The application of SIMATIC T-CPU Motion Controller in Printing Machine
林国进
（深圳市深时机电有限公司，深圳市）
摘要：本文介绍了一个以西门子SIMATIC T-CPU 为控制核心，通过IM174接口模块以DP(DRIVE)等时同步模式与T-CPU相连控制第三方的伺服驱动系统和变频系统。人机界面HMI使用OP270-10，通过MPI通讯方式与T-CPU连接，组成一个集运动控制、逻辑控制、监控等功能于一体的玻璃机械电气控制系统，完成玻璃全自动印刷工艺。
重点介绍SIMATIC T-CPU 315T-2 DP的特点、选型思路及架构，硬件配置及与第三方伺服驱动如何配置参数。
关键词：SIMATIC Technology， SIMATIC T-CPU，DP（DRIVE），第三方，IM174，伺服驱动器，印刷，玻璃机械，运动控制，同步控制，多轴控制，isochrones mode
Abstract：This paper introduces that electrical control system with SIMATIC T-CPU as brain, which connecting with third party servo and convertor by interface module IM174 with isochrones mode. HMI part is OP270-10, which connecting with SIMATIC T-CPU with MPI type. The whole system function is motion control tasks, logical control tasks, monitor and diagnostics task, glass and printing technical application.
The thesis introduces that the reason why select SIMATIC T-CPU as brain controller in electrical control system, Technical features of SIMATIC T-CPU, some realization of application, and so on.
Key Words：SIMATIC Technology, SIMATIC T-CPU, DP（DRIVE）, third party servo drive, IM174, servo drive, servo motor, printing machine, glass, motion control, coupling motion, synchronizing axis, isochrones
一、项目概述
深圳市深时机电是一家专业从事工业自动化工程的成套、设计、开发及产品经营的高科技公司。同时也是德国西门子公司授权的西门子自动化系统产品（AS），低压驱动系统产品（SD）、低压电器（CD）等产品的一级代理商，系统集成商。
本文介绍的机器是全自动高速穿梭式丝网印刷机,是针对汽车玻璃而专业打造的一款集连续自动上片、储片、精确定位、穿梭传输、自动印刷、出料检测、快速烘干、储片、二次精确定位、二次套印、高效烘干、自动下片为一体的高精度、高效率的新型玻璃印刷机。适合于大批量、高效、多色套印的家私、家电、产业等规则玻璃。特别适合轿车前后档、三角窗、侧窗和专业平板玻璃的大批量生产。
- 整机采用触摸屏人机界面，操作机器设备；
- 多色印刷系统，采用独立多次精确定位。传输采用精确伺服系统控制，穿梭传动实现快捷传输。
- 选择配置自动上片系统，自动储片系统，自动下片系统，UV或IR干燥系统。
工艺介绍
1. 手动预定位定位气缸上升，人工完成放片，左右定位启动，完成预定位，上升气缸左右定位气缸复位，启动输送至于储片机。
2. 储片机
玻璃进入储片机，不需储片时，此机作为输送段，储片启动时有两个感应器(最大玻璃与最小玻璃)最大玻璃时，最小玻璃感应器不工作，反之最大玻璃感应器不工作。储片架每次上升距离为40mm，玻璃输送时储片架不能上升，下降。输送台有玻璃片储片架不能下降，储片架下降完成启动输送至精定位。
3. 精确预定位
玻璃片进入精定位，感应器感应到玻璃，输送停止。定位托架上升（气缸驱动）此二项动作同时进行，托架上升机头下降完成，伺服电机启动。开始精定位，精定位完成，穿梭输送上升（气缸驱动）上升完成，启动真空泵，完成吸附玻璃，伺服电机复位，定位托架下降，精定位机头上升，穿梭输送启动送至印刷机。
4. 印刷主机
玻璃进入印刷机，穿梭输送停止，真空吸附关闭，穿梭架下降重新复位到预定位，与此同时台板吸风启动，印刷机头下降，刮刀气缸下降，印刷启动，离网启动，离网距离可自行设定，印刷完成，防滴墨气缸启动，离网复位，机头上升，刮刀上升，回油刀气缸下降启动回油，印刷完成的同时，吸风停止，穿梭架上升，真空泵启动，穿梭架输送开始送至出料擦墨。
