【文章內容簡介】 步運行。 :從初始位置開始，按啟動按鈕，程序自動完成一個周期的動作后返回到第一步開始位置停止:按啟動按鈕，程序完成一個周期的動作后又接著從第一步開始運行，自動循環(huán)。在自動方式下，中途若按下復位按鈕，則系統(tǒng)要繼續(xù)運行到第一步開始位置才停止。若按下停止按鈕，則運行立即停止，此時若再按啟動，系統(tǒng)即從該位置運行到第一步開始處停止。根據(jù)卷紙包裝機的實際運行情況，本系統(tǒng)采用自動運行和手動運行兩種方式。與運行方式的設計相對應，還必須考慮停止運行方式的設計。可編程控制器的停運方式有正常停運，暫時停運和緊急停運三種。根據(jù)控制系統(tǒng)要求，由于包裝機運行期間采用循環(huán)工作方式，只有在工作結束或接收到操作人員的停止運行指令或設備出現(xiàn)故障或異常情況時才停止，因此本系統(tǒng)采用硬件切斷電源，使系統(tǒng)立即停車。包裝機控制功能要求:手動運行可以用按鈕對包裝機的各個部分進行單獨控制，主要用于故障恢復與檢修全自動運行按下啟動按鈕，系統(tǒng)即可連續(xù)、協(xié)調、周期性地循環(huán)完成各包裝動作，直到系統(tǒng)接收到停止運行信號。在前面己經(jīng)說明，本系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)和工控機兩級控制的結構。PLC負責按鈕、行程開關和其它開關量信號的輸入，以及發(fā)出信號去控制接觸器、繼電器、變頻器等電氣元件，進而控制各電機的運行，同時控制相應指示燈的顯示。工控機用來進行參數(shù)的修改與設定、全自動控制、在線監(jiān)視、傳送信息等工作。工控機通過串行口與PLC相連，進行相互通信，所以工控機是通過發(fā)出命令去控制PLC的運行以達到進行全自動控制的目的。卷紙包裝機控制系統(tǒng)主要器件包括工控機(另配顯示器)、PLC、變頻器等。它們的選擇都是以在保證功能的前提下盡可能地選擇可靠性高和使用方便的產品為依據(jù)，具體情況如下: 工控機本系統(tǒng)上位機選用研華IPC610工控機，128M內存，lOG硬盤，內部底板上有4個ISA總線插槽、2個PCI總線插槽和一個CPU插槽，可以方便地進行系統(tǒng)擴展，另外選配飛利浦105A型顯示器，可清晰地顯示各種圖形和文字，運行WINDOWSNT操作系統(tǒng)，外接打印機，打印報表。工控機由一臺500VA的不間斷電源UPS供電，保證報表數(shù)據(jù)的完整記錄。下位PLC的選型及其模塊配置在進行這項工作之前，需要對控制對象和控制任務進行統(tǒng)計和分析。然后確定系統(tǒng)的規(guī)模、機型和配值。據(jù)統(tǒng)計，該包裝機控制系統(tǒng)需要配置如下的不同性質的I/0點:80個開關量輸入。50個開關量輸出。巧個模擬量輸入。巧個模擬量輸出。根據(jù)對上述控制任務的分析，本項目選擇了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用，應用領域相當廣泛。其模塊化、無排風扇結構、和易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得S7300成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務的方便又經(jīng)濟的方案。S7300系列所具有的多種性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/0擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應用選擇合適的模塊。當任務規(guī)模擴大并且愈加復雜時，可隨時使用附加的模塊對PLC進行擴展。SIMATIC S7300所具備的高電磁兼容性和強抗振動，抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應性。它具有很強的計算能力和完善的指令集，以及通過MPI接口和 SINEC LANS聯(lián)網(wǎng)的能力，適用于高速的過程處理需要。本系統(tǒng)所用的主機模塊是CPU 3152DP，可以通過MPI轉接電纜或通訊模塊與計算機進行通訊，再加上其全面的診斷功能和完善的自我保護技術，使其具有極高的可靠性，極其適合本系統(tǒng)的需求。除此之外，它自帶的STEP?編程軟件功能強大，使用方便，也使開發(fā)過程變得簡單快捷。此外，S7300系列PLC還具有模塊點數(shù)密度高，結構緊湊，性價比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點。 根據(jù)I/0點數(shù)的確定要按照實際點數(shù)再加20 Yo30%的備用量及其特性，配置了如下的模塊[V}l, 1. 2個模擬量輸入模塊SM331 為16路的模數(shù)轉換通道。 2. 4個模擬量輸出模塊SM332 為16路的模數(shù)轉換通道。 3. 