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西门子FM458-1DP基本型模块

更新时间:2019-06-13

简要描述:

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一、包装薄膜打孔机工作原理 
该设备时候加工食品保鲜剂的包装袋,主要是通过针轮在包装袋上面扎孔。 中,由收卷电机产生拉力,带动各级滚轮运作,材料从放卷出来之后,首先通过张力调节,保持张力,然后经过滚轮和针轮,完成扎孔的加工,之后收卷轮收卷。
二、包装薄膜打孔机具体加工要求
启动后,电机需要从10HZ直接启动,经过150秒加速至40HZ,此时需要恒线速控制;线速度为70米/分钟;当放卷快完成时,转入10HZ低速运行,直到产品加工完,停机; 在10-40HZ的150S运行是属于加速,随着收卷的进行,线速度会随收卷的材料直径增大而递增,而线速度太快时加工得不到保障,因此用 PID控制,到40HZ之后恒定加工速度,当放卷到一定时候,再转入10HZ慢速运行,待加工完之后,停机,如图:
其中: 0-A段:加速运行150S; A-B段:PID恒线速度控制; B-C段:低速10HZ运行;给定采用叠加,由面板给定+PID叠加的;上电PID调节保持150S,初值设置为0,150S之后,参与恒线速度调节。
PID的实现: 因设备加工时,物料需要经过滚轮,而滚轮表面周长是恒定的,因此,只要恒定滚轮的转速,就可以恒定加工的线速度 通过在滚轮处安装编码器,将滚轮的量变成脉冲输出给到变频器,作为PID反馈源,同时变频器内部设定一个PID给定量,变频器将接收到的脉冲数量跟的给定量进行PID运算,控制收卷速度,实现恒线速的控制; 
现场设备数据以及PID建立:

 

探秘西门子工厂 接近“工业4.0

安贝格工厂内部。摄影:熊少翀

 

探秘西门子工厂 接近“工业4.0

工件在生产线上自动流转。摄影:熊少翀

Christoph解释称,生产线上的所有工件都已在虚拟中进行规划,有自己的“名称”和“地址”,具备各自的,因此“知道”什么时候、哪条生产线或哪个工艺需要它们。工件在运输线分岔路口暂停,是在识别去向信息。


滚轮周长=30.7CM, 
编码器规格:PNP型,2000脉冲/转 
要求线速度:70米/分钟; 
因此:70米/分钟对应编码器,每秒产生的脉冲数N为: N=70*2000/60*0.307≈7600HZ=7.6K 变频器脉冲输入,F5.30=50K, 
则:PID给定量:F9.01=7.6/50=15.2% PID反馈源:F9.02=4;DI5,脉冲输入反馈。
三 方案 
电机类型:普通三相异步电机 额定功率:1.5KW 额定电压:220V 额定电流:6.32A 额定:60HZ 额定转速:1720RPM。
变频器: 选择PD3000系列1.5KW/220V变频器,具有脉冲输入,PID脉冲反馈源,PID反转截止功能可以要求。
四 设备应用和调试
1、根据电机参数,修改变频器F2的电机参数,然后完成电机的静止调谐,确认电机转向 。
2、设定给定以及功能参数后,上电PID输出保持150S,即输出为0-A段,150S之后,PID开始参与调节,实际中,此时的收卷直径增大,PID的调节作用开始递减;输出为A-B段。 
3、当放卷到一定程度之后,变频器以点动10HZ保持运行,即运行于B-C段,收卷完之后停机; 实现了控制要求。
(一)机械零件的失效和机械故障
    机械失去工作能力称为故障,机器零件丧失规定的工作能力称为失效。机械的故障和零件的失效是分不开的。由于零件正常磨损或物理化学变化引起的零件变形、断裂、蚀损等使零件失效而引起的故障,此类故障也叫做自然故障。
    1、零件的磨损磨损是零件失效的主要和普遍的形式。
    2、零件的变形机器在工作中,由于受力的作用,使零件的尺寸和形状发生改变的现象叫变形。金属的变形包括性变形和塑性变形。
    3、零件的断裂零件在外力载荷作用下,首先发生性形变,当载荷所引起的应力超出性极限而继续时,材料可能产生塑性形变,后应力超过强度极限时发生断裂。
    4、蚀损零件在循环应力作用下表面发生的点状剥落称为疲劳点蚀;零件受周围介质的化学及电化学作用使表层金属发生的称为腐蚀;零件在温度变化和介质作用下表面产生针状孔洞,并不断扩大称为穴蚀。疲劳点蚀、腐蚀和穴蚀统称为蚀损。
    (二)机械故障的(修复)
    对于人为的事故性故障的主要靠使用、、人员素质,加强责任心的来达到。而对自然故障则只能通过和修理的来达到,通常主要有以下一些:
    1、主要恢复配合性质的修理(1)法一般利用螺栓紧度或垫片厚度来恢复配合件原有的配合关系,修理时不用对配合件进行加工(或只进行刮研),而只用垫片或垫片厚度的使其恢复到原始配合间隙。(2)修理尺寸法在进行修理时对配合件中较贵重零件进行机械加工恢复其几何形状,同时一个新的尺寸,然后将配合件中另一个磨损的零件废弃而更换一个新的与经过加工的零件相配合的零件,使该配合件的配合间隙恢复到初始间隙,如修轴换轴瓦,修缸套换等都是。这种修理要考虑零件结构上能够加工的可能性和零件修理后允许的机械强度,在此前提下应尽量修理;另一方面为了便于备品备件的供应其修理尺寸应加以化。(3)补充零件法(附加零件法)此法对于配合件的每个零件均予加工,并对其中的一个零件给以合理的缩径或扩孔,然后在其中补充一个同样材料或更高的衬套,以过盈或螺纹拧入或焊至原零件上,然后加工至配合尺寸,使配合性质达到要求。
    2、既恢复配合性质又恢复零件形状和尺寸的修理(1)焊接修复法金属焊接是借原子间的扩散和连接作用使分离的金属焊件牢固地结合成整体的,根据焊接设备不同,焊接有气焊和电焊等,许多断裂和磨损零件多半是采用补焊和堆焊修复的,有些零件在焊后再经过车、磨削加工,以达到恢复原几何形状和尺寸。

