【正文】 2．智能分布式控制是可編程控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的新型控制思想。為使包裝出的物品整齊、美觀并具有良好的包裝質(zhì)量，研制高速、高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的新型包裝機(jī)是市場(chǎng)的迫切 需求。在這種場(chǎng)合使用繼電器控制邏輯必然需要大量的中間繼電器，而這些中間繼電器在用 PLC 控制的情況下，就可以對(duì)其內(nèi)部的輔助繼電器進(jìn)行編程后來取代。當(dāng)然我們不僅忽視了 PLC 的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是其運(yùn)行速度及可靠性和壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于繼電器控制方式，從上述意義上來講， PLC 最適合于需要大量中間繼電器的場(chǎng)合。如果能用 PLC 來取代的話，則可以簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)都可以得到簡(jiǎn)化。 2．卷紙包裝機(jī)各動(dòng)作控制工藝的研究。 第二章 PLC 構(gòu)成的包裝機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 可編程控制技術(shù)并非單純是指 PLC 本身，而是包括其在內(nèi)的一系列自動(dòng)化控制產(chǎn)品和技術(shù)的應(yīng)用。 工藝盤包裝紙以卷筒的形式放在原料架上，當(dāng)上位機(jī)發(fā)出命令時(shí)，放卷電機(jī)動(dòng)作，開始放卷。切好的紙片經(jīng)整理后放入紙片庫中，等待推紙空心臺(tái)送紙片。包裝工藝盤共有八個(gè) v形槽，三個(gè)加工工位，當(dāng)包裝紙和待包裝的卷筒紙放入槽中后，由工藝盤載著其轉(zhuǎn)動(dòng)，依次送入各加工工位。設(shè)定一個(gè) 8位移位寄存器，每位移位寄存器相應(yīng)于一個(gè) V形槽，每 120ms移位一次，控制相應(yīng)的操作。到達(dá) 3 號(hào)工位時(shí)，成品落下，完 成一次包裝，這樣如此循環(huán)，直到發(fā)出停止信號(hào)。集中控制系統(tǒng)如圖 23 所示，每個(gè)被控制對(duì)象與可編程控制器指定 I／ O 相連接，因此各被控對(duì)象之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)的變換不需要另外設(shè)置專門的信號(hào)線路。 圖 22 集中控制系統(tǒng) PLC 作為一種控制設(shè)備，用它單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)是有局限性的，主要是無法進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，無法顯示各種實(shí)時(shí)圖形和保存大量歷史數(shù)據(jù)，也不能顯示漢字和打印漢字報(bào)表，沒有良好的界面。 1．手動(dòng)：各工步都可單獨(dú)點(diǎn)動(dòng)，按鈕釋放即停止運(yùn)行； 11 2．單步：按下啟動(dòng)按鈕，運(yùn)行一個(gè)工步，到位即停。 根據(jù)卷紙包裝機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，本系統(tǒng)采用自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種方式。 包裝機(jī)控制功能要求： 手動(dòng)運(yùn)行可以用按鈕對(duì)包裝機(jī)的各個(gè)部分進(jìn)行單獨(dú)控制，主要用 于故障恢復(fù)與檢修。工控機(jī)用來進(jìn)行參數(shù)的修改與設(shè)定、全自動(dòng)控制、在線監(jiān)視、傳送信息等工作。工控機(jī)由一臺(tái) 500VA的不問斷電源 UPS 供電，保證報(bào)表數(shù)據(jù)的完整記錄。其模塊 化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、和易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點(diǎn)使得 S7300成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的方案。它具有很強(qiáng)的計(jì)算能力和完善的指令集，以及通過 MPI 接口和SINECLANS 聯(lián)網(wǎng)的能力，適 用于高速的過程處理需要。根據(jù) I/O點(diǎn)數(shù)的確定要按照實(shí)際點(diǎn)數(shù)再加 20％一 30％的備用量及其特性，配置了如下的模塊： 1． 2 個(gè)模擬量輸入模塊 SM331(M8*12Bit)：可提供具有 12 位分辨率的總數(shù)為 16路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道； 2． 4個(gè)模擬量輸出模塊 SM332(AO4*12Bit)：可提供具有 12 位分辨率的總數(shù)為 16路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道； 3． 4個(gè)數(shù)字量輸入模塊 SM321(D132*24VDC)：可提供總數(shù)為 128 路的開關(guān)量輸入通道； 4． 