基于SIMODRIVE 611U的钢坯锯切系统
衡阳华菱钢管有限公司的研究人员夏定，在2017年第7期《电气技术》杂志上撰文指出，伺服控制系统在对定位要求较高的领域得到广泛的应用。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讯报文的设定。以便为生产和设备管理提供帮助。
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8-10米的长钢坯，锯切成1.8-4.6米一段的短坯。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，现实精确的位置控制而实现。
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。
小车在4710mm位置设置了校准基位的光电开关，用于每个周期的位置效验。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L = Lact + L1。第二刀夹持位置为从0点后退的锯切长度，即L = L1。式中Lact为测长喂料小车检测到钢坯边沿的实际位置值。L1为待切成的钢坯长度。
图1 测长喂料小车示意图
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。
图2 锯机进给示意图
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，挂有三个远程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。三个远程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。
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控制板通讯卡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如表1所示结构。
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。其详细构成如表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四个位置，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。程序通过四个运行程序段实现对走四个位置的控制，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。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，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
衡钢三台坯锯自投产以来，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，以致较好的完成了生产任务。钢坯锯切的长度误差控制在5mm以内。较好的满足了工艺要求。