【正文】 Siemens 的模塊化中小型PLC 系統(tǒng) S7300，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。 SIMATICS7300 所具備的高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動(dòng)，抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。此外， S7— 300 系列 PLC 還具有模塊點(diǎn)數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價(jià)比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)。圖 24給出了本項(xiàng)目中配置的S732 路數(shù)字輸入模塊 SM321。數(shù)據(jù)采集部分與背板總線通過(guò)光電耦合器隔離。按負(fù)載回路使用的電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。 A／ D轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法。在我國(guó)為了抑制工頻及諧波干擾，一般選用 20ms的積分時(shí)間，相應(yīng)精度為 12 位。 SM331 的 8 個(gè)模擬量輸入通道共用一個(gè)積分式 A／ D轉(zhuǎn)換部件。對(duì)于一個(gè)積分時(shí)間設(shè)定為 20ms， 8個(gè)輸入通道都接有外部信號(hào)且都需斷線監(jiān)視的 SM331，其循環(huán)時(shí)間為 (22+10． 8=256ms。另外，為了使模擬量輸入模塊獲得最佳的抗干擾性能，可以將不使用的通道與 M短接。 在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，接地是抑制干擾使系統(tǒng)可靠工作的主要辦法。故在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)中主要的傳感器以開(kāi)關(guān)量提供給PLC，作為操作決策的依據(jù)，這些開(kāi)關(guān)輸入量有： 1． 上位機(jī)啟動(dòng)信號(hào)： 2． 色標(biāo)信號(hào) 3． 產(chǎn)品供送信號(hào) 4． 紙片上行程開(kāi)關(guān) 5． 紙球上行程開(kāi)關(guān) 6． 工藝盤(pán)到達(dá) 3工位的行程開(kāi)關(guān) 7． 送料機(jī)、皮帶、推紙機(jī)的自動(dòng)停用和工作信號(hào) 8． 皮帶、電磁閥等的電源信號(hào)等 PLC 的控制輸出大多是一些開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)，如送料機(jī)、工藝盤(pán)電機(jī)， 皮16 帶的啟動(dòng)等，這些信號(hào)經(jīng)功率放大驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對(duì)于該包裝機(jī)的控制系統(tǒng)，主要有原包裝紙放料 過(guò)程中的張力控制，送料過(guò)程中的同步控制，包裝過(guò)程控制等。這樣便于將故障分散，并且有利于調(diào)試和檢修。若機(jī)器出現(xiàn)故障，則應(yīng)立即切斷電源，并且進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，確保機(jī)器的安全。 3． 2主要控制功能模塊的設(shè)計(jì) 1 要達(dá)到高速包裝，紙片和紙球需要快速地送到 1工位，因此就必須考慮電機(jī)的速度響應(yīng)性。在這個(gè)工位上，推紙空心臺(tái)推動(dòng)已切好的包裝紙片，托盤(pán)推桿推動(dòng)紙球同時(shí)以相同的速度前進(jìn)，當(dāng)壓到紙片到位行程開(kāi)關(guān)時(shí)，推紙空心板停止，當(dāng)壓到托盤(pán)到位行程開(kāi)關(guān)時(shí)，托盤(pán)停止。若要調(diào)整他們的位置，就不能按選擇按鈕 SB2，這樣 KA 不得電其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路只能完成點(diǎn)動(dòng)控制。 SQa為到工位 2時(shí)的行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)?shù)竭_(dá)此處時(shí)，發(fā)出進(jìn)料信號(hào)，放紙空心臺(tái)和托盤(pán)推桿上升。 按下 SBl， KA 得電， KMr2 得電， M2 正轉(zhuǎn)，軸向電機(jī)前進(jìn)，前進(jìn)到位 夾緊結(jié)束松開(kāi) SBl， KA斷電， KMrl通電， M1 反轉(zhuǎn) (放松 )，放松到位，如此自動(dòng)循環(huán)。在升降速過(guò)程中，主速節(jié)點(diǎn)必須發(fā)送升降速標(biāo)志給其它各節(jié)點(diǎn)，使他們?cè)诳刂聘髯詮埩r(shí)作出相應(yīng)的補(bǔ)償，這個(gè)過(guò)程要求響應(yīng)快。