基于S7-300 PLC的交叉鋪網(wǎng)機(jī)控制系統(tǒng)的研究

　　1 前言

　　可編程控制器以其功能強(qiáng)大、抗干擾能力強(qiáng)、故障率低等優(yōu)點(diǎn)在機(jī)械行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。隨著生產(chǎn)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化中分散結(jié)構(gòu)的迅速增長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)應(yīng)用日益普遍。在我公司非織造布設(shè)備簡(jiǎn)易交叉鋪網(wǎng)機(jī)電氣控制系統(tǒng)中PLC和伺服驅(qū)動(dòng)器之間的通訊，我們采用了西門(mén)子S7-300PLC的PROFIBUS-DP通訊。

　　2 系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)介

　　簡(jiǎn)易交叉鋪網(wǎng)機(jī)在非織造布設(shè)備的主要作用是將前道設(shè)備梳理機(jī)梳理出的纖網(wǎng)由縱向變?yōu)闄M向，可根據(jù)工藝要求將纖網(wǎng)鋪成不同層數(shù)和不同寬度輸出給后序設(shè)備，鋪出的纖網(wǎng)要求均勻，本設(shè)備鋪網(wǎng)寬度通過(guò)機(jī)械調(diào)整。

　　全機(jī)傳動(dòng)由3臺(tái)伺服電機(jī)構(gòu)成，分別控制上小車(chē)、下小車(chē)和輸出簾的運(yùn)行，其中上下小車(chē)電機(jī)通過(guò)交替式運(yùn)轉(zhuǎn)控制兩個(gè)小車(chē)在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中的位置。

　　3 電氣控制系統(tǒng)硬件組成

　　針對(duì)上述工藝及控制要求，本控制系統(tǒng)核心采用了西門(mén)子的S7 314C-2DP PLC和數(shù)字量輸入。人機(jī)界面采用西門(mén)子TP177B觸摸屏，傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)采用KEB高性能伺服驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)采用意大利合資品牌菲士伺服電機(jī)。采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)PLC和觸摸屏及伺服驅(qū)動(dòng)器之間的通訊，本系統(tǒng)采用PROFIBUS-DP通訊是因?yàn)椋核悄壳白钔ㄓ玫默F(xiàn)場(chǎng)總線之一，不依賴(lài)于生產(chǎn)廠家、是開(kāi)放現(xiàn)場(chǎng)總線，各種各樣的自動(dòng)化設(shè)備都可以通過(guò)同樣的接口交換信息。PROFIBUS由三個(gè)兼容部分組成：即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。其中PROFIBUS-DP是一種高速低成本的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信，使用PROFIBUS-DP可取代電三型信號(hào)傳輸。

　　3.1人機(jī)界面(從站)

　　人機(jī)界面可以實(shí)時(shí)的、詳細(xì)的顯示現(xiàn)場(chǎng)各電機(jī)和傳感器的情況，實(shí)時(shí)報(bào)警。人機(jī)界面主要功能是：

　　①控制功能：可以通過(guò)觸摸鍵手動(dòng)開(kāi)停各電機(jī)。

　　②參數(shù)設(shè)定：設(shè)定牽伸比、鋪網(wǎng)寬度、鋪網(wǎng)層數(shù)和多段速度比例等工藝參數(shù)及系統(tǒng)參數(shù)。

　?、蹟?shù)據(jù)及信息顯示：顯示各電機(jī)線速度、各種報(bào)警信息。

　?、芘浞焦芾恚焊鶕?jù)不同的工藝設(shè)定和存儲(chǔ)不同的配方。

　　⑤用戶(hù)管理：主要包括修改和管理用戶(hù)的密碼和訪問(wèn)權(quán)限。

　　3.2S7-300 CPU314C-2DP可編程控制器(主站)

　　具有DP口和MPI口，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線連接各傳動(dòng)系統(tǒng)和分站。主要功能有：

　?、俳邮詹僮魅藛T和設(shè)備檢測(cè)裝置現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出的指令信號(hào)。

　?、谙到y(tǒng)的邏輯運(yùn)算。

　　③對(duì)各伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，包括控制其啟動(dòng)與停止，向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送速度信號(hào)。

　?、芙邮涨暗涝O(shè)備速度及聯(lián)鎖信號(hào)，并進(jìn)行處理，給后道設(shè)備速度及聯(lián)鎖信號(hào)等。

　　3.3傳動(dòng)系統(tǒng)(從站)

　　傳動(dòng)系統(tǒng)由3臺(tái)高性能KEB伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服電機(jī)組成。其特點(diǎn)：

　?、贅?biāo)準(zhǔn)化及模塊化，整個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)緊湊，可通過(guò)改變內(nèi)部模塊實(shí)現(xiàn)不同的控制功能，可根據(jù)不同的用途來(lái)選用適當(dāng)?shù)姆答?旋變、絕對(duì)值或正余弦等等反饋卡及相應(yīng)的伺服電機(jī))。

