【正文】 能SDB由STEP7各種工具產(chǎn)生的程序存儲區(qū)，存儲有組態(tài)和通信連接的各項(xiàng)參數(shù)用戶程序塊邏輯塊組織塊OBCPU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無背景數(shù)據(jù)塊，調(diào)用后數(shù)據(jù)不能保持?jǐn)?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)塊與特定功能塊對應(yīng)使用，提供數(shù)據(jù)存儲空間1．組織塊(OB)：提供CPU操作系統(tǒng)與用戶程序的接口。STEP7提供存儲程序和數(shù)據(jù)的不同類型塊。PLC的CPU中的操作系統(tǒng)在系統(tǒng)啟動后將連續(xù)執(zhí)行OBl，完成用戶程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)際的控制。OBl為啟動塊(Starup)，在系統(tǒng)啟動時(shí)調(diào)用。其輸入點(diǎn)的設(shè)置為：SB2，SQa，SQb，SQc，SQp，SQd，SQg，輸出點(diǎn)為KMd，KMr，KMu，KMf，KA。WinCC的報(bào)警管理、報(bào)表管理功能比其它工控軟件好。用WinCC建立一個(gè)新項(xiàng)目，它會自動為該項(xiàng)目建立一個(gè)目錄，與該項(xiàng)目有關(guān)的信息都存放在該目錄下，啟動WinCC，打開或新建一個(gè)項(xiàng)目，WinCC建立的基本項(xiàng)目環(huán)境就以樹型結(jié)構(gòu)顯示出來。包括以下幾個(gè)控制模塊。模擬量報(bào)警對標(biāo)簽的極限值進(jìn)行監(jiān)測：如果標(biāo)簽值高于指定的上限值或指定的另一標(biāo)簽的當(dāng)前值，則產(chǎn)生上限報(bào)警；如果標(biāo)簽值低于指定的下限值或指定的另一標(biāo)簽的當(dāng)前值，則產(chǎn)生下限報(bào)警。如果需要，還可以定義若干個(gè)內(nèi)部標(biāo)簽。這樣就可以建立非常逼真的監(jiān)控畫面。它提供了四種類型的控制：模擬量類型可以將某模擬量表達(dá)式的值劃分為若干區(qū)間，然后設(shè)置表達(dá)式的值在某個(gè)區(qū)間時(shí)對象屬性的取值，例如用一個(gè)棒圖對象來顯示某個(gè)標(biāo)簽的當(dāng)前值，且要求其值在不同的取值范圍中時(shí)，棒圖以不同的顏色顯示，就可以使用該方法實(shí)現(xiàn)；布爾類型用于根據(jù)布爾表達(dá)式的值來設(shè)置某對象屬性為兩種可能取值之一，如對某命令按鈕的可操作性進(jìn)行控制；位類型用于根據(jù)標(biāo)簽的特定位的狀態(tài)來控制某對象屬性，如用一個(gè)標(biāo)簽中的四位控制四臺電機(jī)的運(yùn)行與停止，某位為“l(fā)”，則對應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動，否則停止；直接賦值是將表達(dá)式的值直接賦予該對象屬性。其中C語言編程的使用與屬性的動態(tài)描述中使用方法相同，只是這種動態(tài)變化由某個(gè)事件來觸發(fā)。2)使用動態(tài)對話框。除此之外，還可以針對特殊情況自己生成I蛩形對象存入圖形庫中，待使用時(shí)從中選取即可。無論是小規(guī)模簡單的過程控制和監(jiān)控應(yīng)用還是復(fù)雜的應(yīng)用，WinCC都可以生成漂亮的人機(jī)界面，保證生產(chǎn)過程的安全，使操作人員能夠優(yōu)化生產(chǎn)過程。它可以表示位報(bào)警和模擬量報(bào)警。3．?dāng)?shù)據(jù)類型對于此項(xiàng)，用戶查看而不能操作，它列出了WillCC中所有的數(shù)據(jù)類型及該項(xiàng)目所建立的該類型的標(biāo)簽。各系統(tǒng)集成商還可以用WinCC作為其系統(tǒng)的擴(kuò)展基礎(chǔ)，通過開放接口開發(fā)自己的應(yīng)用軟件。因?yàn)樵赪inCC系統(tǒng)中嵌套的ANSIKC語言，給系統(tǒng)提供了最大的靈活性。 工作方式梯形圖 程序結(jié)構(gòu)圖裝料工位FC3 從第三章工位1的控制線路圖中了解到，該工位既可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動又可以連續(xù)動作，點(diǎn)動程序比較簡單，在此不做敘述，下面是用STL語句編寫的連續(xù)動作的程序。圖43示意了的CPU循環(huán)程序處理工作過程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。功能FCl22必須在每個(gè)CPU中調(diào)用，實(shí)現(xiàn)啟動DB塊基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(BASICDATA)中的起始字節(jié)存儲器，并重新設(shè)置相應(yīng)的正在運(yùn)行的存儲器。用戶程序?qū)γ看蜦C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處理開銷較少。