李靜，楊勝泉

(中鋁洛陽銅業(yè)有限公司，河南 洛陽 471039)

銅加工精整設(shè)備Ф20～Ф50mm10輥管材矯直機，用于銅及銅合金管材高精度的矯直生產(chǎn)，加工后的產(chǎn)品具有嚴格的橢圓度、直度、直徑公差、表面光潔度等機械精度特點。該類高精度銅管材主要用于醫(yī)療設(shè)施、計算機散熱、移動通信、電子儀表及電磁微波技術(shù)等專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。本設(shè)備控制系統(tǒng)采用WinCC flexible組態(tài)軟件，改變了傳統(tǒng)的操作方式，提升了設(shè)備自動化水平，簡化了工作人員的操作過程，實現(xiàn)了相對標準化的作業(yè)方式。

1 矯直機基本結(jié)構(gòu)及工作原理

Ф20～Ф50mm10輥矯直機是一臺具有操作人機界面，自動化程度較高的矯直設(shè)備，主要由上料系統(tǒng)、主機部分、出料系統(tǒng)等組成，并配有相應(yīng)的電氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及氣動系統(tǒng)。

該矯直機10個雙曲線矯直輥全部為主動輥，采用2-2-2-2-2輥體對稱配置(圖1)，矯直輥的旋轉(zhuǎn)運動由兩臺西門子6RA70全數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動，輥縫值及角度值根據(jù)設(shè)定參數(shù)，經(jīng)位移傳感器檢測自動調(diào)整。矯直原理是多道次旋轉(zhuǎn)反彎原理對管材進行高精度矯直。

圖1 矯直輥2-2-2-2-2配置圖

2 WinCC flexible基本概念

WinCC flexible是新一代的西門子組態(tài)編程可視化軟件，其運行系統(tǒng)與自動化系統(tǒng)通訊，用于過程可視化、生產(chǎn)過程操作自動化，處理、維護報警信息和提供各種數(shù)據(jù)。WinCC flexible運行系統(tǒng)在Windows平臺上運行用戶組態(tài)程序，還可用于在組態(tài)計算機上模擬或測試用戶編譯完成后的組態(tài)文件。WinCC flexible具有開放簡明的擴展功能，帶有Visual Basic腳本功能，集成了ActiveX控件，可以集成在STEP7中，與用戶的STEP7項目共享相同的數(shù)據(jù)庫，包括符號表和地址等，從而直接看到其在STEP7中定義的變量符號表和地址等，可以在組態(tài)操作面板的同時對STEP7的符號表和通訊設(shè)置進行直接訪問，隨時修改變量地址、數(shù)據(jù)類型、通訊總線地址和協(xié)議等。

3 WinCC flexible在矯直機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

10輥管材矯直機的控制系統(tǒng)采用西門子S7-300PLC，通過MPI總線和操作臺上的人機界面MP277組成一體化的自動化網(wǎng)絡(luò)，由PLC進行相應(yīng)的工藝聯(lián)鎖和保護，并在人機界面上顯示，用于矯直機工藝操作和邏輯控制。

3.1 矯直機人機界面介紹

WinCC flexible在矯直機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，是通過人機界面MP277工作畫面軟件設(shè)計來實現(xiàn)的。畫面是項目的主要元素，通過其可操作和監(jiān)視系統(tǒng)，人機界面用畫面中可視化的畫面對象來反映實際的工業(yè)生產(chǎn)過程，系統(tǒng)主要組態(tài)有五個畫面：主畫面、工藝畫面、參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)監(jiān)視和單機操作。

主畫面主要用于監(jiān)視主電機的速度和電流，以及輥縫選定及其實際值的監(jiān)視；工藝畫面主要用于設(shè)定各種規(guī)格的參數(shù)，可保存直徑20～50mm之間的16種規(guī)格；參數(shù)設(shè)定畫面主要用于輥縫基準設(shè)定，一般不進入，只有在輥子需要更換、位移傳感器有移位調(diào)整或更換時才進入，其中分別有可調(diào)整的7個矯直輥位移傳感器在PLC里的基準數(shù)值、位移傳感器基準數(shù)值對應(yīng)的輥縫值、位移傳感器的實際值三個數(shù)值；狀態(tài)監(jiān)視畫面主要是用于監(jiān)視電機狀態(tài)；單機操作畫面主要用于各氣閥的單動操作、軟料筐收卷電機的收緊和放松的單動、輥縫調(diào)節(jié)單動操作的高低速切換。

