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何  凱

1  引言
閃光對縫焊機由德國MIEBACH公司生產(chǎn)制造，主要用在冶金工業(yè)的帶鋼連接，實現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)性。四川攀枝花冷軋廠酸洗機組焊機主要特點是控制精度高、性能穩(wěn)定。焊機控制系統(tǒng)由專為焊機設(shè)計的MIEMATIC205（以下簡稱M205）控制系統(tǒng)和西門子S5－115U控制系統(tǒng)組成。
2  控制系統(tǒng)
2.1  M205控制系統(tǒng)（系統(tǒng)控制框圖如圖1所示）
(1)  M205控制系統(tǒng)完成焊接電流和頂鍛機架的位置控制。其硬件分4個部分。
①  PC監(jiān)控顯示的串行接口RS422 焊接過程顯示；焊接程序參數(shù)優(yōu)化；焊接參數(shù)記錄；高度調(diào)節(jié)標(biāo)定。
②  焊接模塊 PLC控制信號；可控硅功率組控制；電流、電壓、溫度測量；測量頂鍛機架位置的一個增量編碼器的控制；比例閥的控制/調(diào)節(jié)觸發(fā)。
③  位控模塊 PLC控制信號；高度調(diào)節(jié)位置控制；出口移送裝置位置控制；觸發(fā)比例閥、行程閥。
④  接收PLC數(shù)據(jù)的串行口 模擬數(shù)據(jù)記錄。
 

圖1  焊機控制系統(tǒng)框圖

(2)  控制/顯示功能全部在M205監(jiān)視器上實現(xiàn)。對焊接電流和頂鍛機架位置進行控制，要求控制系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、數(shù)據(jù)處理能力強、計算精度高的性能。M205控制單元CPU中使用了PIODER微處理器并充分利用了用戶公用內(nèi)存，具有32位數(shù)據(jù)處理能力；M205控制系統(tǒng)的KAMATEG編程語言可以集合用C語言編寫的程序。所以它能實現(xiàn)比較復(fù)雜的實時控制。在該控制系統(tǒng)中共有490個焊接程序?qū)附与娏骱晚斿憴C架位置進行控制。一個焊接程序包含一次焊接過程所需要的所有參數(shù)，焊接前由從PLC數(shù)據(jù)口傳送來的帶鋼參數(shù)選擇焊接程序。自動時，這些參數(shù)從生產(chǎn)線傳送過來；手動時，由焊機操作工用鍵盤輸入。這些參數(shù)有：帶鋼寬度、帶鋼厚度、材料號、記錄號。
M205控制系統(tǒng)具有在線和離線兩種操作方式。
①  頂鍛機架位置在M205監(jiān)視器上用條形圖和文本顯示，共有9個位置。
②  焊接過程的操作方式 焊接過程中的電流設(shè)定值。離線方式對焊接程序及焊接參數(shù)、專用數(shù)據(jù)進行處理；
③  記錄 對最后50個焊接程序參數(shù)的記錄進行顯示、打印輸出、存盤。
④  焊接程序 對M205中490個焊接程序進行編輯、刪除、拷貝。如果焊縫質(zhì)量不好可以修改焊接程序中的相關(guān)參數(shù)，焊接程序中的參數(shù)包括頂鍛機架在焊接過程中的各個階段距機架的距離設(shè)定值、點火速度（即點火期間頂鍛機架前進的速度）、電流增加值（即焊接過程電流增加期間連續(xù)增加電流的設(shè)定值）、電流設(shè)定值（即點火開始的電流值）、點火操作相位（即點火期間的焊接電壓）、頂鍛電流時間（即保持焊接電壓的時間）。
⑤  歸檔 對PC機上的490個焊接程序進行存盤或調(diào)用。
⑥  專用方式 對專用數(shù)據(jù)進行存盤、編輯、打印輸出。焊機正常工作后，一般不修改專用數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括出口移送裝置穩(wěn)定時間及增量、頂鍛機架增量、頂鍛機架手動前進/后退速度、頂鍛機架返回原始位置的速度、高度調(diào)節(jié)穩(wěn)定時間、誤差范圍及增量、主電源頻率及相關(guān)操作的實際控制范圍參數(shù)。可控硅控制的第一個半波延時，由M205調(diào)節(jié)參數(shù)的PID控制器電流調(diào)節(jié)參數(shù)。
2.2  西門子S5-115U控制系統(tǒng)
S5-115U控制系統(tǒng)完成對焊機液壓、潤滑、冷卻、壓縮空氣系統(tǒng)的控制，對焊機設(shè)備動作的控制，與生產(chǎn)線及M205的通訊。它主要由WF470、CP524和CPU945三部分組成。
(1)  WF470作為S5-115U的一個有效的I/O設(shè)備，是安裝在S5-115U上的一個模板。它自帶鍵盤、顯示器、微處理器和內(nèi)存，可以處理過程數(shù)據(jù)和映象顯示。
(2)  CP524通訊處理器完成S5、M205、生產(chǎn)線之間的通訊任務(wù)。
(3)  CPU945接收現(xiàn)場進來的輸入信號，經(jīng)過處理后由PLC發(fā)出命令控制焊機各設(shè)備的運行。PLC有兩種編程語言，即STEP5(邏輯控制部分)和GRAPH5(順序控制部分)。
(4)  CPU945硬件包括電源模板PS951、中央處理器CPU、通訊處理器CP、I/O模板、接口模板、智能I/O模板、CPU處理器、控制面板上的指示燈和控制開關(guān)。
CPU945控制面板上的指示燈狀態(tài)的意義見表1。
(5)  測試控制程序
焊機的控制程序都存儲在CPU的RAM中，PLC運行時，CPU把全部控制程序從RAM拷貝到內(nèi)部存儲器中。電源故障時，控制程序被存儲在PLC的外部EPROM中；數(shù)字輸入/輸出的信號狀態(tài)存儲在CPU的“過程映象”中，過程映象是CPU RAM中的保留區(qū)；標(biāo)志是存儲信號狀態(tài)的內(nèi)存位置，RE方式掉電后標(biāo)志不丟失，NR方式掉電后標(biāo)志將丟失。