在分切的過(guò)程中，由于放卷輥上包裝紙的直徑越放越小，放卷機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化范圍很大，采用一般的控制方法難以取得滿意的控制效果。其放卷機(jī)控制系統(tǒng)原理如圖 3— 4所示。因此，只要調(diào)節(jié)輥處于靜止或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，包裝紙的張力就是該恒定力的一半，亦即張力亦是一個(gè)恒定的力。使其線速度與分切機(jī)的線速度同步。則由上式可求得發(fā)電機(jī)阻力矩 Mi。其控制作用是基于一定的數(shù)學(xué)模型和一定的性能指標(biāo)綜合出來(lái)的，采用的是“預(yù)測(cè)一辨識(shí)一控制”的方法，通過(guò)辨識(shí) (包括對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、性能指標(biāo)等的辨識(shí) )而獲得自適應(yīng)能力。 在張力控制系統(tǒng)中利用自適應(yīng)控制，使變頻器工作在轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)的方式下，此時(shí)變頻器及電機(jī)的傳遞函數(shù)可近似為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)。從而確保分切機(jī)工作時(shí)包裝紙張力的穩(wěn)定。 CPU315一 DP用于要求中到大規(guī)模的程序和通過(guò) profibus— DP進(jìn)行分布式配置的設(shè)備，具有26 能進(jìn)行浮點(diǎn)處理的 STEP7處理器和用于接口 通訊的微控制器，可直接與編程器連接。 CP342— 5能全自動(dòng)地處理與它相連接的設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，以及編輯和緩沖數(shù)據(jù)，用于 SIEMENS$7300可編程序控制器和profibus— DP主／從接口模板．作為主設(shè)備接口模板時(shí)，可鏈接多達(dá) 125個(gè)從站。 profibusDP由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及用戶層構(gòu)成。與電機(jī)同軸的光電編碼器的輸出脈沖信號(hào)通過(guò) CU2板送變頻器．調(diào)節(jié)輥的位置信號(hào)和放卷輥的直徑信號(hào)等經(jīng)分布式 I／ O模塊ET200M．通過(guò) profibus— DP總線傳送給 PLC。由于放卷機(jī)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，故采用直流母線供電，這樣可以使電能回饋到母線。 P163： 1； v／ f轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制 P208=1；用光電編碼器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速 P090=1； CBl通訊板位于槽 2 P443=3002；主設(shè)定值位于 CBl板字 2 P443=0；附加設(shè)定位 1為 O P438=0；附加設(shè)定位 2為 0 P554=3001；開(kāi)／關(guān) 1控制位于 CBl板字 l P697： 4： CBl板通訊采用 PP04格式，過(guò)程數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為 6字節(jié) P694 i001=9686：狀態(tài)字 1為 CBl板字 1(狀態(tài)字 ) i002=219；定子頻率 1／ s除以極對(duì)數(shù)之值為 CBl板字 2(實(shí)際測(cè)量值 ) 以上自適應(yīng)控制方法在變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的張力控制系統(tǒng)中取得了良好的控制效28 果，保證了產(chǎn) 品質(zhì)量。將產(chǎn)品供送和包裝材料供送的信號(hào)反饋給同步控制電路，比較兩者是否同步。在衛(wèi)生卷紙供送的同時(shí)，包裝材料還要有一個(gè)切斷的過(guò)程，這就增加了同步供送的復(fù)雜性。假設(shè)光電傳感器 S 檢測(cè)到有色標(biāo)信號(hào)時(shí)輸出狀態(tài)為 1，沒(méi)有色標(biāo)信號(hào)時(shí)輸出為 O，只要判斷每次光電傳感器檢測(cè)到色標(biāo)時(shí)接近開(kāi)關(guān)的輸出狀態(tài)，就能得30 出產(chǎn)品供送系統(tǒng)是滯后還是超前于包裝材料供送系 統(tǒng)。具體作法是讓控制電路在超前和滯后的轉(zhuǎn)換時(shí)，由跳變信號(hào)觸發(fā)，給出一段延時(shí)時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)獲得色標(biāo)信號(hào) s 表示同步，控制伺服電機(jī)不動(dòng)作。當(dāng) S 為 0 時(shí)，卻未檢測(cè)到色標(biāo)，兩個(gè)與門(mén) F和 z都被鎖住， J的狀態(tài)對(duì)輸出結(jié)果無(wú)影響，信號(hào) S： I，電路中 2， 4腳為高電位時(shí)正反補(bǔ)償均無(wú)輸出。