【畅学技术】SINAMICS S200 PN 应用参考(下)

1、概述

随着西门子新一代伺服驱动系统 SINAMICS S200 PROFINET 版本的推出，SINAMICS S200 将与 SIMOTICS S-1FL2 与 Motion Connect 350/380 相结合，作为新型单轴 AC/AC 伺服系统，增强了伺服驱动产品的竞争力并扩大了西门子在标准伺服市场的产品组合覆盖范围。

S200 PROFINET 版本由基本版 (S200 Basic PN) 和标准版 (S200 PN) 组成。借助 PROFINET 接口，系统可与 SIMATIC 控制器完美结合，帮助用户实现从基本到高级的各类运动控制任务。



图1-1

为了使工程师能够快速、方便地了解 SINAMICS S200 在实际中的应用，为日后的项目提供参考。我们将分两部分为大家分别介绍 S200 PN 在泡罩机、并联机械手、5G装配线、锯齿磨片机、点焊机和锂电隔膜分切机中的应用。

上一篇推文中已经为大家介绍了S200 PN在全伺服高速泡罩装盒一体机中的应用、S200 PN在5G组装装配线中的应用及S200 PN在汽车电子行业全伺服点焊机中的应用三个已实现的实际应用案。【畅学技术】SINAMICS S200 PN 应用参考（上）

本文将为大家介绍 S200 PN 在并联机械手分拣机、锯齿磨片机、锂电隔膜分切机以及食品包装行业2D并联机械手等4个实际案例中的应用，供大家参考。

2、应用案例参考

2.1 S200 PN 在并联机械手分拣机中的应用

1. 设备描述及背景信息

并联机械手分拣机用于随机来料分拣、装盒，多搭配机器视觉获取来料坐标。来料通常呈现随机摆放角度以及不同的间距，没有任何规律可言。

此应用为湿巾封口涂胶与装箱，从来料输送带上抓取后，通过圆弧与直线路径将封口涂胶，并放入纸箱中。运行过程需要伺服驱动满足快速定位以及高速执行路径插补运动。



图2-1

2. 解决方案及系统配置

为了满足这一高速生产节拍的机械手应用需求，采用了西门子SIMATIC S7-1515SP PC2 T 控制器加 S200PN伺服驱动系统的整套解决方案。

系统解决方案和系统配置如下图所示。



图2-2

其中3轴智能机械手的主臂和工具轴根据选型结果：

– 主臂采用0.75kW的S200 PN标准版伺服驱动器、配合0.75kW的1FL2伺服电机。

– 工具轴采用0.1kW的S200 PN标准版伺服驱动器、配合0.1kW的1FL2伺服电机。

– 所有电机电缆采用MC380的高柔性电机电缆以满足线缆可以在高速移动拖链中的折弯应用需求。

3. 客户突破关键点和产品优势

–  S200 高动态与高过载性能，提高生产节拍。

–  在 PLC 控制器中创建运动机构工艺对象，可轻松实现并联机械手的运动控制。

–  S200 集成 Webserver 调试工具，通过IE浏览器调试，缩短设备调试时间。

–  S200 伺服驱动器和 1FL2 伺服电机紧凑的设计结构极大地节省了客户电柜和机械的安装空间，使得整体设备更加的美观和紧凑。

–  1FL2 电机重量减轻，降低了主臂负载。

–  S200 具有 CE、UL，UKCA，KC、EAC、RCM 认证标准，助力客户海外业务拓展。

2.2 S200 PN 在锯齿磨片机中的应用

1. 设备描述及背景信息

这个应用案例是 SINAMICS S200 PN 伺服驱动系统在木工行业全伺服锯齿磨片机中的应用。该设备主要对铝、铁、硬质合金锯片，以及各种类型的割草刀片进行打磨和加工。

目前市场上，主流的锯齿磨片机的打磨生产节拍需求是2.5s/片，轴主要动作是砂轮模组进给，机器工艺步骤：送料 → 前角磨 → 后角磨 （进刀，旋转，推刀，推齿） → 侧边磨 → 出料。



图2-3

2. 解决方案及系统配置

设备是单轴点对点定位控制要求，为了满足这一应用需求，采用了西门子 SIMATIC S7-1500 PLC 控制器加上西门子最新推出的 SINAMICS S200PN 伺服驱动的解决方案，系统解决方案和系统配置如下图所示。



图2-4

经过现场的最终测试，高动态特性的 SINAMICS S200 伺服系统与 SIMATIC 控制器的完美结合，使得机器的控制精度从之前的0.06mm提升至0.04mm，S200 的定位控制可以保证位置环无超调。控制精度的一致性从之前的0.02~0.06mm提升至0.03~0.04mm，增强了客户设备在当前行业中的市场竞争力。