3個(gè)數(shù)字量輸出模塊 SM322 D032*24VDC／ 0． 5A：可提供總數(shù)為 96 路的開關(guān)量輸出通道； 5．中央處理單元 CPU315— 2DP； 6．通訊處理器 CP343— 5 7．接口模塊 IM360 和 IM361。 數(shù)字輸入模塊 SM321 向外提供電源，將位于現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)觸點(diǎn)的狀態(tài)經(jīng)過14 光電隔離和濾波，將從過程傳輸來的外部數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部 S7300 信號(hào)電平。模塊的每個(gè)輸出點(diǎn)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管 LED 顯示輸入狀態(tài)。 SM322： D03224DC／ 0． 5A 屬于晶體管輸出方式的模塊，只能帶直流負(fù)載： 32 個(gè)輸出點(diǎn)，分成 8組； 0． 5A 的輸出電流；該模塊輸出具有短路保護(hù)功能，適用于連接電磁閥、接觸器、小功率電機(jī)燈和電機(jī)啟動(dòng)器。積分式 A／ D轉(zhuǎn)換的積分時(shí)間直接影響到 A／ D轉(zhuǎn)換時(shí)間和 A／ D轉(zhuǎn)換精度。 S7— 300 的 CPU用 16 位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示模擬量的值，其中最高位為符號(hào)位“ 0”表示正值，“ 1”表示負(fù)值。即通過模擬切換開關(guān)，各個(gè)輸入通道按順序一個(gè)接一個(gè)轉(zhuǎn)換。 SM331 的每?jī)蓚€(gè)輸入通道構(gòu)成一個(gè)輸入通道組，可以按通道組任意選擇測(cè)量方法和測(cè)量范圍。 電源模塊 PS307(5A)及其容量計(jì)算， PS307電源模塊的輸入接單相交流，輸入電壓為 120／ 230V、 50／ 60HZ；輸出電壓 24VDC，輸出電流 5A；在輸入和輸出之間有可靠的隔離。如能把接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用，可以解決大部分干擾問題。 2． 5本章小結(jié) 本章分析了卷紙包裝機(jī)工藝流程和包裝各動(dòng)作的時(shí)序及包裝機(jī)速度的影響因素及提高方法，設(shè)計(jì)了包裝機(jī)控制系統(tǒng)的控制方案、運(yùn)行方式及硬件的選擇和組態(tài)，并詳細(xì)介紹了組態(tài)的各模塊。工藝盤的轉(zhuǎn)動(dòng)是由三相異步電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)的，各加工工位的動(dòng)作是通過順序邏輯控制電磁閥，以壓縮空氣、氮?dú)馔苿?dòng)氣缸，從而帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。在 QS1 前引出的一路電源是為了給空調(diào)器和照明燈供電用，因?yàn)樗鼈儗儆诟綄僭O(shè)備，與控制無關(guān)所以從 QSl之前引出，以便在檢修時(shí)也不影響其正常使用。 2．變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)控制 變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)控制主要有運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)、速度自動(dòng)設(shè)定、故障報(bào)警停機(jī)故障提示和解除故障狀態(tài)。步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速 (一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn) )需要 200～ 400 毫秒。卷紙和包裝紙已進(jìn)入該工位，電機(jī)帶動(dòng)工藝盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)插紙板向前運(yùn)動(dòng)，托盤推桿和推紙空心臺(tái)退回原位。推板位置調(diào)準(zhǔn)后 ，按下 SB2 使 KA 得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)動(dòng)作。 20 、旋轉(zhuǎn)、窩邊工位 2 如圖 3． 3所示，當(dāng)?shù)竭_(dá) V2 或 V6 槽時(shí)，由該位的行程開關(guān)發(fā)出信號(hào)，央鉗機(jī)構(gòu)軸向電機(jī)動(dòng)作，打開氣缸電磁閥，使兩端的夾鉗機(jī)構(gòu)沿軸向運(yùn)動(dòng)，到限位開關(guān)時(shí)，軸向運(yùn)動(dòng)停止，夾鉗機(jī)構(gòu)徑向運(yùn)動(dòng)電磁閥打開，三個(gè)夾桿同時(shí)順著導(dǎo)軌徑向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)觸到抓緊開關(guān)時(shí)，抓緊動(dòng)作結(jié)束。 21 3 當(dāng)?shù)竭_(dá)此工位時(shí)，由于已越過卷紙的支撐平臺(tái)，包裝好的卷紙由于重力作用，自動(dòng)落入成品庫中。