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?！埃绫?1所示。2．語句表(STL)是STEP7編程語言的文本表達(dá)方式。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。該窗口顯示可編程控制器中的項(xiàng)目數(shù)據(jù)。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)。數(shù)據(jù)在一個(gè)項(xiàng)目中以對象的形式存儲。本系統(tǒng)采用的PLC軟件是西門子公司的Step7，Step7編程軟件可對硬件和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)組態(tài)，具有簡單、直觀、便于修改等特點(diǎn)。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)。圖41對以上敘述做出了說明。PLC內(nèi)存有專門開辟的存放輸入信息的映射區(qū)。PLC有多少I／O點(diǎn)，一般也就有多少I／O電路。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計(jì)。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。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。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，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。接近開關(guān)的輸入接J端，光電傳感器的輸入接s端。當(dāng)S為0時(shí)，卻未檢測到色標(biāo)，兩個(gè)與門F和z都被鎖住，J的狀態(tài)對輸出結(jié)果無影響，信號S：I，電路中2，4腳為高電位時(shí)正反補(bǔ)償均無輸出。假設(shè)光電傳感器S檢測到有色標(biāo)信號時(shí)輸出狀態(tài)為1，沒有色標(biāo)信號時(shí)輸出為O，只要判斷每次光電傳感器檢測到色標(biāo)時(shí)接近開關(guān)的輸出狀態(tài)，就能得出產(chǎn)品供送系統(tǒng)是滯后還是超前于包裝材料供送系統(tǒng)。將產(chǎn)品供送和包裝材料供送的信號反饋給同步控制電路，比較兩者是否同步。由于放卷機(jī)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)處于發(fā)電制動狀態(tài)，故采用直流母線供電，這樣可以使電能回饋到母線。profibusDP由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及用戶層構(gòu)成。CPU315一DP用于要求中到大規(guī)模的程序和通過profibus—DP進(jìn)行分布式配置的設(shè)備，具有能進(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。 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)。則由上式可求得發(fā)電機(jī)阻力矩Mi。因此，只要調(diào)節(jié)輥處于靜止或勻速運(yùn)動狀態(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。在分切的過程中，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。 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SBl，KA斷電，KMrl通電，M1反轉(zhuǎn)(放松)，放松到位，如此自動循環(huán)。若要調(diào)整他們的位置，就不能按選擇按鈕SB2，這樣KA不得電其常開觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路只能完成點(diǎn)動控制。3．2主要控制功能模塊的設(shè)計(jì)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。這樣便于將故障分散，并且有利于調(diào)試和檢修。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關(guān)量提供給PLC，作為操作決策的依據(jù)，這些開關(guān)輸入量有：1． 上位機(jī)啟動信號：2． 色標(biāo)信號3． 產(chǎn)品供送信號4． 紙片上行程開關(guān)5． 紙球上行程開關(guān)6． 工藝盤到達(dá)3工位的行程開關(guān)7． 送料機(jī)、皮帶、推紙機(jī)的自動停用和工作信號8． 皮帶、電磁閥等的電源信號等 PLC的控制輸出大多是一些開關(guān)輸出信號，如送料機(jī)、工藝盤電機(jī)，皮帶的啟動等，這些信號經(jīng)功率放大驅(qū)動對應(yīng)的包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)。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。