未来制造 数字之道

——西门子的数字化体验

自古以来,有着“天府之国”美誉的成都就是个享受安逸生活的好地方。安逸的生活也许是一众好友相邀打上一局酣畅淋漓的,或三五成群在宽窄巷子的灯影交错间对饮一杯清茶。然而在安逸之外,成都也不断发生着变化,“西部大开发”战略启动后的十余年间,它已成长为地区生产总值近万亿元的经济强市。据统计,已有200余家世界500强企业在成都落户,制造业、电子信息产业的崛起为这座城市增添了科技的标签。

 

在这座快速发展的城市中感受到科技为工业带来的变化并不难。在成都高新西区,有一座看起来“不起眼”的工厂。它外观低调朴素,内部却隐藏着巨大。全厂内实现了从管理、产品研发、生产到物流配送全过程的数字化, 并且通过信息技术,与德国生产基地和美国的研发中心进行数据互联。它是一个完整的数字化企业平台——西门子工业自动化产品成都生产研发基地(以下简称“西门子成都工厂”)。

 

说起“数字化”,其实并不难理解。在西门子成都工厂研发生产一件新产品,它都会拥有自己的数据信息。这些数据信息在研发、生产、物流的各个环节中被不断丰富,实时保存在一个数据平台中。而这座工厂的运行,都是基于这些数据基础,ERP、PLM(产品全生命周期管理系统)、MES(制造执行系统)、控制系统及供应链管理,全部实现了无缝的信息互联,从而造就出了一幅透明工厂的画面。

 

更精彩的是,这个工厂的绝大多数技术来自西门子自身,可谓一座“自己生产自己”的工厂。

数字化研发:协同快速

成都工厂承担着西门子全球工业自动化产品研发的角色。之所以能胜任,与NX及Teamcenter等西门子PLM数字化解决方案的全面应用不无关系。研发也是数字化工厂“数据链条”的起点,由研发环节产生的数据将在工厂的各个系统间实时传递,数据的同步更新避免了传统制造企业经常出现的由于沟通不畅产生的差错,也使得工厂的效率大大提升。有数据统计,由于数字化工厂协同快速的研发,可将产品的上市时间缩短50%。

由西门子成都工厂研发的新产品诞生于西门子PLM的产品开发解决方案NX软件。它支持产品开发中从设计到工程和制造的各个方面,并集成了多学科仿真,还能够提供全系列先进零部件制造应用的解决方案,这是其他计算机辅助设计软件所无法实现的。研发部门的工程师们可以通过NX软件进行模拟设计,还可以在设计过程中进行模拟组装,真正实现“可见即可得”。由于NX软件的应用而实现的数字化设计,可以大大缩短产品从设计到分析的迭代周期,也减少了多达90%的编程时间。产品开发的时间也就相应缩短了。

