Ward/Kraft看到伺服技术的未来

西门子全面集成自动化部分计划

Ward/Kraft, Inc.是一家私营的、全国知名的商业表格/标签和文件制造商。五年前，该公司进行了一项成本效益分析，比较了直线轴传动和伺服驱动的机器。研究发现，随着时间的推移，对伺服技术的投资将在更快的生产时间、更少的浪费和更少的机械维修中获得回报。Ward/Kraft还找到了西门子能源自动化公司(Siemens Energy and Automation)的合作伙伴，后者为其业务提供了该公司所谓的“完全集成自动化”方法。

Ward/Kraft电气工程师Steve Adamson表示:“从第一天开始，该计划就要求我们在室内设计和制造所有机器，并在我们制造的任何机器上安装伺服系统。”“技术是存在的。支持是存在的。但是，我们必须用多年的时间来建立信心。”

这个计划正在起作用。1972年在堪萨斯州斯科特堡成立。在美国，该公司的规模在过去10年里翻了一番。亚当森认为，成功的关键在于高层管理人员对未来的投资意愿，尤其是对机械部门的投资。

“大多数像我们这样规模的公司不会预先投资1万美元或200万美元成立内部机械部门。”亚当森说。“然后问题就出现了;我们能给它配备优秀的人员来维护系统吗?沃德/卡夫在独立的印刷行业是独一无二的。很少有像我们这样规模的公司能做到这一点。这使我们的总成本降低了30%，从而获得了竞争优势。”

作为战略的一部分，Ward/Kraft评估了许多潜在的供应商，以提供制造机器所需的自动化技术和服务。在与西门子能源和自动化公司合作进行之前的PLC和软件改造后，Ward/Kraft聘请西门子公司帮助其建造首台伺服驱动精加工机。

亚当森说:“我们选择供应商的方式是听取他们的意见，并与他们一起进行初步研究。”“这就是为什么我们选择西门子来帮助建造我们的通用压力机(VPM04)精加工机。他们支持他们的主张。因为他们对我们项目的承诺，我们给了他们机会。”

动力轴的问题
老版本的VPM都是直线轴驱动的。一个主要的20马力电机通过线轴运行整个机器，”亚当森说。“整个机器的登记不一致，机械故障太常见了。插入系统也由直线轴驱动，由大量的皮带和滑轮组成，还包含一个校正齿轮箱、校正伺服器、编码器和其他传感器和组件。”

亚当森说，登记调整之前的VPM机器是使用手动曲柄和校正变速箱。他说，在通过校正变速箱进行小的调整时，公司也遇到了精度方面的困难。“在安装过程中，操作员越快注册机器，所涉及的浪费就越少。在重新设计机器时，尽量减少浪费一直是最优先考虑的事情。”

更好的注册，更高的速度
VPM04是一台独立的四轴精加工机，在Fort Scott工厂建造，并分批运输到该公司的Fredericktown, Ohio工厂。根据亚当森的说法，建造这台机器花了大约六个月的时间。Ward/Kraft与西门子紧密合作，为线轴问题找到正确的伺服解决方案。

“我们已经能够以更高的速度实现更好的注册，”亚当森说。“在老式的线轴VPM版本中，速度变化会导致寄存器移出。但现在一切都很紧张，我们可以上下提速，而不会出现注册问题。”

亚当森说:“我们得到的纸卷是针对我们要打印的工作类型的。”“在我们的行业中，我们被称为‘狭窄的网络’公司。大多数时候，我们的产品都是24英寸或更小，而且大多数都在14-16英寸的范围内。”

整理过程开始时，预先印好的卷纸装载到接合器上。纸张馈送到VPM04机器重新插入站轴在最高速度500英尺每分钟。一旦纸张被重新插入，它将经过代表第二和第三轴的两个涂层工位。第四轴的精加工站穿孔和切割的纸张为11“X 8½”页。然后将产品折叠并堆叠起来。如果需要，纸张可以通过另一台机器再次印刷。

一个完全集成的自动化解决方案
四个SIMOVERT MASTERDRIVES™MC驱动单元通过高速PROFIBUS-DP通信系统与一个西门子S7-315可编程逻辑控制器(PLC)通信。该驱动器技术包括一个虚拟主机，通过PROFIBUS以12maud向所有驱动器传输速度和位置数据。PLC和驱动器被安置在VPM04旁边的一个机柜中。