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。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。數(shù)據(jù)采集部分與背板總線通過光電耦合器隔離。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)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該包裝機(jī)控制系統(tǒng)需要配置如下的不同性質(zhì)的I／O點(diǎn)：80個(gè)開關(guān)量輸入：50個(gè)開關(guān)量輸出；15個(gè)模擬量輸入；15個(gè)模擬量輸出； 根據(jù)對上述控制任務(wù)的分析，本項(xiàng)目選擇了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。PLC負(fù)責(zé)按鈕、行程開關(guān)和其它開關(guān)量信號的輸入，以及發(fā)出信號去控制接觸器、繼電器、變頻器等電氣元件，進(jìn)而控制各電機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)控制相應(yīng)指示燈的顯示。在自動方式下，中途若按下復(fù)位按鈕，則系統(tǒng)要繼續(xù)運(yùn)行到第一步開始位置才停止；若按下停止按鈕，則運(yùn)行立即停止，此時(shí)若再按啟動，系統(tǒng)即從該位置運(yùn)行到第一步開始處停止。遠(yuǎn)程I／O控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)比較獨(dú)特，類似于集中控制系統(tǒng)，又具有分散型控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，經(jīng)常用于控制規(guī)模中等，控制對象比較分散、工程費(fèi)用較低的場合。窩邊到位，該機(jī)構(gòu)就后退。 包裝過程通過包裝工藝盤及其輔助機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。2．1卷紙包裝機(jī)生產(chǎn)工藝概述 卷紙包裝機(jī)主要功能是將來自卷紙庫的卷紙以每分鐘60個(gè)的速率包裝成合格的衛(wèi)生卷筒紙。1．4項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容1．對可編程控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢作一簡單的介紹，明確背景知識與選型根據(jù)；分析PLC在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性與前景。事實(shí)上PLC用于這種場合是最能顯現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)性。1．2卷紙包裝機(jī)產(chǎn)生的背景及意義 衛(wèi)生卷紙是人們生活中的必須品，隨著人們對紙質(zhì)品用量的增加，對衛(wèi)生紙的需求也越來越大，且對衛(wèi)生紙的安全性，方便性要求也越來越高。縱觀各著名廠商，其PLC產(chǎn)品都有不同程度的冗余功能，而且發(fā)展越來越完善。怎樣才能使一個(gè)系統(tǒng)既具有通用性又具備專業(yè)化呢?硬件系統(tǒng)的模塊化便是解決這一矛盾的鑰匙。這樣PLC執(zhí)行指令的速度將達(dá)到納秒級。一種自動化產(chǎn)品的競爭力除表現(xiàn)在其技術(shù)上的個(gè)性外，更重要的還在于其滿足國際標(biāo)準(zhǔn)化的程度和水平。總的趨勢如下1．可編程控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化 在工業(yè)自動化產(chǎn)品繁花似錦的今天，各生產(chǎn)廠商既互相競爭又互相臺作。將來會全部使用64位RISC芯片，實(shí)現(xiàn)多CPU并行處理或分時(shí)處理或分任務(wù)處理，實(shí)現(xiàn)各種模塊智能化，且部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化。但是工業(yè)的每一領(lǐng)域都有其自己的特點(diǎn)。MTBF(平均無故障時(shí)間)是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。5．通用性、高度專業(yè)化的融合是可編程控制系統(tǒng)的新特征。一般的PLC都有上百點(diǎn)內(nèi)部輔助繼電器甚至更多，且還有多種專用的內(nèi)部電器，足可以應(yīng)付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是對PLC進(jìn)行編程。通過對各種控制系統(tǒng)的分析比較，我們決定采用PLC控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)之前，首先得了解其生產(chǎn)工藝。簡單的工藝流程如圖21所示。