5. 擦洗网版
擦洗网版时，松开锁紧气缸，抽出网版，推入网版时感应开关感应到网版，启动锁紧气缸完成网框定位。
6. 出料擦墨
玻璃进入出料擦墨机，不需擦墨时此机作为传送带，擦墨启动时，机头锁紧气缸松开，机头输送启动，卷纸启动，输送卷纸完成，吸风启动，（气缸）机头下降，刮刀气缸下降，下降完毕，启动印刷完成擦墨，吸风停止，机头上升，机头输送启动。输送完成，机头锁紧气缸启动，完成机头复位。
7. 灯箱检测机
玻璃进入灯箱检测机，不需要检测时此机作为输送段，需检测时，斜转架上的气缸升起，斜转架启动，当转动至30°时，检测灯箱开启，转动灯箱，检测玻璃时不影响玻璃输送，检测完成，灯箱启动复位，斜转架下降，斜转架下降时输送台上不能有玻璃片。
二、控制系统构成
整个机器多达7处需要精确的定位控制，有两个轴（印刷轴和离网轴）需要作凸轮盘同步控制，而且根据印刷的玻璃大小，凸轮盘要求很方便的通过人机界面改变凸轮形状。SIMATIC CPU315T-2 DP集成逻辑控制和运动控制功能，它做运动控制最多可以控制8个轴、16个凸轮盘，有两个通讯口，其中一个是Profibus DP（DRIVE）口，速度可达12M bits/sec，通讯是采用ISOCHRONE MODE（等时同步）模式。ISOCHRONE MODE是PROFIBUS DP 通讯的新技术，它可以使PROFIBUS DP 的总线周期保持恒定，从而可以大大提高通讯的稳定性, 提高传动控制系统的稳定性和精度。IM174和ET200均连在此口下，以满足运动控制工艺的要求。另外一个通讯口是标准的MPI/DP口，速度可达12M bits/sec。用于连接到上位机PC、HMI和其他标准的DP 从站。用户可以通过该通讯口，连接标准的ET200进行S7-300 PLC功能的扩展。
在以往我们都会选择FM353或者FM354做定位，而做凸轮盘就要使用FM357-2,但是这种方案成本较高且编程很繁杂，使用、调试的工作难度也很大。如果选用SIMATIC T-CPU通过IM174模块控制第三方伺服，只需要一个CPU315T-2 DP 和2块IM174就够了，还有一个通道可以用来作测量摖墨纸输送长度。这个方案及满足力系统所需要的运动控制功能，又大大的降低了成本并且大大的简化了编程和调试工作，缩短了系统开发周期。
硬件配置如下：
控制系统结构框图如下图所示：
三、控制系统完成的功能
本系统的一个技术难点就是机器在印刷不同规格的玻璃时，印数轴的工作行程要求可以是随意调整的，例如：印刷轴的最大工作行程时0～1800mm，离网的最大工作行程是0～40mm，他的同步关系如下图黑色线所示，但在印刷小玻璃时，为了提高效率，可能需要将印刷工作行程改为300～1500mm，离网同步的关系改成下图红色线所示，
可见该系统需要一个可以在HMI就可以改变形状的凸轮盘，在SIMATIC T-CPU凸轮盘清除和生成功能正好可以非常容易地解决这个技术难题。
四、项目的实施与运行
该系统从设计到调试，一共花了一个多月的时间，实现了客户要求的所有功能，整机印刷速度达到12片／分钟
五、应用体会
1. 之前我使用过西门子的SIMOTION D425运动控制器，这次选用的西门子SIMATIC T-CPU运动控制器。这两个控制器的运动控制功能都是一样的，因为它们都是采用西门子SIMOTION Kernel 软件内核，但在使用上却有很大的区别。
2. SIMOTION采用专门的编程语言MCC、SCL、等，需要很长一段时间去适应和学习。SIMATIC T-CPU 是一个标准的S7-300 CPU，简单地通过集成在STEP7 环境下的工艺软件包（S7 Technology）来配置和编程，是工程师所熟悉的S7-300 PLC的编程语言环境，例如：梯形图LAD, STL，FBD，S7-SCL，CFC，SFC，S7-GRAPH。工程师初次应用时，不用经过技术培训，上手使用就非常迅捷。
3. SIMATIC T-CPU可以很方便的同上位机通讯，跟以往用S7-300 PLC一样，非常轻松就可以把位于SIMOTION Kernel 内核的各个伺服轴数据显示上来。当逻辑控制需要轴的数据时，可以直接从轴的数据块DB中找到，非常方便。在SIMATIC T-CPU中轴的配置和SIMOTION是一样的，运动控制的程序编写只是简单的调用相应的功能就可以实现。
4. 因为SIMATIC T-CPU是一个标准的S7-300 PLC逻辑控制器，所以在拥有了运动控制功能的同时，依然保留了强大的PLC逻辑控制功能，SIMATIC NET通讯功能，而且非常容易实现。而采用SIMOTION D作为控制器时，编写逻辑控制程序时非常复杂难以实现。例如，做一个定时功能，在PLC中仅仅调用一个指令就可以实现了。但是，在SIMOTION中做一个定时功能，需要调用一个复杂的功能块。当想用SIMOTION来编写一些标准块时，更是难以实现。
5. 当定位要求不是很精确、动态响应很迅捷的时候，使用SIMATIC T-CPU通过控制变频器，就可以完成定位功能。这样，更是大大降低了OEM厂家的设备开发成本。