊断功能可以永久地扫描所有设备,能检测到中断、短路、电缆的电磁干扰和电压故障或电压突降等错误。充分考虑冗余设计的原则,环形冗余连接中最40 10多允许连入 个电气元件(分支中最多允许 个40电气元件,此处并未计算在内)。当超过 个元件时,需通过另一个交换机在设备柜中再连入一组环形结构,所有电气元件分布在两个环形结构中。OVERHEAD 3在本项目中 控制系统共使用 套SIEMENS 交换机。SIEMENS X201-2P IRT-PRO通过一个 交换机OVERHEAD将 电气控制系统连入整个电气控制OVERHEAD系统的环网中,依次连接 所在安全回HIP SIEMENS X201-2P IRT路的 、变频器柜内的 交P2 MOVIDRIVE换机( 端口)、设备交换机、 变频器、ET200S变频器柜内的 通讯模块、安全回路控制箱ET200S MP377的 通讯模块、 、设备阀岛、横移变频MOVIPRO器 、抓手上的阀岛。OVERHEAD 12控制系统的网络连接示意见图 。

4.2 Step7软件程序地址分配

本项目中,程序地址分配有自己的标准,每种网络的地址范围固定,控制系统中每个电气设备

都有固定的地址段长度限制。4.2.1 IP地址分配在项目设计阶段,提供给用户各条生产线的IP使用 地址的设备数量,用户将依据设备数量为 IP IP各条生产线分配 地址段,使用 地址的设备数13量见图 。IP之后按照用户分配好的 地址段为每个设备IP IP 14分配不同的 地址。设备 地址分配举例见图 。

IP IP 0~10 PLC设备 地址范围为: 地址从 、 控制IP 10~21 IP 22~29柜 地址从 、变频器柜 地址从 、焊IP 30~31 IP接电源柜 地址从 、控制电源柜 地址从32~33、现场阀岛、门盒内的交换机、门盒内的IM151 IP 34~79接口模块等 地址从 等。4.2.2 PROFINET网络地址分配/ PROFINET对于输入 输出信号的地址分配, 0~2058网络地址范围从 字节等。在这个项目中PROFINET 0网络地址从 字节开始分配。设备PROFINET 0~网络地址范围为:控制电源柜地址从2 4~6 PLC字节、焊接电源柜地址从 字节、 控制柜地10~20 1 50~142址从 字节、安全回路 控制箱地址从1 148~142字节、安全回路门盒地址从 字节、安全2 246~386 PROFI⁃回路 的控制箱地址从 字节等。NET 15网络连接地址分配见图 。

4.3 电气硬件设计

OVERHEAD电气硬件图纸的设计是 电气控制系统的主体部分之一,本项目采用的设计软件是Eplan P8 2.0。硬件图纸除了需要设计电气设备平面布置图、网络连接和地址分配图之外,还有包含有:按钮和指示灯的名称,地址分配和灯颜色的区分;所有控制箱柜的详细布置图、接线图和尺寸图;

4.4 电气软件程序设计

电气设备的电源分配图;所有安全控制系统的接线图和原理图;所有电气信号的连接图。最后根据需

Eplan要还可以利用 软件生成各种表格,比如目录、部件列表和端子接线图等信息。硬件图纸举例见16 17图 、图 。 对电气设计来说,电气硬件图纸的设计是电气控制的基础,软件程序的设计是电气控制的灵OVERHEAD魂。软件程序的设计主要实现 控制系统所有逻辑控制关系。

Step7在 软件中,程序的逻辑关系通过不同的OVERHEAD标准功能块分别实现 系统横移运行、升降运行、变频器写参数。所有有关变频器的逻辑控制都在通过标准的18功能块进行编写,举升变频器写参数见图 、横移19 OVERHEAD变频器写参数见图 、控制 横移见图20 OVERHEAD 21、控制 升降见图 。

4.5 HMI(MP377远程操作屏)控制功能

OVERHEAD通过下面的界面可以实现对 控制系统停止、手动、自动、单独运行等运行状态的切 换。控制升降、水平运动并在运动到位后显示位置状态。控制锁紧气缸的打开、关闭并显示气缸

OVER⁃的状态。显示运动步骤以及报警信息, HEAD 22

控制系统主界面见图 。 OVERHEAD通过这个界面控制 抓具上的气缸OVERDEAD打开关闭并监控气缸位置, 抓手控制23页面见图 。OVERHEAD通过这个界面实现对 横移变频器MOVIPRO MOVIPRO的监控,横移变频器 监控页

OVERHEAD通过这个界面实现对 升降变频器MOVIDRIVE 25 MOVID⁃的监控,见图 升降变频器RIVE监控页面。

4.6 变频器参数设定

Movitools/shell SEW MOV⁃软件是 公司针对IPRO MOVIDRIVE Windows、 等变频器开发的在 操作系统环境下运行的专用调试软件,使得用户对变频器的调试、监测更加简便,同时支持数据采集优

化系统功能,方便用户对驱动系统进行最佳组合。Movitools/shell

在针对诸如位置控制应用进行调试时尤其方便,用户只需按照软件提示输入相应条件参数,其他工作可以由软件自动完成,使调试更

26直观。图 所示为电机状态的波形监控页面。 该项目已经应用到实际的焊装生产线上,经 过现场的反复调试,达到了项目高速传输、精准定OVERHEAD位的技术指标: 横移重复定位精度达± 2 mm, / 15 s/6 m;到 横移前进 后退运行节拍各为± 1 mm, /升降重复定位达到 上升 下降运行节拍各5 s/4 m,为 完全满足焊装生产线的技术要求,实现了降低焊接工位的辅助时间、提高工位的有效工作时间的目的。

5 结束语

OVERHEAD对 系统的研究,首先要对设备机械结构以及电气硬件组成进行详细地分析,再对PLC和变频器相应的功能进行论证和二次开发,最PLC后对现场调试过程中 程序和变频器参数不断优化和完善,以理论上的运动曲线作为变频器输AT出参考,设备运行满足节拍要求。 &M

图1 OVERHEAD机械设备组成

图3 安全回路设备DC24V供电原理图

图2 PLC控制柜组成

图4 驱动设备DC24V供电原理图

图7 SEW MOVIPRO变频器配置

图6 变频器柜内配置图

图5 控制电源柜组成

图10 OVERHEAD安全回路控制箱

图11 OVERHEAD设备控制箱

图9 安全门电气设备组成

图8 MP377远程操作屏

图12 OVERHEAD控制系统的网络连接示意

图15 PROFINET网络连接地址分配

图17 MOVIPRO变频器供电控制原理图

图22 OVERHEAD控制系统主界面

图23 OVERDEAD抓手控制页面

图24 横移变频器MOVIPRO监控页面

图26 电机状态的波形监控页面

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