當(dāng)某一段張力出現(xiàn)允許范圍內(nèi)的抖動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)也應(yīng)該作出上述反應(yīng)。而采取基于 PLC的自適應(yīng)控制方法則可消除系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化的影響，達(dá)到優(yōu)良的控制效果。工作時(shí)首先根據(jù)紙厚通過上位機(jī)設(shè)定所需張力，該張力是通過22 氣壓加至調(diào)節(jié) 輥上而產(chǎn)生的。分切機(jī)主傳動(dòng)變頻器控制主傳動(dòng)電機(jī)跟隨控制面板上速度電位器的設(shè)定值運(yùn)動(dòng)，放卷機(jī)變頻器及傳動(dòng)電機(jī)的作用是控制包裝紙的放卷速度，使調(diào)節(jié)輥穩(wěn)定在平衡點(diǎn)附近，以 間接地控制張力。從而使調(diào)節(jié)輥保持在中間位置。 又根據(jù)發(fā)電機(jī)原理 1)基本控制思想 由于帶膜放卷輥的直徑變化范圍很大，放卷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化范圍很大，亦即控制對(duì)象的參數(shù)變化范圍很大，若控制器采用定參數(shù)的 PID調(diào)節(jié)方 法必定得不到滿意的控制效果。一個(gè)典型的自適應(yīng)控制系統(tǒng)如圖 36所示，與一般反饋控制系統(tǒng)的區(qū)別在于增加了參考模型和自適應(yīng)控制器，因此25 增加了幾個(gè)參數(shù)。其中積分系數(shù)與放卷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比。放卷機(jī)的調(diào)節(jié)原理 ,方框圖見圖 3— 7。 CPU315一 DP使用 STEP7編程語言，最短的指令執(zhí)行時(shí)間為 s，最長(zhǎng)的除法操作指令執(zhí)行時(shí)間為 1． 35 u s。從站可以是 ET200M分布式 I／ O設(shè)備，其通訊模塊為 IMl53— 1．亦可以是profibus． DP有接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，通過 pmfibus— DP總線的數(shù)據(jù)傳送率可達(dá)12Mbit／ s。主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)．是一種高速 (可達(dá) 12Mbit／ s)和便宜的通信連接，它被設(shè)計(jì)為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散的 I/O之間進(jìn)行通信使用，可滿足全數(shù)字交直流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于電機(jī)快速的時(shí)間響應(yīng)要求。 ET200M是分布式 I／ O組件，帶有集成的 profibus— DP現(xiàn)場(chǎng)總線接口．能夠快速、方便地連接到 profibus— DP現(xiàn)場(chǎng)總線。經(jīng)濟(jì)性較好，且可保證放卷機(jī)快速地升降速，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，而直流側(cè)不會(huì)過電壓。該控制思想也可應(yīng)用到控制對(duì)象的參數(shù)可以直／間接測(cè)量的其它控制系統(tǒng)中。如果在同步范圍內(nèi)，伺服電機(jī)停止不動(dòng)作，差速器將輸入的速度輸 出給包裝29 材料供送系統(tǒng)。如圖 3— 11：包裝材料每供送到一定長(zhǎng)度時(shí)，光電傳感器讀到色 標(biāo)信號(hào)，將該信號(hào)作為同步信號(hào)送給比較器，同時(shí)將此信號(hào)輸送給切紙機(jī)構(gòu)，由于切紙機(jī)構(gòu)與包裝材料在水平方向上是同步的 (關(guān)于切紙機(jī)構(gòu)與包裝材料的同步控制在此不作論述 )，因此他并不影響送料速度。在圖 39 所示時(shí)刻，正好光電傳感器 s輸出為 1時(shí)，接近開關(guān) J的輸出也為 l，可以認(rèn)為產(chǎn)品供送滯后，當(dāng) J為 0，即半圓金屬片遮當(dāng)住接近開關(guān)時(shí)， S為 1，則產(chǎn)品供送超前。這段延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短是可供隨時(shí)調(diào)節(jié)的，因此達(dá)到同步精度可調(diào)的目的。只有當(dāng)檢測(cè)到色標(biāo) J的狀態(tài)才對(duì)輸出有影響。這時(shí)正反補(bǔ)償都不動(dòng)作，即補(bǔ)償電機(jī)停止，表示兩個(gè)系統(tǒng)處于同步狀態(tài)。比較電路選用一塊 74LSl0集成電路中的二個(gè)三輸入與非門構(gòu)成，反相器選用一塊 74LS00集成電路。只要 555 的 2腳得到負(fù)脈沖， 3 腳就輸出高 電位。BGl和 BG2 分別驅(qū)動(dòng)繼電器 K1 和 K2，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。正反轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)可通過發(fā)光二極管 LED2 和 LED3 指示。