西门子Simotion运动控制系统在汽车冲压领域的应用

童宏涛

（上海鼎经自动化科技有限公司上海200000）

摘要：西门子公司的控制系统是该公司所推出的一项运动控制产品，这种运动控制产品借助了当前信息化技术，建立在某一驱动平台基础上的一种驱动系统，这种驱动系统具有强大的驱动力和控制力，并有效转变了以往一些控制系统系统中控制力不强等局面，并在汽车冲压领域中起到了格外明显的作用。鉴于此，本文着重分析研究了当前西门子Simotion运动控制在汽车冲压领域中的特殊应用，并对应用效果以及相关的控制功能进行分析，旨在汽车冲压领域的进一步发展献力。

关键字：西门子；控制系统；汽车冲压领域

前言

近些年来，随着社会主义市场经济体制的不断深入发展，为我国各领域的进一步发展带来了重大的机遇。有其是我国的汽车行业更是得到了长足的发展。在这一大环境下，越来越多的的新技术和新产品逐渐进入了汽车行业，更是在一定程度上促进了我国汽车制造业技术水平的提升。汽车生产制造水平逐渐医生，以往传统的生产制造方式也逐渐不适应当前汽车制造业的技术发展。只有高度自动化和具有一定柔性化的现代生产制造方式才可以顺应当前汽车制造产业的发展。

1.运动控制系统

运动控制系统主要指的是将电动机作为主要控制对象，并以控制器作为系统的核心，将电力电子作为功率变换装置过程中的主要执行机构，从而在自动控制理论指导下组成的电气传动自动控制体系。因此，运动控制系统从某种角度上来讲可以当做一种自动的控制系统来帮助机器有效的实现转矩、速度、位移等相关的机械运动控制，并达到预期的效果。由于运动控制系统是由上位控制器、放大元件、执行元件以及机械运动文件等相关元件所组成，这些元件都有着自己所要负责的领域。其中的上位控制器主要是需要通过具有一定运动性能的PLC进行实现，其目的是为了根据给定的制定和状态来实时的计算相关的运动速度和位置。放大元件是由驱动器来实现，其主要目的是将上位控制器中传递的相关指令信号进行合适的功率切换，驱动执行元件的运动。执行元件主要指的是由进电机以及相关的交流电机等进行实现，主要是收集驱动装置的信号，将电能转化成机械能，实现负载运动。人机交互平台的目的是为了更好的实现人和上位控制器中的交互通信，将相关的控制参数传到控制器中，以此来有效实现减震等作用。

2.运动控制系统在汽车冲压领域的作用

运动系统是现代化科技进步和发展的产物，在我国汽车领域无疑起到了较为卓越的发展。尤其是应用在汽车冲压领域中更是有效转变并弥补了以往冲压过程中技术和流程不成熟的问题，凭借着先进的技术和更为完善的流程进一步提升了汽车冲压领域技术发展水平。在全新的汽车冲压自动化发展的过程中，依靠着运动控制系统完成了整个压机线自动化的冲压生产。主要是相关的技术工作人员将相关的工序和模具进行准别和完善，由叉车将所需的材料运输到相关的工位上，并通过磁力的分张后，通过真空发生器取下相关的板料，将其送到中巢，将吸取板料时，通过传感器进行检测，在检测到双料后在重新吸收新的板料。在进行冲压工作后需要经过过渡台进行工艺位置的调整，直到最后一台压机完成相关的冲压后，进行相关的人工检查，如图一所示：

图1汽车冲压工艺流程图

上图中项目系统主要采用的是西门子SimotionD435分布控制方案，在此基础上增加了317F-2PN的安全PLC以及上位机，在这过程中的每个单元的D435以及317F，以及D435和工控机之间采用的PROFINET通信，相关的网络拓扑主要为图2

图2网络拓扑

3.西门子Simotion运动控制系统在汽车冲压领域的应用

3.1项目概述

某汽车股份公司是我国一家大型的股份制公司，成立于2003年，总公司坐落在进行国家经济技术开发区，在一期注册资金12亿元左右，并在2008的总产量突破了100万量。这一可喜的成绩成为了我国自主品牌百万辆汽车的龙头企业。近年来，随着科技的发展和时代的进步，汽车制造领域更是得到了长足的发展，为了进一步顺应市场经济的发展，并在众多激烈的竞争中脱颖而出，该汽车企业更是扩大了生产规模，以此来保持企业的可持续发展，但随着生产规模的逐渐扩大，冲压对企业的产量和质量更是起到了一定的影响，尤其是冲压设备自动化的先进程度更是影响着当前公司冲压产能的发展。该汽车制造企业也逐渐面临了冲压设备自动化较低的情况。因此，为了进一步提升公司的研发水平，保持公司的可持续发展，该汽车制造业致力于打造汽车的自动化工厂，并通过这种自动化工厂来优化冲压的性能，并保证产品的质量，降低相关专业技术人员的工作强度，并加强对冲压自动化设备的重视程度，尤其是对其进行了较大的投资。在这过程中建中的33、36、38等线冲压自动化生产线进行作为该汽车企业的冲压项目中的一部分，率先引用了先进的控制系统，并取得了较为理想的成绩。该线主要是采用机械手上下料传输的方式来实现自动化的生产，并分为5个主要的生产环节。在机械部分主要是由德国产品提供，电气控制方面是西门子SimotionD345运动控制。