PLC为虚拟主机提供一个速度设置点，执行各种机器设置的参数更改，并确保机器启动和关闭的适当顺序。处理器还执行机器功能联锁。

每个驱动器控制一个西门子1FT6伺服电机，每个轴一个伺服电机。重新插入驱动单元是5马力和控制一个4.7马力伺服电机。两个涂层站各有5马力驱动器以及4.3马力伺服电机。最后的精加工驱动器是15马力和控制一个13马力伺服电机。驱动器是利用在STEP 7 SIMATIC®Manager工程环境下运行的drives ES软件编写的。

一根通信电缆将系统连接在一起。使用PROFBUS DP的运动控制功能，整个系统得到了简化，Adamson说。传统上，现场总线电缆和运动总线电缆需要执行电子线路轴和顺序控制功能。

PROFIBUS DP的内置功能包括异步和广播模式，以及点对点通信和时钟同步任务。这使得现场总线和运动总线成为一体，从而在硬件和工程上节约了成本。PROFIBUS DP的运动控制配置了STEP 7硬件配置器和Drives ES，可实现多驱动器、高速、点对点的位置和速度设置同步。

步骤7的SIMATIC Manager提供了一个集成开发环境，其中:

1. 驱动器ES基本编程，设计时驱动器参数化集可以保存到磁盘或在项目之间复制。Drives ES Basic还可以用于在线监控和修改驱动器参数。
2. 函数块从梯形逻辑编程运行时驱动参数化，包括技术常量。Ward/Kraft (PDAT_ASYNC)使用的功能块与Drives ES SIMATIC软件一起提供。
3. 运行时驱动过程数据R/W，包括控制字和设定点，由梯形逻辑调用的函数块处理。这些功能块(PCD_SEND, PCD_RECV)也包含在Drives ES SIMATIC软件中。

驱动器ES SIMATIC功能块通过一个简单的硬件配置地址将PLC梯形逻辑映射到驱动器。整个范围的PLC内存地址，包括数据块结构，然后可用于驱动器通信功能块在阶梯逻辑。

Adamson解释道:“通常情况下，我们会使用SIMOLINK驱动光纤电缆的通信，然后使用PROFIBUS驱动PLC的通信。”“我们决定使用PROFIBUS来处理所有驱动器间的通信，使用PLC来驱动通信，因为当使用drive ES软件包时，可以节省硬件成本并简化编程。”

HMI通过安装在中央控制顾问上的西门子TP170触摸面板提供。在重新插入过程中，硬线连接到驱动器的彩色标记传感器用于读取纸上预先打印的选票标记。这允许驱动器采取的纸位置的实时样本，每重复一次，并比较它的实际位置上的重新插入伺服。

误差是通过重新插入伺服利用驱动器内的位置修剪值来纠正的。这在整个涂布和整理过程中保持了一致的纸张位置，并允许良好的登记。亚当森表示，在过去，操作员不得不依靠手动调整来纠正注册问题。现在，由于伺服技术，操作员可以通过触摸按钮来调整注册。

TP170触控面板是一个基于Windows ce的平台，在机器周围的不同位置提供监视和控制功能。TP170上的内置MPI(多点接口)PROFIBUS端口允许无缝集成到S7网络回PLC以及PC工作站。HMI屏幕是用西门子HMI配置包协议开发的，可以集成到step7环境中。TP170支持远程控制模式，自动接收HMI配置通过协议在PC工作站和重新启动本身。

成本节约底线
“印刷机上一些较小的工作只有几千英尺长。如果你浪费了500英尺，你可以很快浪费10%，”亚当森说。“有了伺服驱动器，我们可以把这个数字减少一半，你可以看到节省。当我们进入伺服驱动器领域时，这就是我对公司老板的推销说辞。你将用折旧期间节省下来的浪费来支付。

他继续说:“随着时间的推移，我们预计与直线轴驱动机器相比，浪费数字将大幅下降。”“这让我们更有竞争力，因为这些节省直接影响到底线。”