西門子300PLC及上位機(jī)控制系統(tǒng)在電線生產(chǎn)線上的應(yīng)用

王德卿 張延杰

摘 要：本文介紹了西門子300PLC在上位機(jī)控制系統(tǒng)在電線生產(chǎn)線上的應(yīng)用，詳細(xì)說明了上位機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及程序設(shè)計(jì)，同時也對上位機(jī)監(jiān)控實(shí)時軟件方案進(jìn)行了闡述和分析。

關(guān)鍵詞：西門子300PLC 上位機(jī)控制系統(tǒng) 電線生產(chǎn)線

采用西門子300PLC上位機(jī)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控界面友好，為生產(chǎn)的預(yù)防以及發(fā)生事故時的診斷提供大量原始資料；還有就是利用大量的數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)以提高控制精度以提高生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)效率；還可以利用上位機(jī)的強(qiáng)大的運(yùn)算功能來實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制算法如遺傳算法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等以提高控制效果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，以及硬件價格的不斷下調(diào)，越來越多的控制系統(tǒng)采用上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。采用上位機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無紙化保存和傳輸，以節(jié)約能源和生產(chǎn)開支等。

1上位控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

整個系統(tǒng)基于PLC及上位機(jī)控制設(shè)計(jì)，能更方便進(jìn)行生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、降低操作復(fù)雜度。操作臺集中簡化各部分控制。上位機(jī)提供了軟件支持，能夠?qū)崿F(xiàn)完善的監(jiān)控功能，進(jìn)行管理并提供友好的人機(jī)接口。在實(shí)際應(yīng)用中，操作者對生產(chǎn)線操作通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。所有的系統(tǒng)參數(shù)報(bào)警故障信息等都可以通過上位機(jī)監(jiān)控。進(jìn)一步提高了系統(tǒng)集成度可靠性，降低了其復(fù)雜性。應(yīng)用上位計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算能力及高級語言編程軟件實(shí)現(xiàn)整個監(jiān)控畫面，上位機(jī)與PLC實(shí)時通信參與控制，可脫離現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)模擬生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)雙重目標(biāo)。

2上位控制控制系統(tǒng)構(gòu)成

PLC控制系統(tǒng)在設(shè)備現(xiàn)場主要實(shí)現(xiàn)兩大控制功能，電線擠塑控制和電線運(yùn)動控制。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備信息的采集處理，以及對各部分設(shè)備的報(bào)警監(jiān)控?？梢园凑展δ芊譃榫€徑檢測及擠塑控制系統(tǒng)、牽引傳動手放線系統(tǒng)、報(bào)警及處理控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信息處理系統(tǒng)。線徑檢測及擠塑控制系統(tǒng)包括：電線直徑檢測、電線冷卻風(fēng)干控制、絕緣層耐壓檢測、擠塑機(jī)螺堂內(nèi)部溫度四級控制、擠塑機(jī)冷卻水系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)控制、擠塑機(jī)電機(jī)速度控制、電線直徑（擠塑機(jī)出料）控制；牽引傳動手放線系統(tǒng)包括：牽引機(jī)電機(jī)速度控制、生產(chǎn)電線長度測量、電線張力控制、放線及收線電機(jī)力矩控制；報(bào)警及處理系統(tǒng)各部分的報(bào)警信息檢測及處理，這部分包括：牽引收放線電機(jī)過載、擠塑電機(jī)過載、擠塑機(jī)缺料即溫控故障、變頻器或直流調(diào)速器故障報(bào)警、火花機(jī)及風(fēng)機(jī)報(bào)警等；數(shù)據(jù)信息處理系統(tǒng)主要是采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)（電線直徑、生產(chǎn)長度及時間、各電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、各控制器狀態(tài)、各執(zhí)行器狀態(tài)）并進(jìn)行記錄。

3控制系統(tǒng)在電線生產(chǎn)上的應(yīng)用

擠塑機(jī)運(yùn)行生產(chǎn)時，要保持設(shè)備在6種狀態(tài)間變換：加熱狀態(tài)、保溫狀態(tài)、排料狀態(tài)、生產(chǎn)狀態(tài)、待機(jī)狀態(tài)、降溫狀態(tài)。其中加熱和降溫是過渡環(huán)節(jié)。在溫度達(dá)到設(shè)定值進(jìn)入保溫狀態(tài)，在此狀態(tài)中保持螺筒溫度在設(shè)定范圍，這可以避免非生產(chǎn)情況下長時間高溫加熱而使聚乙烯塑料燒焦，也可避免溫度過低縮短生產(chǎn)線進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)所需的升溫時問。排料狀態(tài)是在生產(chǎn)前后用來觀察聚乙烯溫度或排出螺筒內(nèi)廢料。在進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)前可以通過排料觀察擠塑顏色和狀態(tài)，調(diào)整達(dá)到要求條件。在生產(chǎn)后螺筒內(nèi)會存有剩余的加熱好的聚乙烯原料，排料狀態(tài)能夠清空螺堂，保證下次生產(chǎn)的順利進(jìn)行根據(jù)電線生產(chǎn)過程中這6個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系設(shè)計(jì)的主程序。生產(chǎn)過程中要求線速度恒定，恒張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)；牽引機(jī)速度為全線基準(zhǔn)速度，前后張力分段反饋調(diào)節(jié)。擠塑機(jī)擠塑速度以線速度為基準(zhǔn)，擠塑機(jī)溫度分4段獨(dú)立控制。水冷卻系統(tǒng)采用水箱水槽循環(huán)水溫度控制二級冷卻。這保證電線生產(chǎn)速度直觀調(diào)控，又保證擠塑質(zhì)量與電線絕緣層的質(zhì)量。