4個數(shù)字量輸入模塊SM321 輸入通道。 4. 3個數(shù)字量輸出模塊SM322 關量輸出通道。 。 在本系統(tǒng)中，H刃的主要任務是接受外部開關信號(按鈕、行程開關、繼電器節(jié)點)的輸入，判斷當前的系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號去控制接觸器、繼電器等器件，以完成相應的控制任務。除此之外，另一個重要的任務就是接受工控機(上位機)的控制命令，以進行全自動包裝循環(huán)。圖24給出了本項目中配置的S7300PLC模板的型號和數(shù)量，下面對使用的這些模塊作具體介紹〔}210PLC的中央處理器CPU3152DP CPU31*)2DP是S7一300的大腦，其裝載存儲器的基本容量為48K字節(jié)或80K字節(jié)，可用存儲卡擴充裝載存儲器，最大容量可達到312。每執(zhí)行1000條二進制指令約需0JMS，最大可擴充1024點數(shù)字量1/O或128路模擬量通道。CPU3152DP內裝硬件實時時鐘。 CPU3152DP的操作系統(tǒng)是事件驅動的用戶程序掃描過程。CPU響應哪個事件，操作系統(tǒng)自動調用該事件的組織塊OB o CPU315可調用128個功能塊FB (0一127)。 128個功能調用FC (0127)。 127個數(shù)據(jù)塊DB (127, 0保留)。OB,F B, FC, DB的容量均不大于8KB。此外，還有38個系統(tǒng)功能塊SFC集成在操作系統(tǒng)中供用戶調用。有9個系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊SDB裝載S7300系統(tǒng)參數(shù)。 CPU3152DP適用于要求高速處理和中等v0規(guī)模的任務。它可以裝載中等規(guī)模的程序，并具有中等的指令執(zhí)行速度。接口模塊IM360和IM361 當PLC系統(tǒng)的規(guī)模較大時，一個機架不能容納所有的模塊時，就要增添擴展機架，這時裝有CPU的機架稱為主機架。主機架和擴展機架之間通過接口模塊IM360和IM361形成統(tǒng)一的整體。每個機架的接口模塊通過總線連接器連接到I/O模塊。接口模塊是自組態(tài)的，無需進行地址分配。具有指示系統(tǒng)狀態(tài)和故障的發(fā)光二極管LED。如果CPU不確認此機架，則LED閃爍。一個系統(tǒng)可以有中央機架和最多三個擴展機架，每個機架最多八個擴展模塊，相鄰機架的間隔為4厘米到10米。 IM360必須安裝在S7300的0號主機架上，IM360和IM361之間的最大距離不超過10米。IM361接口模塊安裝在S7300的1號到3號的機架上。數(shù)據(jù)通過連接線368由IM360傳輸?shù)絀M361，再從IM361傳輸?shù)较聜€機架上的IM361。每個IM361需要一個外部24V電源，向擴展機架上的所有模塊供電?？赏ㄟ^電源連接器連接PS307負載電源。通訊處理器模塊CP343一5 CP343 5通訊處理器是用于PROFIBUSFMS總線系統(tǒng)的SIMATICS7300的通訊處理器。它內部帶有微處理器，用來分擔CPU的通訊任務，并支持其它的通訊連接。它可以通過PROFIBUS FMS與PROFIBUS站點通訊。與編程器、人機界面裝置進行通訊。與其他SIMATIC S7系統(tǒng)進行通訊。CP343一5通訊處理器具有SIMATICS7300系統(tǒng)結構緊湊的優(yōu)點，其9針D型連接器用于連接PROFISUS p 4針端子排用于連接外部24V直流電源電壓。32路數(shù)字輸入模塊SM321 數(shù)字輸入模塊SM321向外提供電源，將位于現(xiàn)場的開關觸點的狀態(tài)經(jīng)過光電隔離和濾波，將從過程傳輸來的外部數(shù)字信號轉化為內部S7300信號電平。然后送至輸入緩沖器等待CPU采樣，采樣時，信號經(jīng)過背板總線進入到輸入映像區(qū)。SM321數(shù)字輸入模塊具有32位獨立的輸入點，用于連接開關或2線接近開關 (BERG)。數(shù)據(jù)采集部分與背板總線通過光電禍合器隔離。模塊的每個輸出點有一個綠色發(fā)光二極管LED顯示輸入狀態(tài)。輸入開關閉合即有輸入電壓時，LED亮。32位數(shù)字輸出模塊SM 322 D032*24DC/ 數(shù)字輸出模塊將S7300的內部信號電平轉化為控制過程所需的外部信號電平。按負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。 SM322: D032*24DC/，只能帶直流負載。32個輸出點，分成8組。該模塊輸出具有短路保護功能，適用于連接電磁閥、接觸器、小功率電機燈和電機啟動器。8路12位分辨率模擬量輸入模塊SM331 SM331: A18*12Bit是8通道的模擬量輸入模塊，在系統(tǒng)中用于輸入主傳動電機轉速、放卷機轉速、放卷輥直徑等的測量值。