西门子SIMATICT-CPU在高速散热带成型机中的应用

　　本文通过介绍高速散热带成型机的电气控制系统，展示了西门子SIMATIC T-CPU在实现多轴复杂运动控制中的一些特点和优势，并介绍了研发过程中的一些体会。

　　一、项目概述

　　散热带是空调行业中，最重要也是用得最多的零部件之一，它对散热器和冷凝器的温控效果，起到非常重要的作用。由于散热带成型技术的工艺复杂性，而且空调行业对它的需求量又很大，所以它的制造工艺往往很难用简单的机械设备来实现。传统工艺制造方法是：通过机械的齿轮传动，加上简单的伺服控制。传统工艺制造的技术弱点是：工艺参数修改困难，而且控制精度较差。

　　此次，我们研制的这套散热带成型机设备，电气控制部分采用了西门子SIMATIC CPU315T-2DP对系统的各个传动轴进行精确的运动控制，不仅可以有效地提高传动轴的定位精度，同时能够在整个系统运行过程中实时修改工艺参数，很好地克服了传统设备中的技术弱点。

　　二、控制系统构成

　　图一

　　散热带成型机是一套典型的运动控制系统，它的原料是一盘被卷成盘状的散热带(见图一)，而它的成品是一根根有着同样长度和一定高度的锯齿型散热带(见图二)。

　　图二

　　这个机床共由六根轴构成(见图三)，对轴的各种操作和工艺参数，均是通过西门子的人机界面(HMI)来设定。系统的第一根轴是速度轴，通过变频器实现速度控制，其作用是将机床的原料--盘状的散热带按照系统设定的运行速度快速放出。系统的第二根轴经过齿轮箱和成型刀具相连，虽然它也是由变频器控制，但它却是机床的主轴，因为在它的轴端安装了作为整个系统主动轴的增量式编码器。第三根轴是一根从动轴，它的位置介于第一根轴和第二根轴之间起到一种阻尼和缓冲的作用。在传统的工艺中，这根轴被磁粉制动器所代替，但由于磁粉制动器的磁粉随着时间的推移被磁化，产品的质量得不到充分保证。现在我们将这根轴和主轴进行电子齿轮比的相对同步控制，使它和主轴形成一个微小的速差以产生一定的张力，这样既克服了磁粉制动器的缺点，同时也消除了由于原料不平整等因素引起的制造误差。

　　散热带经过了成型刀具成型之后，形成松散的锯齿状。但是，成品散热带的锯齿状是很紧密的，并且，散热带成锯齿状后有较强的弹性，不容易形成最终的形状。因此，第四、第五、第六根轴，要对整根散热带子进行多级整形调整。由于机床运行过程中，散热带的移动速度很快，要达到每秒三米，所以系统控制的一个难点是：各整形轴之间要配合得恰到好处，且不能产生累积误差。在这里我们使用了SIMATIC T-CPU所提供的绝对电子齿轮比作精确地同步功能，使得第四、第五、第六根轴和主轴末端的编码器实现位置同步，很好地解决了这一难题。