系統(tǒng)啟動，首先進(jìn)入加熱狀態(tài)。4段8個RKC溫控儀分別采集并按設(shè)定控制螺筒內(nèi)部溫度，PLC獲得模擬量溫度值。當(dāng)螺筒溫度達(dá)到設(shè)定保溫溫度，系統(tǒng)停止加熱進(jìn)入保溫狀態(tài)。這時可以根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)定螺筒溫度，系統(tǒng)設(shè)定溫度高于保溫溫度系統(tǒng)進(jìn)入加熱狀態(tài)，達(dá)到設(shè)定溫度后進(jìn)人待機(jī)狀態(tài)。這時已經(jīng)為生產(chǎn)準(zhǔn)備好了。當(dāng)PLC控制的生產(chǎn)標(biāo)志位為1，系統(tǒng)進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)。牽引電機(jī)啟動達(dá)到設(shè)定線速度，收放線電機(jī)產(chǎn)生張力力矩，二級冷卻運(yùn)行，測徑儀將線徑信號反饋到控制環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)擠塑機(jī)轉(zhuǎn)速，火花機(jī)風(fēng)干刻字機(jī)開始運(yùn)行。生產(chǎn)標(biāo)志位為0，系統(tǒng)保持待機(jī)狀態(tài)，因所用不同塑料耐高溫能力有差異，待機(jī)時間也有所不同。如果待機(jī)結(jié)束后，系統(tǒng)沒有進(jìn)入生產(chǎn)或排料狀態(tài)，則進(jìn)入降溫狀態(tài)，螺筒內(nèi)部溫度降低，轉(zhuǎn)為保溫狀態(tài)。擠塑機(jī)速度控制是系統(tǒng)控制中的重要環(huán)節(jié)，控制的好壞直接決定了產(chǎn)品的質(zhì)量。所生產(chǎn)的電線線徑就是通過擠塑機(jī)速度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)在設(shè)置恒定線速度下，根據(jù)設(shè)定的線徑標(biāo)準(zhǔn)與測徑儀反饋控制擠塑機(jī)擠塑。牽引機(jī)速度也可以在生產(chǎn)中進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就要求擠塑機(jī)速度要跟隨線速度變化自動調(diào)節(jié)。出于教學(xué)方便，設(shè)定值可由上位機(jī)或現(xiàn)場設(shè)備設(shè)置，并且根據(jù)設(shè)定值的變化，要采用合適的加速度以符合系統(tǒng)要求，這樣可以避免出現(xiàn)電流沖擊或過載現(xiàn)象。在加速度調(diào)節(jié)的過程中，實(shí)際值保持在一個設(shè)定值誤差范圍內(nèi)即可，可以避免頻繁波動情況的出現(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用二倍加速度作為其誤差范圍。這樣的控制方法在實(shí)際運(yùn)行中效果較好，生產(chǎn)穩(wěn)定。而在排料狀態(tài)下，不要求速度穩(wěn)定性，可用較高的加速度運(yùn)行。在生長過程中，牽引機(jī)線速度和擠塑機(jī)的加減速要配合保持速度的平穩(wěn)上升。應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)速度控制，PLC運(yùn)算可靠性離、實(shí)時性好、準(zhǔn)確方便?？刂瞥绦蛐枰O(shè)定初始線速度、擠塑機(jī)初始速度。初始速度是剛進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)的所要求的速度，此時速度值低，點(diǎn)擊力矩運(yùn)行不穩(wěn)定，線徑控制難。因此，在起始的2—3S內(nèi)不進(jìn)行線徑反饋控制。在進(jìn)入正常生長狀態(tài)后，可以通過上位機(jī)或現(xiàn)場控制環(huán)節(jié)改變線速度設(shè)定值，系統(tǒng)統(tǒng)過程需自動調(diào)整產(chǎn)生生產(chǎn)加速度，這時反饋控制進(jìn)一步保證線徑恒定符合生產(chǎn)要求。線徑保持PI控制，并且可以根據(jù)不同生產(chǎn)要求線徑和不同速度調(diào)整P、I值，以達(dá)到最佳控制效果。在進(jìn)入排料狀態(tài)后，可以給定排料速度和加速度。

4結(jié)束語

以SIEMENS 300系列PLC及上位機(jī)綜合控制電線生產(chǎn)線，可以達(dá)到較好的生產(chǎn)效果和教學(xué)目的。正常生產(chǎn)時，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。在教學(xué)時可以分步運(yùn)行，說明各個控制環(huán)節(jié)及設(shè)備功能。上位機(jī)界面友好，操作方便。

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