模塊主要是由A/1〕轉換部件、模擬切換開關、補償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。 A/D轉換部件是模塊的核心，其轉換原理采用積分方法。積分式A/D轉換的積分時間直接影響到A/D轉換時間和A/D轉換精度。積分時間越長，被測值的精度越高。SM331可選的積分時間有:25ms, 167ms, 20ms和looms。在我國為了抑制工頻及諧波干擾，一般選用20ms的積分時間，相應精度為12位。S7一300的CPU用16位的二進制補碼表示模擬量的值，其中最高位為符號位，0”表示正值，1”表示負值。57300模擬輸入模塊的輸入測量值范圍很寬，可直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號。它用于不帶附加放大器的模擬執(zhí)行元件和傳感器，可以將擴展過程中的模擬信號轉化為57300內部處理用的數(shù)字信號。 SM331的8個模擬量輸入通道共用一個積分式A/D轉換部件。即通過模擬切換開關，各個輸入通道按順序一個接一個轉換。某一通道從開始轉換模擬量輸入值起，一直持續(xù)到再次開始轉換的時間稱為輸入模塊的循環(huán)時間。循環(huán)時間是對外部模擬信號的采樣間隔。對于一個積分時間設定為20ms. 8個輸入通道都接有外部信號且都需斷線監(jiān)視的SM331，其循環(huán)時間為(22+10) *8=256mso SM331的每兩個輸入通道構成一個輸入通道組，可以按通道組任意選擇測量方法和測量范圍。模塊上需接24VDC的負載電壓L+，有反接保護功能。模塊與S7300CPU及負載電壓之間是光電隔離的。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。電源模塊PS307 (5A)及其容量計算 PS307電源模塊的輸入接單相交流，輸入電壓為120/230V, 50/60H Z。輸出電壓24VDC，輸出電流5A。在輸入和輸出之間有可靠的隔離。電源輸出指示器用一個LED指示24伏直流輸出。如果正常輸出額定電壓24V，則綠色LED點亮。如輸出電路過載，則LED閃爍。輸出電流長期在5A到7A之間時，輸出電壓下降，電源壽命縮短。電流超過7A時，電壓跌落，跌落后可自動恢復:如輸出短路，則輸出電壓為OV, LED變暗，在短路消失后電壓自動恢復。 在實時控制系統(tǒng)中，接地是抑制干擾使系統(tǒng)可靠工作的主要辦法。如能把接地和屏蔽正確結合起來使用，可以解決大部分干擾問題。在確定所有的模塊并組建S7300系統(tǒng)時要選擇合適的電源模塊。其選擇準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。故在設計系統(tǒng)時考慮每塊模塊的電流消耗和功率損耗是非常必要的。表21列出了在24V直流負載電源下，所選用的各種S7300模塊的電流損耗以及從24V負載電源吸取的電流。機架0上24V電源由CPU3152DP向其它模板供電、另外插入IM360, CP3435各1塊，SM331模擬輸入板2塊，SM332數(shù)字輸出板4塊。這些模塊從S7 300背板總線吸取的電流為: 350+70+2*60+4*80=860 (mA) 沒有超過CPU3152DP所能轉供的電流1. 2A. 機架1上由24V電源通過IMi61向其它模板供電，另外插入SM322共3塊，數(shù)字輸入板SM321共4塊，這些模塊從57300背板總線吸取的電流為: 70*3+4*25=310 （mA)也沒有超過IM361所能轉供的電流0. 8Ao那么各模塊從24V電源吸取的總電流為: 1000+600+2*60+3*100+4*1}500+4*80=2844 (mA)考慮到電源應留有一定的余量，所以電源模塊應選PS307 5A ) o表21各模塊電流容量表Tablet1 Cuxrent capacity of each module變頻器的選擇 考慮到張力控制系統(tǒng)對速度控制精度要求比較高，但負載不大的特點，在選擇變頻器時選用了西門子SIMOVERT MASTER DRIVES 6SE70VC矢量型變頻器(容量在2. 237kw，屬于小功率變頻器)，配套電機則是西門子專用帶光電編碼器交流感應電動機(3相，380460V)。該系列變頻器采用最新的矢量控制技術、從而提高了系統(tǒng)的控制精度和動態(tài)響應精度。同時，由于其內部有開關量連接器和模擬量連接器及各種功能數(shù)據(jù)組，加上提供的豐富的自由功能模塊和自由控制方式，使該系統(tǒng)變頻器較多應用于高動態(tài)性能傳動系統(tǒng)的頻率控制、轉速控制和轉矩控制。滿足了不同控制系統(tǒng)的要求。特別是在近年來投產的造紙機電氣傳動系統(tǒng)中較多采用了這種工程型變頻器來組態(tài)系統(tǒng)。、組態(tài)靈活，能適合各種場合的應用需要。傳感器與執(zhí)行機構 卷紙包裝機控制系統(tǒng)中主要的傳感器以開關量提供給PLC，作為操作決策的依據(jù)，這些開關輸入量有: 。 , 2, 3工位的行程開