西門子S7—300PLC應(yīng)用

摘要：可編程控制器（PLC）由于其自身的優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，西門子S7-300PLC在原有PLC優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)主要組件分模塊處理，并增加了標(biāo)準(zhǔn)接口，這極大的擴(kuò)展了系統(tǒng)的功能。本文以電線生產(chǎn)為例，詳細(xì)說明了西門子S7-300PLC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：西門子S7-300；PLC；工業(yè)生產(chǎn)

一、PLC發(fā)展現(xiàn)狀

（一）概念介紹

可編程控制器（以下簡稱PLC），是一種應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)環(huán)境下的數(shù)字運(yùn)算控制控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)最大優(yōu)點(diǎn)是存儲器內(nèi)的程序可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要進(jìn)行編制，通過程序中的邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等操作指令和數(shù)字式或模擬式的輸入輸出，實(shí)現(xiàn)對各類機(jī)械生產(chǎn)的控制。

（二）發(fā)展歷程

傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域控制方法是計(jì)算機(jī)控制和傳統(tǒng)PLC控制。傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)是封閉式結(jié)構(gòu)，不同廠家的PLC系統(tǒng)的硬件互不兼容，編輯程序所用的語言以及指令沒有統(tǒng)一，終端用戶只能采用統(tǒng)一品牌的PLC控制系統(tǒng)及配套編程語言。產(chǎn)品之間的排他性嚴(yán)重影響了PLC控制系統(tǒng)的普及和發(fā)展。

隨著工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域自動化的發(fā)展規(guī)模不斷壯大，對控制系統(tǒng)的要求也趨向分散化和復(fù)雜化，控制系統(tǒng)的接口遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的需要。一方面，企業(yè)在生產(chǎn)過程中需要及時(shí)了解生產(chǎn)過程中的準(zhǔn)確信息，以便根據(jù)實(shí)際需求確定生產(chǎn)方案，選擇配套的硬件和軟件，這就要求控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊能力增強(qiáng)；另一方面，新型傳感器的研發(fā)與使用可增加控制系統(tǒng)的功能，這同樣需要控制系統(tǒng)具有相互兼容的接口。

二、西門子S7-300PLC應(yīng)用

（一）西門子S7-300PLC結(jié)構(gòu)

西門子S7-300PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是模擬式中小型控制系統(tǒng)，其組成部分是獨(dú)立存在的，電源（PS）、中央處理器（CPU）和其他模塊通過U形總線控制在系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軌道上，總線連接器插在各個(gè)模塊背后，電源位于機(jī)架的左側(cè)，中央處理器僅靠電源右側(cè)，且處理器右邊是可以選擇的IM接口，當(dāng)系統(tǒng)在不需要使用擴(kuò)展支架時(shí)，可以不選擇IM接口。S7-300編程軟件控制系統(tǒng)時(shí)，電源、中央處理器和IM接口模塊分別放在1-3號槽上，4-11號槽可以放置其他模塊，如數(shù)字量輸入/輸出（DI/DO）、模擬量輸入/輸出（AI/AO）、功能模塊（FM）和通信模塊（CP）等。S7-300的中央處理器是系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)整個(gè)控制系統(tǒng)的中央控制、存儲、程序執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)其通信功能。中央處理器有四種工作模式：啟動（STARTUP）、停止（STOP）、運(yùn)行（RUN）和保持（HOLD）。在這四種模式中，可以通過MPI接口與其他設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)功能多樣化。

本文以西門子S7-300PLC在電線生產(chǎn)線中的應(yīng)用為例，詳細(xì)介紹該系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。

（二）西門子S7-300PLC在電線生產(chǎn)線中的應(yīng)用

1.電線生產(chǎn)線控制系統(tǒng)功能

在電線生產(chǎn)線中，控制系統(tǒng)主要提供對電線擠塑和電線運(yùn)動的控制功能，上位機(jī)需要對現(xiàn)場設(shè)備相關(guān)的信息進(jìn)行采集、分析處理后對各部分組件實(shí)施監(jiān)控功能和報(bào)警功能。根據(jù)以上要求，在進(jìn)行程序編程時(shí)需要考慮的主要功能為：電線直徑檢測及擠塑控制系統(tǒng)、牽引傳動手放線系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信息采集與處理系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)采用西門子S7-300 PLC，各部件型號為：中央處理器CPU314、通訊模塊IM365、數(shù)字及模擬量I/O模塊。系統(tǒng)中西門子S7-300 PLC包括西門子硬件及相應(yīng)軟件，能滿足一般要求的整體模塊，若需要其他擴(kuò)展功能，可選擇相應(yīng)模塊連接到主系統(tǒng)中，增加系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)主要控制任務(wù)為控制電線輸出速度、與上位機(jī)進(jìn)行連接通信、變頻調(diào)速器控制機(jī)故障識別和報(bào)警處理等。該系統(tǒng)程序編輯語言簡單易懂，易于終端用戶使用。