但由于 J的跳 變，延時(shí)電路得到一個(gè)負(fù)觸發(fā)脈沖，輸出低電位，使 5 腳為 0，將 Z鎖住也無(wú)輸出。接近開(kāi)關(guān)的輸入接 J端，光電傳感器的輸入接 s端。 T1 的調(diào)整效果可通過(guò)發(fā)光二極管 LED1來(lái)指示。 R8和 C9 決定反轉(zhuǎn)補(bǔ)償時(shí)間， R7 和 C7 決定正轉(zhuǎn)補(bǔ)償時(shí)間， R8 與 R7 值相等而且聯(lián)動(dòng)， C9和 C7 容量也相等，所以伺服電機(jī)的正反向補(bǔ)償時(shí)間是一樣的。實(shí)際上主電路中也 可用固體繼電器代替普通有觸點(diǎn)繼電器。另外，調(diào)節(jié) R7 和 R8，改變伺服電機(jī)每次補(bǔ)償?shù)臅r(shí)間。因此，要將 R R7 和 R8 配合起來(lái)調(diào)節(jié)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機(jī)界面好就行了。 入出信息變換、可靠物理實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)是 PLC 實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計(jì)。而且與內(nèi)部計(jì)算機(jī)電路在電上是隔離的，靠光耦合元件建立聯(lián)系。 PLC 有多少 I／ O點(diǎn)，一般也就有多少 I／ O 電路。輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點(diǎn)，輸出鎖存器與輸入點(diǎn)也是一一對(duì)應(yīng)的。 PLC 內(nèi)存有專門(mén)開(kāi)辟的存放輸入信息的映射區(qū)。輸出鎖存器與 PLC 內(nèi)存中的輸出映射區(qū)也是對(duì)應(yīng)的。圖 41 對(duì)以上敘述做出了說(shuō)明。有了上述過(guò)程，用 PLC實(shí)現(xiàn)控制顯然是可能的。為此， PLC 的工作速度要快，速度快、執(zhí)行指令時(shí)間短，是 PLC 實(shí)現(xiàn)控制的基礎(chǔ)。在這種方式下，需處理的控制先申請(qǐng)中斷，被響應(yīng)后正在運(yùn)行的程序中止，轉(zhuǎn)而去處 理中斷工作36 (運(yùn)行有關(guān)中斷服務(wù)程序 )。 本系統(tǒng)采用的 PLC 軟件是西門(mén)子公司的 Step7， Step7 編程軟件可對(duì)硬件和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)組態(tài)，具有簡(jiǎn)單、直觀、便于修改等特點(diǎn)。 圖 42 創(chuàng)建自動(dòng)化項(xiàng)目的步驟 項(xiàng)目可用來(lái)存儲(chǔ)為自動(dòng)化任務(wù)解決方案而生成的數(shù)據(jù)和程序。數(shù)據(jù)在 一個(gè)項(xiàng)目中以對(duì)象的形式存儲(chǔ)。連接表可用37 來(lái)定義網(wǎng)絡(luò)中可編程模板之間的通訊連接。在子菜單中， 可以選擇要生成的塊的類型 (如：數(shù)據(jù)塊DB，功能 FC，功能塊 FCB，組織塊 OB或變量表 VAT)。然后，可通過(guò)一個(gè)在線的項(xiàng)目窗口或“ AccessibleNodes(可訪問(wèn)站點(diǎn) )”窗口訪問(wèn)可編程控制器。該窗口顯示可編程控制器中的項(xiàng)目數(shù)據(jù)。可以通過(guò)在線連接下載各個(gè)塊或整個(gè)用戶程 序到 RAM。另外，可以從可編程控制器中上載一個(gè)工作站，或從一個(gè) S7CPU中上載塊到 PG／ PC。 SIEMENSS7300 系列 PLC 編程語(yǔ)言有三種：語(yǔ)句表編程語(yǔ)言 (STL)、梯形邏輯編程語(yǔ)言 (LAD)和功能塊圖編程語(yǔ)言 (FBD)，其它編程語(yǔ)言作為可選軟件包使用。 2． 語(yǔ)句表 (STL)是 STEP7 編程語(yǔ)言的文本表達(dá)方式。復(fù)合功能 (如數(shù)學(xué)功能 )可用邏輯框相連直接表達(dá)。 “ ，如表 41所示。本控制系統(tǒng)用戶程序 ，主要有四類程序塊：功能 FC(Function)、功能塊 FB(Function block)、組織塊 OB (Organizationblock)和數(shù)據(jù)塊 DB(Data block)。具體到各站的定義又根據(jù)設(shè)備和通信的需要稍有不同。 2．功能塊 (FB)：有相連存儲(chǔ)器區(qū)的邏輯塊。用戶程序?qū)γ看?FC 調(diào)用提供新參數(shù)，由于 FC 塊處理數(shù)據(jù)的不同方法，一個(gè) FC 比 FB 需要 CPU處理開(kāi)銷較少。也可以管理處理程序的數(shù)據(jù)。功能 FCl22 必須在每個(gè) CPU 中調(diào)用，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng) DB 塊基礎(chǔ)數(shù)據(jù) (BASICDATA)中的起始字節(jié)存儲(chǔ)器，并重新設(shè)置相應(yīng)的正在運(yùn)行的存儲(chǔ)器。 