图1  由于安装使用了多功能CPU，未来的标准管材加工机床可以省略单独的液压控制系统，其原因就是使用了具有液压控制功能的多功能CPU

一种带有液压控制功能的控制器可以省去单独使用一套液压控制系统，并且首次实现了所有液压元器件的远程维护。这种在标准管材加工机床中的多功能CPU为机床锦上添花。

带有液压控制功能的多功能控制器省略了单独使用一台液压控制系统，并且首次实现了所有液压元器件的远程维护（图1）。这一由Augsburg市Meitingen区Erich Büchele机床制造公司（EBM）开发的新系统可以立即在他们生产的管材加工设备中使用。这一基于计算机控制的系统能够对所有机床和生产过程进行控制，能够对比例伺服阀的特性曲线自动地进行线性化调节，准确地限制液压系统的压力，不仅能够对生产过程进行控制，而且也能够很好地控制生产成本并降低生产费用。在需要的时候，它还能承担所有的安全控制功能。

实现了PLC对电气运动轴的控制

今天，世界各地每天都在用EBM公司生产的管材加工设备加工多种多样的管材，尤其是在世界各地的汽车生产企业中。以汽车制造业为依托也是这家企业重点生产标准型管材加工机床的重要原因之一，因此他们也一直偏爱Simatic控制系统。

自从多功能控制器面世之后，就在EBM公司生产的机床设备中得到了应用。他们使用的Simatic系列产品不仅有PLC、运动控制器，而且也有过程处理器，例如可编程序控制的Step 7。目前，他们的机床设备也可以配用西门子的CPU 315T-2 DP（图2）和CPU 317T-2 DP（适合对8个或者32个坐标轴进行控制），以及除了能够完成机床设备和过程控制还能完成安全保护的CPU 317TF-2 DP。

这一控制器安装了PLC-Open功能模块，能够经Simatic S7与西门子工业自动化控制系统Step7建立通信，并建立起必要的相互联系。与Simatic系列产品中的标准功能模块一样，无需学习一种新的控制语言。EBM公司利用西门子的CPU 315T和317T，对其生产机床设备的位置进行调节以及电气驱动轴的电气离合进行控制。这样一来，就可以简单方便地完成运动过程的同步控制，例如完成直线运动和圆弧运动的同步，并能实现同步轴与虚拟主机或者真实主机的耦合。与驱动装置的通信是利用控制器中与Profibus-DP现场总线节拍同步的接口来完成的。

随着控制技术的发展，现在的系统中已经安装了自动处理液压系统工作特性曲线的“Get Characteristics”模块。这一模块可以采集到控制对象非线性的特性曲线，并把这一特性曲线数据传输给多功能控制器。根据这一信息，固件——固化在控制系统只读内存上的软件，对非线性对象和没有线性化的盲区进行对比，这样就可以实现高调节精度下的高重复调节的一致性。

图2  多功能控制器（Simatic S7-315T-2 DP）协调着机床成形加工部分（右侧）和四个液压运动轴的同步运动；经高速模拟输入端（左侧）与液压系统的压力检测装置相互连接

完成高要求的液压控制调节

利用这种方法，可以在许多场合中用简单的比例阀来代替价格昂贵的伺服阀。机床生产厂EBM利用这一特性曲线工具和生成的线性化包络线直接对液压阀进行控制，无需进一步的性能匹配。

4.2版新增加了压力调节和限压功能，同时也能够实现位置调节和压力调节之间流畅的交替转换。另外，它还支持多功能CPU进行压差检测，不同传感器之间的通断控制（例如：检测实际压力的各个传感器）以及按照特殊压力曲线运行——因此，所有与EBM管材加工有关的液压驱动及控制功能都可以实现了。

但用户也有自由选择的空间：液压驱动轴的调节控制方式能够与各个不同要求保持一致、相互匹配，能够利用Simatic系列产品，无需专门的编程授权软件和专门的编程操作员就能够完成编程控制任务。另外，也省略了PLC与液压控制系统之间的数据特性——所有这些措施都大大地简化了软件系统的维护。

EBM公司利用多功能CPU器与液压系统调节的另一个扩展性能，在标准机床设备上配备了两个管材加工装置，可以同时完成外径90mm的两个管材件的加工。在这两个管材加工单元中不仅可以完成管子内腔的加工，例如利用锥形芯轴完成内锥的成形加工，而且也可以完成管材外形的加工，例如高精度成形和校正的管接头。这一有着四个坐标轴的标准型管材加工设备利用西门子S7-315T-2 DP，只用一套PLC系统就完成了液压系统的控制功能。

Profibus现场总线系统中的集成模块IM174也是用于四个坐标轴的运动控制，完全符合标准管材加工设备的需要。这一模块对CPU计算出来的位置调节理论值进行转换，并把转换后的数据发送给比例阀的模拟式理论值输出接口（±10V）。在标准型机床中用SSI编码器采集液压驱动轴的实际位置数据，并经接口模块传送给CPU。作为替代方案，也可以经Profibus现场总线系统或者经ET200S、ET200M电气模块传送。压力检测传感器经高速输入输出模块（Simatic-ET200S程序）传递给多功能控制器的压力调节器，以便采集和调节成形加工的压力（标准机床最大为120bar（1bar=105Pa），常规设备最大可达250bar）。

在CPU组合式MPI/Profibus-DP接口处，触摸屏（Simatic TP177B）操作系统与Win CC系统连接起来。这样，机床设备的操作者就可以舒适地编写、保存管材加工程序了，必要时还可以读取这些程序。每一个管材零件的加工过程都可以在机床中被分解为一个个加工工步，最多可分解为20个工步。也就是说：可以为机床的每一个运动轴（如旋转轴和线性轴）设定定位、速度、暂停时间和其他调节参数，省去了在工件上做比较。这样，就可以在管材的成形加工过程中利用简单的参数设置满足复杂、特殊规定的要求了。

直达各个液压元器件的远程维护

出于节约时间的考虑，EBM公司在西门子的应用技术工程师的帮助下，把前面所介绍的所有液压系统控制功能都固化到多功能CPU中。在一天时间里，五台试制设备中的一条完成了启动调试。这一集成的解决方案节省了很多的机床硬件和布线，从而也降低了机床设备的制造成本。

在Simatic多功能CPU中，集成液压控制功能的另一个重要原因就是设备的远程维护：在与液压系统连接之前，利用通信接口对液压系统进行测试。过去，一旦EBM公司的管材加工设备出现异常，公司通常都要派人到现场进行勘察。而采用了西门子多功能CPU所提供的解决方案之后，情况就大不相同了：在EBM工程师的办公室里，就可以分析世界各地EBM机床的电气和液压故障原因了，很多情况下还能够马上排除故障；而且也可以提供远程访问进行软件升级。对于许多机床用户来讲，利用自动化系统或者系统集成能够登录编程系统，而在“专用”系统中则很难做到这一点。据EBM公司介绍：利用西门子公司的Simatic系列PLC系统，几乎可以编写所有程序。

当前，在利用一个控制器完成了电气和液压运动轴的一体化控制之后，管材加工设备的生产厂商已经看清了进一步创新的潜力。其中包括利用多功能CPU Simatic S7-317TF-2 DP集成安全保护功能。这样，复杂钢材成形加工机床设备就可以用一个“大脑”来指挥其所有行动了。在硬件、软件的安装和布线时就可以进一步大幅度地降低安全保护系统的安装调试费用。更重要的是：涉及到安全保护零部件的安装也更加灵活。