　?、诳刹捎肞ROFIBUS-DP、DEVICE NET、CAN、RS485等多種方式通訊及聯(lián)網(wǎng)。

　?、弁ㄟ^(guò)PC軟件進(jìn)行電機(jī)參數(shù)的整定，調(diào)節(jié)其PID參數(shù)，使得伺服電機(jī)在不同條件下滿(mǎn)足不同的用戶(hù)需求，也可通過(guò)PC機(jī)來(lái)設(shè)定其通訊參數(shù)，常規(guī)使用中可采取過(guò)程通道設(shè)定及讀取速度，對(duì)指定的特殊參數(shù)由過(guò)程通道無(wú)法實(shí)現(xiàn)其更改，必須通過(guò)參數(shù)通道進(jìn)行調(diào)整。

　　4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)

　　采用西門(mén)子STEP75.4軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件組態(tài)和程序編制，STEP7是一個(gè)對(duì)S7-300和S7-400PLC進(jìn)行編程的軟件，它的編程語(yǔ)言非常豐富，主要有LAD(梯形圖)、STL(語(yǔ)句表)、FBD(功能塊圖)等。它使控制程序的編程工作大大簡(jiǎn)化，除了可以編制S7-300程序塊外，還可以設(shè)定各種參數(shù)在線監(jiān)控、查詢(xún)故障等。

　　(1)進(jìn)行硬件組態(tài),將KEB伺服驅(qū)動(dòng)器作為從站，掛在CPU314C-2DP的DP口上，人機(jī)界面PLC自動(dòng)識(shí)別，不用組態(tài)。在硬件組態(tài)中設(shè)置與KEB伺服驅(qū)動(dòng)器的通訊參數(shù)，如有必要可設(shè)定參數(shù)通道來(lái)對(duì)特殊參數(shù)的調(diào)節(jié)。

　　(2)編寫(xiě)PLC程序，本系統(tǒng)的控制程序采用模塊化的編程思想，主要采用梯形圖來(lái)進(jìn)行程序的編寫(xiě)，將不同的控制功能用不同的程序功能塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，它使程序的可讀性、可移植性、易維護(hù)性大大加強(qiáng)。將不同的功能分別編寫(xiě)子程序，由主程序OB1調(diào)用。主要有手動(dòng)(單電機(jī)啟停)、自動(dòng)(交叉鋪網(wǎng)機(jī)整機(jī)啟停)、聯(lián)動(dòng)控制程序(與前后道設(shè)備一起啟停)，速度控制程序、斜坡發(fā)生器程序、通訊程序、報(bào)警程序等。通過(guò)模擬量輸入模塊將前道設(shè)備來(lái)得速度信號(hào)(0~10V)引入PLC中，并經(jīng)過(guò)運(yùn)算，通過(guò)模擬量輸出給下道設(shè)備速度。在用戶(hù)程序中除了編寫(xiě)主程序OB1外，還編寫(xiě)了OB35(循環(huán)中斷)、OB80(時(shí)間錯(cuò)誤)、OB81(電源故障)，OB82(診斷中斷)OB122(I/O訪問(wèn)故障)等。

　　本系統(tǒng)根據(jù)工藝要求，在手動(dòng)和自動(dòng)模式要求PLC自己給定速度信號(hào)，并且要有自己的加減速時(shí)間，這就要求有斜坡發(fā)生器程序，通過(guò)編寫(xiě)斜坡發(fā)生器FB子程序，并由OB35調(diào)用，實(shí)現(xiàn)在固定的時(shí)間內(nèi)(如50秒)速度升到設(shè)定值或從設(shè)定值降到零，實(shí)現(xiàn)緩步起停，避免對(duì)機(jī)械設(shè)備造成的沖擊。

　　上下小車(chē)電機(jī)在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需要不停的進(jìn)行交替式運(yùn)行，鋪網(wǎng)寬度通過(guò)兩邊的接近開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩接近開(kāi)關(guān)可通過(guò)機(jī)械搖動(dòng)調(diào)節(jié)兩接近開(kāi)關(guān)的位置從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整鋪網(wǎng)幅寬的效果，根據(jù)PLC的運(yùn)算，進(jìn)行鋪網(wǎng)寬度的控制和鋪網(wǎng)層數(shù)的控制。

　　(3)伺服驅(qū)動(dòng)器通訊參數(shù)設(shè)定，如：通訊站號(hào)、狀態(tài)字和控制字，狀態(tài)字包括： 讀伺服電機(jī)編碼器的速度，讀伺服驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)，控制字包括：寫(xiě)速度給伺服驅(qū)動(dòng)器，寫(xiě)加速度給上下小車(chē)伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器的故障復(fù)位等。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　該系統(tǒng)采用西門(mén)子37-300和PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通訊以后，從實(shí)際使用效果來(lái)看，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制精確，操作簡(jiǎn)單，故障率低，滿(mǎn)足了交叉鋪網(wǎng)機(jī)控制的要求，大大提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和產(chǎn)品質(zhì)量。