3.2 WinCC flexible配方功能

通過WinCC flexible建立項目、編輯畫面，添加配方參數(shù)，實現(xiàn)與PLC的連接，供操作者在人機界面設(shè)置工藝參數(shù)以及觀察過程值。配方是同一類數(shù)據(jù)的集合，具有固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在組態(tài)階段，對配方的結(jié)構(gòu)進行一次性定義。一個配方中包含有多個配方數(shù)據(jù)記錄，這些數(shù)據(jù)記錄僅在數(shù)值方面有所不同，而非結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)存儲在人機界面或外部存儲介質(zhì)上。根據(jù)所需用途不同，配方的組態(tài)有所不同。若需在項目中使用配方視圖編輯配方，則數(shù)值僅能保存在配方數(shù)據(jù)記錄中；若要在項目中編輯配方畫面中的配方，則數(shù)值將保存在配方變量中。

WinCC flexible中，使用配方編輯器來創(chuàng)建、組態(tài)和編輯配方(圖2)。在配方“名稱”和“編號”文本框中輸入一組在項目中唯一標識該配方的名稱“new”和編號“2”。在配方成分區(qū)域中，輸入配方元素，新建配方之前先定義配方所需使用的變量。

圖2 創(chuàng)建配方畫面

3.3 腳本

當用戶進行組態(tài)編輯任務(wù)時，會大量使用WinCC flexible提供的預定義函數(shù)，還可以使用VB Script語言編寫程序來解決更為復雜的問題，實現(xiàn)自定義功能。腳本編輯器用于創(chuàng)建和編輯腳本。腳本具有兩種不同的類型：函數(shù)型和子程序型(SUB),函數(shù)型腳本具有一個返回值，而子程序型腳本則只作為一個過程來使用，沒有任何返回值。

在10輥矯直機人機界面中，運用了腳本功能，編寫子程序腳本如下：

If SmartTags("電機和閥變量DJQD")=False Then

LoadDataRecord 2, SmartTags("record_index"), Null

SetDataRecordTagsToPLC 2, Null

End If

在“電機和閥變量DJQD"都不啟動的情況下，裝載編號為“2”配方的數(shù)據(jù)記錄到內(nèi)部變量“record_index”中，下載配方編號為“2”的數(shù)據(jù)記錄到PLC中。

3.4 主畫面

10輥矯直機矯直的管材直徑在Ф20～Ф50mm之間，主要有16種規(guī)格，在WinCC flexible左側(cè)的“項目視圖中”選擇“文本列表”，建立管材直徑條目對應(yīng)的數(shù)字編號，名稱為“l(fā)ist”(圖3)。

圖3 主畫面

主畫面中，“管徑設(shè)定”框中選擇要矯直的管材規(guī)格，該管材規(guī)格和“文本列表”的“l(fā)ist”條目相對應(yīng)，對應(yīng)的變量名為內(nèi)部變量“record_index”,然后點擊“裝載”按鈕，把所選管材規(guī)格對應(yīng)的配方數(shù)據(jù)記錄下載“DataRecordan Download”到了PLC中。在主畫面中即可顯示1#、5#上輥輥縫、2#下輥、4#下輥反彎量的理論值。

4 工藝參數(shù)的設(shè)定及矯直輥基準調(diào)整

4.1 工藝參數(shù)的設(shè)定

當需要增加新的管材規(guī)格直徑或修改以前的工藝參數(shù)時, 在觸摸屏上點擊進入工藝畫面之后,可以看見壓下參數(shù)設(shè)定畫面(圖4)。增加新的參數(shù)時，按左下方的新建按鈕，依次輸入矯直規(guī)格、1#輥縫、2#輥位置、3#輥縫、4#輥位置、5#輥縫、2#反彎量和4#反彎量。記下該新建參數(shù)的編號(在主畫面上選擇新增加管徑規(guī)格的工藝參數(shù)時只能選擇編號，不能直接選擇規(guī)格)，在“l(fā)ist”文本列表中，不同管材的規(guī)格直徑和其編號一一對應(yīng)。要修改原有的管徑參數(shù)時，選擇要修改的規(guī)格，再在下面表格做出修改，然后按左下方的保存按鈕。

