S200伺服在石材切割行业的应用

一、           项目简介

某新材料科技股份有限公司成立于2022年是一家科技型新材料民营企业，公司座落于xxxxxx，产品远销国外，公司致力于提升中国硬脆材料及工具行业的品牌形象，主要为石材玻璃提供整机解决方案。

本次项目组合绳锯机绳锯机主要由主电机、升降电机、飞轮、导向轮、绳锯链条组成，主电机负责驱动金刚绳来回切割，升降电机精确控制负载的进给量进行切割工作，组锯机被广泛用于石材切割行业。

本项目主要使用西门子的S7-1200+S200pn+G130变频+EP低压，主要清单如下：

二、控制系统构成

1.  整个项目中的硬件配置、系统结构：

由于组锯机属于单机设备，且不需要太多的数据通讯量和很高的运动控制性能，仅仅本体上需要扩展4路IO模块，通过PROFINET分别控制1台G130变频器和1台S200pn伺服，故选择性价比比较高的S7-1215c，主驱动主要是来回切换需要快速停车进行切换的同时要求要较高的动态响应，并且需要及时消耗发电的能量提高切割效率，故选择西门子的大功率变频器G130，升降结构要求电机在长时间运行在低速状态下并要求保持较高的扭矩，并且在放石材过程或者切割完成要求电机做位置控制，且要求电机运行在水雾切割恶劣环境运行，故选型西门子的S200pn伺服搭配1FL2电机。

2.  由于是采用单机设备，网络由一个8**换机进行线性拓补。

3.  多种可选方案的比较：

4.  客户初代机型主要使用施耐德PLC＋安川变频器＋汇川伺服主打国内市场，由于近年来石材行业价格内卷严重并且国内市场趋于饱和，客户迫切需要出口项目到中东或者欧美市场，面临机型的标准化和出口认证的限制并且需要综合考虑国外的技术服务售后能力，这也为西门子的方案提供了一个契机。

5.  最开始使用西门子的1510sp+G120xa＋单轴CU310-2pn，考虑到G120xa虽然性价比高，但是不能带制动电阻也不能四象限运行，且单轴的7kw s120伺服价格较贵订货周期较长，通过不断和客户沟通最终敲定选用西门子的标准plc＋通用伺服＋通用变频器方案（1215c+S200pn+G130pn）。

三、控制系统完成的功能

1.  主驱动机构G130主要用来带动金刚绳来回切割大理石材，单根绳锯直径8.7mm，可以实现水平行程9500mm，绳锯线速度可以达到35m/S,实现最大石材切割尺寸2139mm，通过PROFINET通讯352报文实现对主驱的速度控制，通过外加制动电阻消耗快速停机时的能量释放。

2.  升降机构S200PN主要用来带动石材上下运行速度为主位置模式为辅助，采用3号报文+定位轴控制方式，调用PLC Open指令进行单轴速度控制和位置定位，升降行程可以达到2300MM，全行程定位精准，最低进给速度可达2CM/H。

3.  1200plc主要用来记录石材的切割工艺效率参数并控制驱动并进行Modbus-Tcp通讯采集外围实时压力数据和电能表数据。

4.  此次触摸屏由于客户急于发货到海外使用之前第三方品牌，暂不描述

关键部分的调试过程描述：

5.  根据Selection驱动选型计算运动曲线

6.  通过添加定位轴，配置3号报文，设置好负载减速比，加速度、加加速度、跟随误差、控制回路增益KV值等动态限制参数。

7.   

通过Websever网页进行快速调试，进行面板快速调试和动态优化，进行点动测试。

8.  通过在博途中调用PLC-Open指令，使用MC- MoveJog指令对升降进行点动控制，使用MC- Power指令对轴进行使能，使用MC –Hlat指令对轴进行暂停操作，使用MC- MoveRelative指令对升降轴进行相对定位。

四、项目运行

  该组锯机项目已于2024年12月厂内全部调试完成，并已于2025年3月在意大利现场通过项目验收。从现场客户反馈的情况，整个控制系统运行稳定且控制效果较好。

五、应用体会

  1.调试中的问题使用s200工艺对象组态出现无法控制报警提示调整执行器组态时出错，驱动器无法控制，此问题因为博途中组态工艺对象的时候驱动器和编码器选项需要取消（组态过程中自动应用编码器值运行时自动应用编码器值），手动输入电机铭牌参数，此问题只针对s200固件 6.3 HF6版本以下。

2.升降驱动运行过程中偶尔出现速度波动问题

 这是因为测试和论证发现这是基于位置环后的速度给定，有规律的速度波动是正常的，把MC-MoveJog指令引脚Positioncontrol引脚改成false可以了。

。

与西门子的产品进行比较：

客户的老机型是施耐德plcTM221+汇川伺服SV630+安川变频器GA70B，由于多种品牌兼容性差，PLC通过发送脉冲控制伺服，通过端子控制变频器启停，从设计角度来讲需要熟悉多种品牌的特性和参数配置，从现场安装来讲需要布置大量接线来控制，花费较大工时，并带来较多的不确定性，从调试和验收阶段来讲，容易导致EMC电磁干扰等丢脉冲的情况。

使用西门子产品1200PLC＋S200伺服+G130变频器，产品全部支持PROFINET网络通讯，可减少布线量，通过报文的形式交互通讯数据，使用博途标准程序块编程，通过TIA博途集成软件实现PLC、 伺服、变频器的全方位调试，且可使用标准化设计方案，后续机型配置可通过复制拷贝方式进行快速化设计。

参考文献：

绳锯机电气系统[P].B28D1/06(2006.01):CN203045995U.2013-01-23 -  刘井德,庄锡

通石达MWS系列花岗石组合绳锯机