圖 43CPU循環(huán)程序處理過(guò)程 Network1 Call FC127 41 Call FC127 Call FC127 FCl27 功能模塊包含啟動(dòng)階段所要執(zhí)行的主要任務(wù)，如所有通信通道的建立過(guò)程，還包括啟動(dòng)階段的組織任務(wù)，如啟動(dòng)和監(jiān)視請(qǐng)求，響應(yīng)信號(hào)等。圖 43示意了的 CPU循環(huán)程序處理工作過(guò)程 o”卷紙包裝機(jī) PLC 控制軟件共有 8個(gè) FC 塊， 2個(gè) DB 塊和及一個(gè) SFC 系統(tǒng)功能塊。 FCl21 功能模塊負(fù)責(zé) CPU中連續(xù)數(shù)據(jù)和時(shí)間的管理，此功能是在配合 CPU通過(guò)本地 TIM同步的情況下使用的。 PLC 的 CPU中的操作系統(tǒng)在系統(tǒng)啟動(dòng)后將連續(xù)執(zhí)行 OBl，完成用戶程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)際的控制?！啊?STEP7 提供存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的不同類型塊。 FB 塊定義為“可再調(diào)用”塊，用戶程序?qū)γ看?FB 調(diào)用提供新參數(shù)。 表 41程序塊的分類和功能 程 序 塊 系統(tǒng)程序塊 系統(tǒng)功能 SFC 支持設(shè)置模塊參數(shù)、數(shù)據(jù)通訊和拷貝等功能 系統(tǒng)功能 SFB 操作系統(tǒng)功能的一部分，需與背景數(shù)據(jù)塊一同使用 系統(tǒng)功能 SDB 由 STEP7 各種工具產(chǎn)生的程序存儲(chǔ)區(qū)，存儲(chǔ)有組態(tài)和通信連接的各項(xiàng)參數(shù) 用戶程序塊 邏輯塊 組織塊 OB CPU 與用戶程序的接口 功能塊 FB 與背景塊一同使用，調(diào)用后數(shù)據(jù)可保持 功能 FC 無(wú)背景數(shù)據(jù)塊，調(diào)用后數(shù)據(jù)不能保持 數(shù) 據(jù) 塊DB 全局?jǐn)?shù)據(jù)塊 可被程序所有邏輯塊使用 背景數(shù)據(jù)塊 與特定功能塊對(duì) 應(yīng)使用，提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 1．組織塊 (OB)：提供 CPU操作系統(tǒng)與用戶程序的接口。全局?jǐn)?shù)據(jù)塊：全局?jǐn)?shù)據(jù)塊中定義的監(jiān)控量 (地址 )可被所有邏輯塊使用，因而在全局?jǐn)?shù)據(jù)塊中定義了包裝傳輸設(shè)備、環(huán)境量、電源等所有監(jiān)控量 (地址 )，根據(jù)此地址，邏輯塊可訪問(wèn)、調(diào)用所有的監(jiān)控量。用戶程序塊是提供給用戶用于管理用戶程序代碼和數(shù)據(jù)的區(qū)域。模塊化編程就是把程序分成若干程序塊，各程序塊分別含有一些設(shè)備和任務(wù)的程序指令，每個(gè)功能區(qū)被分成不同的塊進(jìn)行編程，這有利于程序的多人同時(shí)編程，也利于程序調(diào)試和故障的查找。為使編程更容易，語(yǔ)句表已擴(kuò)展到包括一些高層語(yǔ)言結(jié)構(gòu) (例如，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)和塊參數(shù) )。 1．梯形邏輯 (LAD)是 STEP7 編程語(yǔ)言的圖形表達(dá)方式。 4． 1． 3 PLC編程軟件 Step7 簡(jiǎn)介 Step7 編程軟件是基于 Windows95／ 98 或 WindowsNT 的為 S7300／400PLC 配置和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。也可以下載整個(gè)用戶程序到 EPROM存儲(chǔ)卡中。 在完成組態(tài)，參數(shù)賦值，程序創(chuàng)建和建立在線連接后，可以下載整個(gè)用戶程序或個(gè)別塊到一個(gè)可編程控制器。這種訪問(wèn)方式可快速訪問(wèn)可編程控制器，可用于測(cè)試目的。 要下裝 S7 用戶程序塊，或 S7 可編程控制器上裝程序到編程器和其它操作，需在編程設(shè)備和可編程控制器之間建立連接。為可編程模板 編制的軟件存儲(chǔ)在對(duì)象文件夾中。在組態(tài)硬件時(shí)，可經(jīng)借助于模板樣本對(duì)可編程控制器中的 CPU及各模板進(jìn)行定義，通過(guò)雙擊站來(lái)啟動(dòng)硬件組態(tài)的應(yīng)用程序。它們都被收集在一個(gè)項(xiàng)目下。利用 Step7 可以方便地創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化解決方案。哪個(gè)控制需要處理，哪個(gè)就去申請(qǐng)中斷。是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的一種方式。又由于這個(gè)過(guò)程是永不停止的循