圖4 壓下參數(shù)設(shè)定畫面

4.2 矯直輥基準調(diào)整

當位移傳感器發(fā)生移動或其它原因造成需要再次校對基準時,在觸摸屏上按進入?yún)?shù)設(shè)定畫面(圖5)，該畫面需要輸入用戶名和密碼。校對基準時，把2#、4#下輥下降到和其它三輥平齊,然后把一根標準樣直管放進矯直機里,通過手動調(diào)節(jié)方式,使各輥緊靠管材,再在觸摸屏上設(shè)定基準數(shù)據(jù)。參數(shù)設(shè)定畫面表格的第一列為基準傳感器值，第二列為基準所對應(yīng)的輥縫值，第三列為傳感器實際值。完成上述步驟后，則畫面中第一列按第三列顯示的實際值一一對應(yīng)輸入，第二列上輥實際輥縫值則輸入管材直徑，下輥實際輥縫值則輸入0(因為與其它三輥平齊，所以其值也應(yīng)為0)。

圖5 參數(shù)設(shè)定畫面

5 矯直機輥縫的調(diào)整操作特點

輥縫控制精度對管材矯直精度起決定性作用，針對不同規(guī)格制品，需要調(diào)整相應(yīng)的輥縫。輥縫調(diào)整由相應(yīng)的位移傳感器采集其實時電壓信號，通過PLC運算將其輥縫數(shù)據(jù)顯示在人機界面上。輥縫調(diào)整分手動和自動調(diào)整，通過操作臺上選擇開關(guān)來實現(xiàn)。選擇手動調(diào)整時，利用矯直輥選擇開關(guān)，選擇對應(yīng)的輥子，通過操作壓上、壓下，可實現(xiàn)對應(yīng)矯直輥的上下移動；選擇自動調(diào)整時，啟動矯直輥自動調(diào)整按鈕，可實現(xiàn)對應(yīng)矯直輥的上下移動，所有輥子會統(tǒng)一調(diào)整到一定位置。

5.1 手動調(diào)整

主電機不能啟動，操作臺上“單動/聯(lián)動”開關(guān)在單動狀態(tài)，輥縫調(diào)整選擇開關(guān)“手動/停止/自動”在手動狀態(tài)，通過多位旋鈕選擇輥子號，再通過“壓上”和“壓下”按鈕調(diào)整輥縫，其輥縫值在觸摸屏的主畫面上顯示，且在單動畫面可切換調(diào)節(jié)速度。

5.2 自動調(diào)整

操作臺上“輥縫調(diào)整 手動/停止/自動”在自動狀態(tài)，在觸摸屏主畫面上選擇要矯直的規(guī)格，并按觸摸屏上的“裝載”按鈕，按下“矯直輥自動調(diào)整”進行粗調(diào)，所有輥子會依次調(diào)整到一定位置。再按下“矯直輥自動精調(diào)”，輥子就會按照觸摸屏選擇的規(guī)格設(shè)定精調(diào)到位，如果一次不能精調(diào)到位則按下該按鈕再次調(diào)整。

6 結(jié)論

WinCC flexible組態(tài)軟件在10輥高精度管材矯直機的應(yīng)用，解決了矯直理論數(shù)據(jù)和經(jīng)驗數(shù)據(jù)在控制單元有機結(jié)合的問題，實現(xiàn)了操作方式智能化和標準化的加工方式，減少矯直工藝過程中人為因素的影響。

該矯直設(shè)備機械結(jié)構(gòu)和電氣自動化技術(shù)水平的提升，結(jié)合操作方式的智能化，解決傳統(tǒng)的7輥矯直機、6輥矯直機矯直精度低，外徑橢圓和表面擦傷問題，加工后管材產(chǎn)品可達到較高的表面光潔度、精確的直線度、準確的圓度，完全滿足高端用戶的需求。

[1]西門子(中國)有限公司.深入淺出西門子人機界面[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.

[2]鐘衛(wèi)佳.銅加工技術(shù)實用手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2007.