在NX软件中完成设计的产品,都会带着专属于自己的数据信息继续“生产旅程”。这些数据一方面通过CAM(计算机辅助制造系统)向生产线上传递,为完成接下来的制造过程做准备,另一方面也被同时“写”进数字化工厂的数据中心——Teamcenter软件中,供质量、采购和物流等部门共享。采购部门会依据产品的数据信息进行零部件的采购,质量部门会依据产品的数据信息进行验收,物流部门则是依据数据信息进行零部件的确认。

共享的数据库是Teamcenter的特点。当质量、采购、物流等不同部门调用数据时,他们使用的是共享的文档库,并且通过主干快速地连接到各责任方。即使数据发生更新,不同的部门也都能时间得到的数据,这就使得西门子成都工厂研发团队的工作量变得简单、高效了许多,避免了传统研发制造企业的研发和生产环节或不同部门之间由于数据平台不同造成的信息传输壁垒。

数字化生产:轻松高效

王云龙毕业于成都某院校的电子信息专业,是西门子成都工厂PLC(可编程控制器)装配工位上的一名普通员工。对比身边的大多数同事来说,他还算个新人,但这份工作对于他来说并不复杂,得益于西门子数字化企业平台的,将枯燥的制造生产变得轻松。

每天由西门子MES系统生成的电子任务单都会显示在王云龙工作台前方的电脑显示屏上,实时的数据交换间隔小于1秒,这就意味着他随时可以看到的版本。西门子MES系统SIMATIC IT包揽了传统制造企业生产计划调度的职能。没有了人工抄写的任务单,省去了不同产线交流的复杂环节。生产订单由MES统一下达,在与ERP系统高度的集成之下,可以实现生产计划、物料管理等数据的实时传送。此外,SIMATIC IT还集成了工厂信息管理、生产维护管理、物料追溯和管理、设备管理、品质管理、制造KPI分析等多种功能,可以保证工厂管理与生产的高度协同。

在王云龙的工作台上有5个不同的零件盒,每个零件盒上都配有指示灯。当自动引导小车送来一款待装配的产品时,电脑显示屏上会出现它的信息,相应所需零件盒上的指示灯亮起,王云龙就知道该安装什么零件了。这是由于传感器扫描了产品的条码信息,并将数据实时传输到了MES系统,MES系统再通过与西门子TIA(全集成自动化系统)的互联操纵零件盒指示灯,从而代替人完成了思考的过程。这种设计可以满足自动化产品“柔性”生产的需求(即在一条生产线上同时生产多种产品),有了指示灯的帮助,即使换另外一种产品王云龙也不会怕装错零件了。

西门子全集成自动化解决方案(TIA)在很大程度上替代了人类的大脑、视觉和手臂。西门子用可编程控制器(PLC)来引导生产流程,用视觉系统来识别质量、用自动引导小车来传递产品。通过PROFINET现场总线连接并传送数据,不仅使人的工作变轻松了,更能确保生产各环节的可靠、灵活与高效。

西门子成都工厂总经理Andreas Bukenberger针对高效生产给出了具体的数字:“成都工厂产品的一次通过率(FPY)可达到99%以上。”

王云龙确认了他装配好的产品,按下工作台上的一个按钮,自动化流水线上的传感器就会扫描产品的条码信息,记录它在这个工位的数据。MES系统SIMATIC IT将以该数据作为判断基础,向控制系统下达指令,指挥小车将它送去下一个目的地。”

在到达下一个工序前,产品要通过“严格”的检验程序,以可编程控制器(PLC)产品为例,在整个生产过程中针对该类产品的质量检测节点就超过20个。视觉检测是数字化工厂特有的质量检测方法,相机会拍下产品的图像与Teamcenter数据平台中的正确图像作比对,一点小小的瑕疵都逃不过SIMATIC IT品质管理模块的“眼睛”。对比传统制造企业的人工抽检,这显然要可靠又快速得多。”

在经过多次装配并接受过多道质量检测后,成品将被送到包装工位。再经过人工包装、装箱等环节,一箱包装好的自动化产品就会通过升降梯和传送带被自动运达物流中心或立体仓库。”

这样一个完整的生产环节,在传统的制造企业要通过几十甚至上百人的手去完成,而在西门子成都工厂的车间内,却看不见密集的流水线员工,大多数的工序都是自动完成的。”

利用西门子PLM和MES的信息互联,西门子还可以根据物料储备、交货时间等信息,在全球的工厂之间实时调配生产计划,以达到资源利用和物料配送的组合。”

Bukenberger说:“应用了西门子数字化企业平台解决方案的成都工厂与西门子在中国的其他工厂比较,产品的交货时间缩短了50%。”而西门子成都工厂的姊妹工厂——西门子德国安贝格电子制造工厂(EWA)目前可实现年产零部件100万件,即平均1秒生产一个产品,未来的成都工厂将有望冲击这一纪录。”

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