表1  CPU945指示燈狀態(tài)意義

把控制程序裝入PLC以前，必須對控制程序進行測試。測試時關(guān)掉負(fù)載電路，用輸出模板上的LED檢查輸出功能；測試時還可以在程序中設(shè)置斷點逐句進行測試。測試時程序只寫到PIQ（輸出過程映象區(qū)）并從PII（輸入過程映象區(qū)）讀取，所有輸出被禁止。控制模板上的BASP指示燈亮。如果程序測試時功能被PLC或程序錯誤中斷，PLC進入STOP方式，控制面板上相應(yīng)的LED亮，可以用編程器調(diào)用相應(yīng)的程序測試功能檢查故障信息。值得注意的是，如果測試時沒有關(guān)閉負(fù)載電路，可能引起設(shè)備誤動作，將會造成人員傷亡或設(shè)備損壞。測試時可進行輸入和輸出檢查（可以修改程序），顯示信號狀態(tài)，強制輸出和變量，查詢故障信號。方法如下：
①  用STATUS和STATS VAR測試功能顯示操作數(shù)和RLO（邏輯操作結(jié)果）的狀態(tài)。
②  用FORCE OUTPUT（強制輸出）和FORCE VARIABLE（強制變量）功能
在強制功能開始時，所有的輸出被設(shè)置為0，不需使用控制程序，直接把輸出設(shè)置成一個指定的信號狀態(tài)；該功能可用來檢查輸出模板的接線和功能，且不修改過程映象區(qū)，但取消了輸出禁止?fàn)顟B(tài)。另外，PLC必須設(shè)置成程序測試功能或處于停止?fàn)顟B(tài)，且不能帶負(fù)載電壓。通過該功能進行測試的STEP5操作有：I，Q，F(xiàn)，S，T，C，D。
(6)  裝載控制程序的步驟
復(fù)位PLC：刪除PLC程序存儲器，刪除所有數(shù)據(jù)和錯誤指示燈，所有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)在全復(fù)位后自動變成初始值；全復(fù)位操作不刪除擴展系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)。進行全復(fù)位有離線操作和在線操作兩種方法。離線操作：打開PLC主電源→把RUN/STOP打到STOP位→把OR/RE/NE開關(guān)打到OR位并保持→把RUN/STOP開關(guān)從STOP位打到RUN位，兩次→放開OR開關(guān)；在線操作：用編程器上的PLC DELETTE功能。
①  傳送控制程序：在線用編程器的TRANSFER（傳送）功能。
②  傳送完成后，填寫DB1（數(shù)據(jù)塊1）中的“PORT”參數(shù)或在控制程序中用SURT操作激活軟件保護功能。
(7)  用編程器分析中斷
故障發(fā)生時，操作系統(tǒng)設(shè)置了各種可以用編程器上的“ISTACK（中斷堆棧）”功能掃描的“分析位”，CPU上的LED也指出了一些故障。
①  “ISTACK”分析 “ISTACK”是存儲故障報表的CPU內(nèi)存區(qū)，故障發(fā)生時，相應(yīng)的位被設(shè)置，可以用編程器逐字節(jié)查看這個存儲區(qū)的信息，以分析出故障原因。ISTACK共有兩個表，第一個表是控制位，表中的黑體部分是與CPU有關(guān)的信息；第二個表是中斷堆棧，可以從這個表中找出產(chǎn)生故障的塊號、中斷原因和代碼。
②  錯誤地址 ISTACK中的STEP地址計數(shù)器（SAC）指出了CPU進入停止?fàn)顟B(tài)前PLC中STEP語句的絕對地址，STEP相對的地址計數(shù)器（REL SAC）指出了CPU進入停止?fàn)顟B(tài)前產(chǎn)生故障的STEP5語句在塊內(nèi)相對地址。
③  用BSTACK（塊堆棧）功能可以跟蹤程序找出出錯的PB、DB塊等。
常規(guī)錯誤分析見表2，用LED狀態(tài)分析故障見表3。

表2  常規(guī)錯誤判斷
 

表3  LED錯誤信息
 

3  結(jié)語
冷軋廠自1996年試車以來，年產(chǎn)量從50萬噸達(dá)到今年的75萬噸，該廠酸洗機組的米巴赫焊機發(fā)揮了極其重要的作用。實踐證明，此系統(tǒng)配置合理、穩(wěn)定性好、可靠性高，設(shè)備自動化程度高，維護和操作簡單，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。