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(shí)現生產(chǎn)的連續性。四川攀枝花冷軋廠(chǎng)酸洗機組焊機主要特點(diǎn)是控制精度高、性能穩定。焊機控制系統由專(zhuān)為焊機設計的MIEMATIC205（以下簡(jiǎn)稱(chēng)M205）控制系統和西門(mén)子S5－115U控制系統組成。
2  控制系統
2.1  M205控制系統（系統控制框圖如圖1所示）
(1)  M205控制系統完成焊接電流和頂鍛機架的位置控制。其硬件分4個(gè)部分。
①  PC監控顯示的串行接口RS422 焊接過(guò)程顯示；焊接程序參數優(yōu)化；焊接參數記錄；高度調節標定。
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(gè)增量編碼器的控制；比例閥的控制/調節觸發(fā)。
③  位控模塊 PLC控制信號；高度調節位置控制；出口移送裝置位置控制；觸發(fā)比例閥、行程閥。
④  接收PLC數據的串行口 模擬數據記錄。
 

圖1  焊機控制系統框圖

(2)  控制/顯示功能全部在M205監視器上實(shí)現。對焊接電流和頂鍛機架位置進(jìn)行控制，要求控制系統具有響應速度快、數據處理能力強、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(hù)公用內存，具有32位數據處理能力；M205控制系統的KAMATEG編程語(yǔ)言可以集合用C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序。所以它能實(shí)現比較復雜的實(shí)時(shí)控制。在該控制系統中共有490個(gè)焊接程序對焊接電流和頂鍛機架位置進(jìn)行控制。一個(gè)焊接程序包含一次焊接過(guò)程所需要的所有參數，焊接前由從PLC數據口傳送來(lái)的帶鋼參數選擇焊接程序。自動(dòng)時(shí)，這些參數從生產(chǎn)線(xiàn)傳送過(guò)來(lái)；手動(dòng)時(shí)，由焊機操作工用鍵盤(pán)輸入。這些參數有：帶鋼寬度、帶鋼厚度、材料號、記錄號。
M205控制系統具有在線(xiàn)和離線(xiàn)兩種操作方式。
①  頂鍛機架位置在M205監視器上用條形圖和文本顯示，共有9個(gè)位置。
②  焊接過(guò)程的操作方式 焊接過(guò)程中的電流設定值。離線(xiàn)方式對焊接程序及焊接參數、專(zhuān)用數據進(jìn)行處理；
③  記錄 對最后50個(gè)焊接程序參數的記錄進(jìn)行顯示、打印輸出、存盤(pán)。
④  焊接程序 對M205中490個(gè)焊接程序進(jìn)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，焊接程序中的參數包括頂鍛機架在焊接過(guò)程中的各個(gè)階段距機架的距離設定值、點(diǎn)火速度（即點(diǎn)火期間頂鍛機架前進(jìn)的速度）、電流增加值（即焊接過(guò)程電流增加期間連續增加電流的設定值）、電流設定值（即點(diǎn)火開(kāi)始的電流值）、點(diǎn)火操作相位（即點(diǎn)火期間的焊接電壓）、頂鍛電流時(shí)間（即保持焊接電壓的時(shí)間）。
⑤  歸檔 對PC機上的490個(gè)焊接程序進(jìn)行存盤(pán)或調用。
⑥  專(zhuān)用方式 對專(zhuān)用數據進(jìn)行存盤(pán)、編輯、打印輸出。焊機正常工作后，一般不修改專(zhuān)用數據。這些數據包括出口移送裝置穩定時(shí)間及增量、頂鍛機架增量、頂鍛機架手動(dòng)前進(jìn)/后退速度、頂鍛機架返回原始位置的速度、高度調節穩定時(shí)間、誤差范圍及增量、主電源頻率及相關(guān)操作的實(shí)際控制范圍參數?？煽毓杩刂频牡谝粋€(gè)半波延時(shí)，由M205調節參數的PID控制器電流調節參數。
2.2  西門(mén)子S5-115U控制系統
S5-115U控制系統完成對焊機液壓、潤滑、冷卻、壓縮空氣系統的控制，對焊機設備動(dòng)作的控制，與生產(chǎn)線(xiàn)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(gè)有效的I/O設備，是安裝在S5-115U上的一個(gè)模板。它自帶鍵盤(pán)、顯示器、微處理器和內存，可以處理過(guò)程數據和映象顯示。
(2)  CP524通訊處理器完成S5、M205、生產(chǎn)線(xiàn)之間的通訊任務(wù)。
(3)  CPU945接收現場(chǎng)進(jìn)來(lái)的輸入信號，經(jīng)過(guò)處理后由PLC發(fā)出命令控制焊機各設備的運行。PLC有兩種編程語(yǔ)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(kāi)關(guān)。
CPU945控制面板上的指示燈狀態(tài)的意義見(jiàn)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(shí)，CPU把全部控制程序從RAM拷貝到內部存儲器中。電源故障時(shí)，控制程序被存儲在PLC的外部EPROM中；數字輸入/輸出的信號狀態(tài)存儲在CPU的“過(guò)程映象”中，過(guò)程映象是CPU RAM中的保留區；標志是存儲信號狀態(tài)的內存位置，RE方式掉電后標志不丟失，NR方式掉電后標志將丟失。

