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本文所介绍的系统充分发挥伺服控制器和现场总线技术的特点, 准确、灵活地控制高速硬币压印机的冲压和拨饼, 满足了多种工艺要求。
以前硬币压印机的主轴与拨饼轴之间的传动连接采用同步带联结，如图1示，即主轴与拨饼轴之间的传动比为固定的1:1，拨饼轴的速度变化随主轴速度而变，主轴与拨饼轴的位置角度一一对应，其最大特点是简单和可靠，实现了两轴的1:1同步，但系统不具备柔性。为了满足特殊生产工艺要求，如对某些产品(大规格纪念币、小规格纪念币)就必须靠进行多次压印功能来达到工艺的技术要求，也就是经过多次压印后，拨饼一次，需要改变主轴与拨饼轴之间的传动比为N:1，修改系统的机械传动结构非常困难，所以需要用高速运动伺服控制器，控制拨饼运动，如图2所示。
图1:同步带联结 图2:伺服控制器控制
如果两轴的1:1同步，那么也就是拨饼速度等于主轴速度;如果两轴的N:1(N=2，3，4…)间歇同步， 那么也就是拨饼速度等于主轴速度的1/N。根据系统要求选用西门子公司MASTERDRIVES MC运动控制驱动器。因为MASTERDRIVES MC运动伺服控制驱动器适合控制循环周期短而且高精度、高动态响应的控制系统。这种驱动器是智能控制系统的一部分，它能够实现机动、灵活和高效的驱动控制，其性能远远超过同类系统。
控制内容和要求
本文以高速硬币压印机为控制对象，硬币压印速度必须要达到700枚/min，主要工艺过程是:送饼机构把光饼送到拨饼机构，拨饼机构把光饼准确拨给主传动机构，在主传动压印，加工成成品。其主要特点是:速度快(每完成一枚只需85ms);各机构之间的传动要配合默契，特别强调主传动与拨饼机构要配合非常准确，拨饼的时间只有40ms左右，所以拨饼驱动采用SIEMENS公司MC伺服数控系统，MC伺服数控系统是SIEMENS公司最新高速运动控制系统，是无轴驱动系统(无轴驱动系统就是同步信号从主传动上取出，即在主传动曲轴上安装高分辨率的光电编码器，当主机运转时，编码器的脉冲信号输送给拨饼伺服控制器控制，伺服控制器准确控制拨饼动作，从而达到随拨饼主机同步运转的要求)。
SIEMENS公司MC运动伺服控制系统主要特点为:高动态响应，MASTERDRIVES MC驱动器使用了32位数字控制技术;高过载因数能处理高难度的应用问题:MC运动控制驱动器有极高的过载因数:250ms内300%的过载能力。集成式安全保护装置保障了所有功能的安全应用:具有的“安全停止”功能软件:灵活运用BICO技术，它们可被应用于所有必要的开环和闭环控制。
根据工艺要求，主传动机构和拨饼机构既要满足1:1同步要求(压印一枚，拨一枚)，又要满足N:1间歇同步要求(压印一枚N次后，再拨一枚)。
系统的整体构成和方案设计
电气主控系统
电气主控系统将采用德国SIEMENS公司的S7-300系列可编程序控制器，中央处理单元为西门子CPU315-2DP，该系统可靠性高，速度快。CPU 315-2DP具有一个Profibus-DP接口和一个组合的DP/MPI接口，通过CPU315-2DP的Profibus-DP接口，连接符合Profibus总线的设备，使得CPU可以轻松的访问底层的Profibus网络上的设备。图3为系统的整体构成图。注意在配置网络终端电阻时，网络的首端、尾端电阻为ON，中间全部为OFF。
图3:系统的整体构成图
图4:通信报文帧发送/请求格式
现场总线通信协议
Profibus-DP现场总线通信协议格式。可编程序控制器PLC要和驱动器顺利通过Profibus通信，两者必须共同遵守Profibus通信格式。西门子Profibus通信协议格式如图4 ，图4通信报文帧发送/请求格式。SD:为开始定界符，LE:网络数据长度，LER:数据重复长度，DA:目的地址，SA:起源地址，FC:功能码，DAP:目的服务存取点，SAP:源服务存取点，DU:数据单元，FCS:帧检查序列，ED:为结束定界符。变频器现场总线控制系统中，Profibus-DP的通讯协议的信息帧分为协议头、用户数据和协议尾，有的用户数据带有参数区域和过程数据区域，而有的用户数据仅由过程数据组成。
Profibus通信控制变频传动定义了五种PPO类型，即参数值PKW和过程数据PZD的字长不同。参数值PKW是变频器运行要定义的一些功能码，如最大频率、加／减速时间等。过程数据PZD用来传输控制字的一些功能码，如变频器设定值、状态字、变频器实际值。
硬件组态
用SIEMENS公司的STEP7软件对系统进行硬件组态。使用STEP7组态软件，进入硬件配置HW CONFIG，完成S7-300PLC硬件组态，选定PLC为主站系统(Master system)，在Hardware Catalog中找到MASTERDRIVES把它连接到以CPU315-2DP为主站的DP网上，并选定使用的PPO类型，设定站点网络地址。由于与主传动、拨饼电机通讯数据量大，需要监控主机电流、主轴角度。特别是拨饼伺服系统寻参功能，为了使系统达到同步运行，机床的零点与电气控制系统的零点必须重合，零点是非常重要的参考点，拨饼伺服系统MDI功能，当机床发生故障，产生角度误差时，需要执行MDI功能，走MDI功能，再一次可靠实现拨饼伺服系统的角度与主轴角度重合，消除误差，保证了控制系统运行的可靠性、准确性。所以采用PPO5的通讯方式，如图5示，PKW为4个字，PZW为10个字，通讯速率为1.5Mbit/s。
图5 PPO5的通讯方式