3.2控制系统

为了进一步提升冲压的效果，并促进该汽车制造业技术方面的提升，便要对控制系统给予一定的重视程度。在这过程中相关专业的技术人员需要考虑到5台冲压机工序的独立性，由于冲压工序中的电气控制系统主要由5部分构成，在线头操作的位置上设有一个winCC的主控操作站，这一操作站为研华工控机，由于在进行冲压的整个过程中需要保证机械手的X和Z轴的同时运动，且整线控制轴数较多，这就需要与压机设备以及其他相关的辅助设备进行联锁，并实现共同协作的方式，并最终完成同步运动。这就需要采用伺服运动控制系统来实现整个自动化的需求。在对该汽车生产制造企业进行细致的分析研究后，最终选择了西门子公司的SimotionD345作为整个整线的主要控制设备，作为整线的运动控制器对冲压起到了巨大的影响。与此同时，还需要在下面外扩进行电机和电源的模块，以此来完善不同单元的运动控制。由于每个单元的控制核心均为西门子公司的SimotionD345，除了第五单元外，每个D345都可以对5个伺服轴进行合理的控制，由于第五单元的控制轴数为7，这就需要外扩另一个CU320来满足相关的控制需求。为了进一步保证不同单元D345之间通信的高速性和实时性，相关专业技术人员选用了西门子公司中最新的总线产品，并保证各单元的下级设备ET200S可以通过D345的通信，还要在每个单元中配置相关的编码器的转接口，以此来有效实现对编码器信号的有效采集。由于西门子该型号的控制器主要是属于分布式的运动控制系统，其主要作用是集成在新的驱动系统的控制模板上，成为一种紧凑且拥有控制器和启动器的一个驱动器系统。该系统在小型机械、分布式自动化结构以及模块化设计机器等具有较好的应用，尤其是对于一些大型系统来讲，在这过程中更是可以通过多种的SimotionD345来代替SimotionP以及少数CU的使用，通过其使用来减少CU的拓展，并减少相应的扫描相应时间，这种替换的方法更是提升系统运行能力以及处理器的重要举措。除此之外，相关专业的技术研究人员在使用SimotionD345后可以将整线的逻辑、监控以及运动等环节进行分别的处理，并通过分别的处理来进一步缩小系统的控制负担，从而进一步提升现场操作设备维护的便捷性和高效性，更能在一定程度上减少停机的故障。该汽车生产制造企业在引入该系统进行冲压工作时，有效的提升了新工作效率，并减少了编程的调试时间。

3.3系统应用功能

该系统在应用的过程中主要实现了以下几点功能，首先是多轴同步控制功能，在多轴同步控制下的SimotionD控制系统以及驱动系统的高度集成，可以完成多轴的同步控制。换句话说，多种名同步控制中的虚拟主轴技术更是可以有效的实现整线的同步运动，对于该项目以往压机的进行的传输系统的相关工作人员而言，需要进行插补控制来有效的实现相关水平以及竖直运动的同步进行，还要通过建立压机虚轴以及外部的编码器相关联来有效实现压机模块与机械手位置的检测。其次是速度与位置的控制功能，对于机械手上下料而言，在实际施工的过程中需要有效的满足相关的冲压零件的被准确的送入进行各工序的模具内进行，才能保证零件的正常使用，并减少报废等情况的发生。在这过程中，为了进一步满足相关生产节拍的要求，更是需要保证机械手的实际运动速度与压机冲压的特点相符，从而实现满足频繁加减速度的需求。再次，为了有效的保证机械手的位置的安全，并方便相关工作人员可以安全高效的进行施工，就需要保证压机工作角度的完善，若是压机的工作角度在危险的地方时，需要立即停止进行压机的运行。最后是安全与信息功能的实现，由于在上一章曾说明整线安全方案的具体实施需要根据最新的技术运用来完成，整线的自动化控制系统对安全以及通信等相关要求而决定的。再加上38线具有较高的自动化程度，且系统较为复杂，功能较为强大，若是通过PROFINENT集成profisafe的功能信号进行传输时，更是可以实现整线的安全控制功能。

3.4应用效果

由于此次研究项目中的电气控制主要是采用西门子公司的simotionD控制系统，作为西门子公司中推出的一个新型控制产品，是基于SINAMICS驱动平台的一个驱动系统，该驱动系统具有极其紧凑和强大控制力的驱动技术，在实际使用的过程中更是可以有效的完成多轴的同步控制。与此同时，5个单元的D345分布控制过程中还可以方便进行调试编程，也能有效的进行故障方面的诊断，SCOUT编程软件界面清晰且直观，熟悉S7编程环境的相关技术人员均可以进行合理的掌握，并减少编程过程中存在的问题，在进行编程的过程中更能方便相关工作人员的维护和管理。由于调试是一个具有持续性特点的工作，更是一个不断能发现问题且进行及时解决问题的工作，这就需要在系统运行的过程中进行实时的监控调试，由于本系统过于复杂，涉及相关自动化的产品较多，但整线采用的机电技术水平较高，还是可以有效的提升其冲压水平。

结束语总而言之，随着我国汽车工业化发展的不断深入，相关的运动控制系统也逐渐完善，控制系统在汽车冲压领域中所起到的重要性不言而喻。因此，只有选用先进且性能较好的控制系统才能在汽车的冲压领域中体现出最大的价值。通过上述项目分析研究可知，采用先进的机电技术，并提供防护等级较高的保护可以有效的提升其冲压产能，更可以促进我国汽车制造业的技术转型和提升。

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作者简介：

童宏涛：1983.10，男，汉族，江西上饶市人，江西理工大学，本科学历，电气工程及其自动化专业，从事非标自动化设计领域，钢铁和汽车行业非标自动化设计工作十多年，主导研发多项自动控制系统设计工作。