當(dāng)?shù)竭_(dá)2號工位時(shí)，工藝盤停止，延時(shí)250ms，同時(shí)發(fā)出上料信號，在此時(shí)段內(nèi)，插紙板在工藝盤停止后也相繼停止，但由于慣性，會使包裝紙帶著紙球旋轉(zhuǎn)一個(gè)較小的角度，使包裝紙能完全包住紙球，然后再后退，同時(shí)夾鉗機(jī)構(gòu)軸向運(yùn)動，碰到限位開關(guān)時(shí)，軸向運(yùn)動停止，而三個(gè)夾桿同時(shí)徑向運(yùn)動，抓緊包裝紙的兩端，當(dāng)碰到抓緊限位開關(guān)時(shí)，夾鉗機(jī)構(gòu)軸旋轉(zhuǎn)90度后繼續(xù)向前移動，進(jìn)行窩邊。單主機(jī)控制方式，對主機(jī)要求較高，危險(xiǎn)相對集中。4．自動：按啟動按鈕，程序完成一個(gè)周期的動作后又接著從第一步開始運(yùn)行，自動循環(huán)。2．4總體結(jié)構(gòu)關(guān)系 在前面己經(jīng)說明，本系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)和工控機(jī)兩級控制的結(jié)構(gòu)。然后確定系統(tǒng)的規(guī)模、機(jī)型和配值。除此之外，它自帶的STEP7編程軟件功能強(qiáng)大，使用方便，也使開發(fā)過程變得簡單快捷。SM321數(shù)字輸入模塊具有32位獨(dú)立的輸入點(diǎn)，用于連接開關(guān)或2線接近開關(guān)(BERO)。模塊主要是由A／D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。它用于不帶附加放大器的模擬執(zhí)行元件和傳感器，可以將擴(kuò)展過程中的模擬信號轉(zhuǎn)化為S7300內(nèi)部處理用的數(shù)字信號。模塊與S7300CPU及負(fù)載電壓之間是光電隔離的。其選擇準(zhǔn)則是電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊與所有I／O模塊之和，并且要有30％左右的余量。其控制部分則用一個(gè)1KW的變壓器(TC2)將380V的電壓變?yōu)?20V，并且在輸出側(cè)分成五路，分別提供給工控機(jī)、PLC、PLC輸入回路、PLC輸出回路和繼電器回路。當(dāng)主機(jī)停下來時(shí)，送卷紙電機(jī)不應(yīng)馬上停止，必須經(jīng)過～段延時(shí)后再停，否則將會出現(xiàn)下紙道短時(shí)缺紙或紙道堵塞的現(xiàn)象，影響主電機(jī)的再次啟動。圖32裝料工位控制線路圖 為了在正式工作前調(diào)整推紙空心臺和卷紙托盤推桿的位置，本線路設(shè)有操作選擇控制，由按鈕SB2和中間繼電器KA組成。然后徑向電機(jī)反轉(zhuǎn)，夾緊裝置松開，同時(shí)軸向電機(jī)反轉(zhuǎn)，使夾鉗機(jī)構(gòu)退回的原位。機(jī)器運(yùn)行過程中，一旦某個(gè)部分出現(xiàn)故障，其測控節(jié)點(diǎn)應(yīng)將信息立即傳往上位機(jī)，上位機(jī)發(fā)出急停命令使下位機(jī)各節(jié)點(diǎn)同時(shí)對各自電機(jī)進(jìn)行直流制動。是重力和氣壓力的合力，該力是一個(gè)恒定的力，調(diào)節(jié)輥所受到的向上的力則是包裝紙的張力T1和T2。角加速度推導(dǎo)可得：在開卷中，必須使送材力均勻，張力取值范圍由該材料的工藝要求決定對于紙張的開卷張力一般為紙張的抗拉強(qiáng)度(或由拉斷力換算)的20％左右，(拉斷力可由實(shí)驗(yàn)測得)。當(dāng)信號e(t)進(jìn)入自適應(yīng)控制回路后，經(jīng)運(yùn)算產(chǎn)生適當(dāng)?shù)恼{(diào)整作用，直接改變控制器的參數(shù)，從而使系統(tǒng)的輸出Y(t)逐步與模型輸出Ym(t)接近，直到y(tǒng)(t)=ym(t)即偏差信號e(t)=O，自適應(yīng)調(diào)整過程就自動停止，控制器參數(shù)也就自動整定完畢。其中PLC系統(tǒng)使用西門子公司的s7—300可第三章電控系統(tǒng)電路及各功能模塊的設(shè)計(jì)編程序控制器，主要模塊有CPU315一DP，通訊模塊CP342—5，IM360，IM361擴(kuò)展模塊等。 ProfibusDP(Distributive Peripheral分布式外設(shè))是profibus的重要組成部分。3)變頻器參數(shù)的設(shè)置 分切機(jī)放卷機(jī)驅(qū)動用變頻器是6SE70型矢量變頻器。圖310同步控制系統(tǒng)框圖包裝機(jī)械設(shè)備的同步控制系統(tǒng)框圖n”如圖3—10，機(jī)械動力一方面提供給產(chǎn)品供送系統(tǒng)，同時(shí)還提供給差速器，將差速器的輸出提供給包裝材料的供送(無同步控制的設(shè)備是直接將機(jī)械動力傳輸給包裝材料的供送系統(tǒng))。在產(chǎn)品供送系統(tǒng)的驅(qū)動軸上圖311同步控制方法安裝一個(gè)如圖3—9所示的半圓形金屬片l，在側(cè)面裝上接近開關(guān)J的探頭，如圖所示的瞬間，接近開關(guān)沒有感應(yīng)到金屬片1，假設(shè)輸出狀態(tài)為1，當(dāng)產(chǎn)品供送軸3旋轉(zhuǎn)，半圓金屬片遮住接近開關(guān)，接近開關(guān)輸出狀態(tài)J為0，因此產(chǎn)品供送軸每旋轉(zhuǎn)一圈，接近開關(guān)的l和0輸出狀態(tài)大約各占一半的時(shí)間。上述原理可由圖