如果伺服32 電機(jī)正反向動(dòng)作交替頻繁，說明補(bǔ)償量超過需要，可適當(dāng)減少補(bǔ)償時(shí)間。 通過實(shí)際運(yùn)行證明，該控制方式的原理和電路是合理，可行的，能夠滿足實(shí)際需要，同步控制精度可以在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)在線調(diào)節(jié)，控制效果大大優(yōu)于常規(guī)的凸輪控制方式。而 PLC 則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性以及信息的使用等問題。入出信息變換靠運(yùn)行存儲(chǔ)于 PLC 內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。 可靠物理實(shí)現(xiàn)主要靠輸入 (input)及輸出 (output)電路。輸出電路內(nèi)外也是電隔離的，靠光耦合元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。但由于它們都是由高度集成化的電路所組成的，所以所占體積不大。這里的輸入鎖存器及輸出鎖存器實(shí)際就是 PLC 處理器 I／ O 口的寄存器。這個(gè)區(qū)的每一35 對(duì)應(yīng)位 (bit)稱之為輸入繼電器 ,或稱軟接點(diǎn)。一個(gè)輸出鎖存器也有一個(gè)內(nèi)存位 (bit)與其對(duì)應(yīng)，這個(gè)位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈。其中框圖代表信息存儲(chǔ)的地點(diǎn)，箭頭代表信息流向及實(shí)現(xiàn)信息流動(dòng)的手段。因?yàn)椋河辛溯斎胨⑿?，可把輸入電路監(jiān)控得到的輸入信息存入 PLC 的輸入映射區(qū)：經(jīng)運(yùn)行用戶程序，輸出映射區(qū)將得到變換后的信息；再經(jīng)輸出刷新，輸出鎖存器將反映輸出映射區(qū)的狀 態(tài)，并通過輸出電路產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。 3．可編程控制器實(shí)現(xiàn)控制的方式 用以上這種不斷重復(fù)運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)控制稱掃描方式。待處理完中斷，又返回運(yùn)行原來程序。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對(duì) PLC 在線上載或下載。這些數(shù)據(jù)包括：硬件結(jié)構(gòu)的組態(tài)數(shù)據(jù)及模板參數(shù)；網(wǎng)絡(luò)通訊的組態(tài)數(shù)據(jù)；以及為可編程模板編制的程序。 在生成一項(xiàng)目后，先插入站，然后可以組態(tài)硬件。硬件組態(tài)完成后就可為編程模板生成軟件。打開一個(gè)空的塊，然后用語句表，梯形圖或功能圖輸入程序。如果在編程設(shè)備中沒有關(guān)于可編程控制器的項(xiàng)目數(shù)據(jù)，則可選擇通過 “ AccessibleNodes”窗口來建立在線連接?？删幊炭刂破髦械?S7 程序或 M7 程序都可以在在線窗口中顯示。在可編程控制器中，如果掉電且 RAM沒有被備份則數(shù)據(jù)丟失。這樣，當(dāng)出現(xiàn)故障而不能訪問到程序文檔的符號(hào)或注釋時(shí)，就可以在 PG／ PC 中編輯它。通過編程器在 WindowsNT 的環(huán)境下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置、程序編制、調(diào)試和監(jiān)視，用戶界面方便友好。與機(jī)器碼相似，如果一個(gè)程序是用語句表編寫的， CPU 執(zhí)行程序時(shí)則按每一條指令一步一步地執(zhí)行。 Step7有三種編程方法： A：線性編程； B：分部式編 程； C：模塊化編程。系統(tǒng)程序塊是集成在 CPU操作系統(tǒng)中的預(yù)定義的功能和功能塊，不占用用戶存儲(chǔ)空間，并且在整個(gè)系統(tǒng)中都具有相同的接口、相同的名稱和 相同的編號(hào)。其中 FB和 FC作為 0B的子 程 序。根據(jù) PLC設(shè)備對(duì)定義變量地址的規(guī)定，數(shù)字量模塊都按 4個(gè)字 節(jié) (32位 )分配地址，模 塊的起始地址是實(shí)際插槽 (SLOT)號(hào)減 l乘 4，每個(gè)數(shù)字量只占 1位地址；模擬量模塊自動(dòng)按 16個(gè)字節(jié)的地址寄存器分配地址，模擬量模塊的起始地址是實(shí)際插槽 (SLOT)號(hào)減 1乘 64，再加上 512， 每個(gè)模擬量占用 2個(gè)字節(jié)的地址。單個(gè) FB 塊可以帶不同的即時(shí)數(shù)據(jù)塊，多次調(diào)用。 每個(gè) S7CPU中常駐內(nèi)存有系統(tǒng)功能塊 (SFB和 SFC)。 組織塊中有兩種模塊對(duì)程序的編制和運(yùn)行十分重要，它們是啟動(dòng)模塊OBl00 和主循環(huán)模塊 OBl。 主循環(huán)模塊 OBI中存放所有用戶程序以待執(zhí)行，也可以將用戶 程序存放于不同的功能模塊中，只在 OBl中調(diào)用，需要時(shí)才執(zhí)行。每個(gè) CPU中都要在組織模塊中調(diào)用此功能。 FC 功能塊功能和作用如下所述： FCl：手動(dòng)自動(dòng)工作方式功能 FC2：放卷，分切功能 FC3：裝料功能 FC4：夾鉗功能