3. 客户突破关键点和产品优势

–  S200伺服驱动系统的高动态性在该设备上得以体现，高达3.5倍的过载能力可以满足频繁的加减速。

–  使用驱动中集成的 EPOS 基本定位功能，大大节省了 PLC 的运动控制资源。

–  使用 Startdrive 进行 EPOS 功能的设置，创新的快速调试指导，通过清晰的指导和简洁的说明完成对 S200 的调试，大大节省了调试时间。

–  强大的一键优化功能可以大大简化伺服驱动系统优化的调试工作，使设备获得更高更完美的动态性能。

–  与 SIMATIC 控制器一起，轻松完成运动控制任务。

2.3 S200 PN 在锂电隔膜分切机中的应用

1. 设备描述及背景信息

该设备主要对锂电池隔膜进行分切。幅宽3m的锂电隔膜在放卷电机和牵引电机的控制下，通过切刀裁切成500mm的小段，然后通过收卷电机进行重新卷绕。切刀在放卷电机和牵引电机之间，被裁切的锂电隔膜通过牵引电机后分别向上去上收卷电机或向下去下收卷电机，全程需要对张力进行控制，同时要求在200m/min的速度下保证重新卷绕后的产品端面整齐。



图2-5

2. 解决方案及系统配置

为了满足这一应用需求，采用西门子 SIMATIC S7-1515 PLC 控制器加上西门子最新推出的 SINAMICS S200PN 伺服驱动系统的整套解决方案，系统解决方案和系统配置如图2-6所示。



图2-6

S200 采用速度控制，在 PLC 中使用西门子提供的标准收放卷功能库进行材料收放卷时的张力控制。

经过现场的测试，分切后再收卷的产品卷绕效果良好，达到客户的要求。S200驱动系统电机的高动态特性可以保证其在高速下的转速和扭矩波动尽可能小，在200米/分钟的速度下，伺服电机的速度波动仅正负2.5转/分钟，从而保障产品达到目标效果。

3. 客户突破关键点和产品优势

–  S200 驱动系统的高动态特性可以保证其在高速下的转速和扭矩波动尽可能小，张力波动小。

–  S200 集成 Webserver 调试工具，通过 IE 浏览器调试，缩短设备调试时间。

–  西门子全球资源库的收放卷标准库，功能齐全，包含了不同系统配置时的张力控制、卷径计算、摩擦补偿等，提供的样例程序使用方便。

–  S200 系统支持CE、UL、UKCA、KC等认证标准，满足客户将设备出口海外，拓展海外业务的需求。

2.4 S200 PN 在食品包装行业 2D 并联机械手中的应用

1. 设备描述及背景信息

并联机械手使用门型路径进行物料取放，该设备主要对装箱完成的食品饮料进行堆垛取放。机械手的2个主臂采用S200 PN伺服控制，同时 PLC 要求必须使用 S7-1511T CPU，不能增加成本。

门型路径是Z轴垂直移动550mm，X轴水平移动300mm，Z轴再垂直移动350mm，以此往复，同时在拐角处采用圆弧过渡。

设备要求高动态特性，2s内走完设定的门型路径，配合 S7-1511T 实现机械手空间路径的规划。



图2-7

2. 解决方案及系统配置

为了满足这一应用需求，采用西门子 SIMATIC S7-1511T PLC 控制器加上西门子最新推出的 SINAMICS S200PN 伺服驱动系统的整套解决方案，可以实现 2D 机械手的空间路径插补运动，系统解决方案和配置如下图所示。



图2-8

S200 采用速度控制，在 PLC 中创建运动机构工艺对象，使用西门子提供的运动机构相关的标准库来实现机械手的路径运动。

经过现场的最终测试，机械手走完门型要求的路径时间为1.7s，且运行过程中机械无明显抖动，提升效率的同时还能降低了机械的振动，提高机械寿命，增强了设备在当前行业中的市场竞争力。

3. 客户突破关键点和产品优势

–  S200驱动系统的高动态特性可以保证机械手的高运动节拍。

–  S200集成 Webserver 调试工具，通过IE浏览器调试，缩短设备调试时间。

–  驱动系统的一键优化功能，使驱动器发挥最佳的运行效率，达到高速响应和稳定运行的目标。

– 西门子T CPU提供标准的2D机械手运动机构模型，在工艺对象里根据提示就可以完成配置，简单明了。

– 同时在西门子全球资源库中提供了运动机构相关的标准库，大大降低了工程师编程的工作量。

–  新发布V3.0版本的1511T，其带轴能力较之前版本大大提高，配合高动态的 S200 伺服驱动系统，满足机械手快速准确稳定的定位需求。

–  S200 驱动器和1FL2伺服电机紧凑的设计极大地节省了客户电柜和机械的安装空间，使得整体设备更加的美观和紧凑。