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(jìn)行測試。測試時(shí)關(guān)掉負載電路，用輸出模板上的LED檢查輸出功能；測試時(shí)還可以在程序中設置斷點(diǎn)逐句進(jìn)行測試。測試時(shí)程序只寫(xiě)到PIQ（輸出過(guò)程映象區）并從PII（輸入過(guò)程映象區）讀取，所有輸出被禁止?？刂颇０迳系腂ASP指示燈亮。如果程序測試時(shí)功能被PLC或程序錯誤中斷，PLC進(jìn)入STOP方式，控制面板上相應的LED亮，可以用編程器調用相應的程序測試功能檢查故障信息。值得注意的是，如果測試時(shí)沒(méi)有關(guān)閉負載電路，可能引起設備誤動(dòng)作，將會(huì )造成人員傷亡或設備損壞。測試時(shí)可進(jìn)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(xún)故障信號。方法如下：
①  用STATUS和STATS VAR測試功能顯示操作數和RLO（邏輯操作結果）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(kāi)始時(shí)，所有的輸出被設置為0，不需使用控制程序，直接把輸出設置成一個(gè)指定的信號狀態(tài)；該功能可用來(lái)檢查輸出模板的接線(xiàn)和功能，且不修改過(guò)程映象區，但取消了輸出禁止狀態(tài)。另外，PLC必須設置成程序測試功能或處于停止狀態(tài)，且不能帶負載電壓。通過(guò)該功能進(jìn)行測試的STEP5操作有：I，Q，F，S，T，C，D。
(6)  裝載控制程序的步驟
復位PLC：刪除PLC程序存儲器，刪除所有數據和錯誤指示燈，所有的系統數據在全復位后自動(dòng)變成初始值；全復位操作不刪除擴展系統數據區。進(jìn)行全復位有離線(xiàn)操作和在線(xiàn)操作兩種方法。離線(xiàn)操作：打開(kāi)PLC主電源→把RUN/STOP打到STOP位→把OR/RE/NE開(kāi)關(guān)打到OR位并保持→把RUN/STOP開(kāi)關(guān)從STOP位打到RUN位，兩次→放開(kāi)OR開(kāi)關(guān)；在線(xiàn)操作：用編程器上的PLC DELETTE功能。
①  傳送控制程序：在線(xiàn)用編程器的TRANSFER（傳送）功能。
②  傳送完成后，填寫(xiě)DB1（數據塊1）中的“PORT”參數或在控制程序中用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(shí)，操作系統設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內存區，故障發(fā)生時(shí)，相應的位被設置，可以用編程器逐字節查看這個(gè)存儲區的信息，以分析出故障原因。ISTACK共有兩個(gè)表，第一個(gè)表是控制位，表中的黑體部分是與CPU有關(guān)的信息；第二個(gè)表是中斷堆棧，可以從這個(gè)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地址計數器（SAC）指出了CPU進(jìn)入停止狀態(tài)前PLC中STEP語(yǔ)句的絕對地址，STEP相對的地址計數器（REL SAC）指出了CPU進(jìn)入停止狀態(tài)前產(chǎn)生故障的STEP5語(yǔ)句在塊內相對地址。
③  用BSTACK（塊堆棧）功能可以跟蹤程序找出出錯的PB、DB塊等。
常規錯誤分析見(jiàn)表2，用LED狀態(tài)分析故障見(jiàn)表3。

表2  常規錯誤判斷
 

表3  LED錯誤信息
 

3  結語(yǔ)
冷軋廠(chǎng)自1996年試車(chē)以來(lái)，年產(chǎn)量從50萬(wàn)噸達到今年的75萬(wàn)噸，該廠(chǎng)酸洗機組的米巴赫焊機發(fā)揮了極其重要的作用。實(shí)踐證明，此系統配置合理、穩定性好、可靠性高，設備自動(dòng)化程度高，維護和操作簡(jiǎn)單，取得了良好的經(jīng)濟和社會(huì )效益。