整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)PLC及上位機(jī)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，降低了操作難度。上位機(jī)提供了可靠的軟件支持，能夠?qū)ιa(chǎn)過程實(shí)施全程監(jiān)測與管理，各部分控制系統(tǒng)簡化后的執(zhí)行指令集中于操作臺，便于操作者理解和掌握。

2.控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

擠塑機(jī)在工作期間需要設(shè)備在6種不同狀態(tài)下轉(zhuǎn)換：加熱、保溫、生產(chǎn)、排料、降溫、待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備處于加熱或降溫狀態(tài)時(shí)，是過渡環(huán)節(jié)，溫度達(dá)到生產(chǎn)需要的溫度時(shí)進(jìn)入保溫狀態(tài)，在保溫狀態(tài)中，螺筒溫度要保持在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)，這既可以避免螺筒溫度過高使原料聚乙烯所料焦化，也可減少生產(chǎn)線由待機(jī)狀態(tài)進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)的升溫時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。生產(chǎn)前對聚乙烯溫度的觀察或生產(chǎn)后對螺筒內(nèi)廢棄物的觀察狀態(tài)為排料狀態(tài)；通過對擠塑顏色和狀態(tài)的觀察，確定生產(chǎn)前狀態(tài)，調(diào)整滿足達(dá)到生產(chǎn)要求的條件；及時(shí)清空螺筒內(nèi)剩余的加熱好的聚乙烯原料，保證生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行。6種狀態(tài)的轉(zhuǎn)化關(guān)系可參見圖1

圖1 生產(chǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)化關(guān)系

電線直徑檢測及擠塑控制系統(tǒng)包括的功能主要有對電線直徑的檢測、控制電線冷卻風(fēng)干的條件、電線外皮絕緣耐壓性能檢測、擠塑機(jī)螺塘內(nèi)部溫度分級控制、擠塑機(jī)冷卻水控制、風(fēng)機(jī)控制、擠塑機(jī)電機(jī)速度控制、電線直徑控制等。數(shù)據(jù)信息收集及處理系統(tǒng)主要功能為采集包括電線粗細(xì)、長度、時(shí)間、各部分電機(jī)運(yùn)行狀況、其他控制器或執(zhí)行器在內(nèi)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，進(jìn)行記錄并進(jìn)行分析處理。

由電線生產(chǎn)流程中涉及的6種狀態(tài)及其轉(zhuǎn)化關(guān)系編輯主程序，生產(chǎn)過程要求電線出線速度不變，這需要固定張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，牽引機(jī)速度為生產(chǎn)線的基準(zhǔn)速度，前后張力分階段調(diào)整反饋。出線速度控制擠塑機(jī)擠塑速度，擠塑機(jī)溫度分4段分別進(jìn)行控制。利用水箱水槽循環(huán)水溫度控制二級冷卻作為水冷卻系統(tǒng)。主程序可實(shí)現(xiàn)電線生產(chǎn)速度調(diào)控和擠塑質(zhì)量及絕緣層質(zhì)量控制的目的。主程序框架圖見圖2。

圖2 主程序結(jié)構(gòu)框架圖

程序說明：系統(tǒng)啟動立即進(jìn)入加熱狀態(tài)，準(zhǔn)備生產(chǎn)。螺筒內(nèi)部溫度分為四段由內(nèi)設(shè)的八個(gè)RKC溫控儀檢測并控制，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入保溫狀態(tài)，若升高螺筒內(nèi)的預(yù)設(shè)溫度，則系統(tǒng)由保溫狀態(tài)轉(zhuǎn)為加熱狀態(tài)，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后重新進(jìn)入保溫的待機(jī)狀態(tài)，準(zhǔn)備下步生產(chǎn)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)后，PCL控制生產(chǎn)的標(biāo)志為“1”，此時(shí)，牽引電動機(jī)啟動達(dá)到預(yù)設(shè)出線速度，收放線電機(jī)、二級冷卻系統(tǒng)、測徑儀、擠塑機(jī)、火花機(jī)以及風(fēng)干刻字機(jī)分別開始進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)停止工作，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)時(shí)，生產(chǎn)標(biāo)志為“0”，待機(jī)時(shí)間根據(jù)所用材料耐高溫能力確定，耐高溫能力強(qiáng)的材料，待機(jī)時(shí)間可短一些。待機(jī)狀態(tài)結(jié)束后，系統(tǒng)若不進(jìn)入生產(chǎn)或排料狀態(tài)，則開始降溫，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度值時(shí)進(jìn)入保溫狀態(tài)。

三、總結(jié)

西門子S7-300PLC以其靈活、可靠、準(zhǔn)確、便捷的優(yōu)點(diǎn)在各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，從而帶動工業(yè)制造業(yè)的改革和進(jìn)步。在今后的發(fā)展過程中，各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域企業(yè)也將不斷研發(fā)、引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，作為企業(yè)在市場競爭中取勝的資本。

參考文獻(xiàn)：

[1] 田紅芳，王歡.西門子300PLC及上位機(jī)控制系統(tǒng)在電線生產(chǎn)線的應(yīng)用[J].儀表技術(shù)與傳感器，2007，（3）：40-41，

[2] 崔民建，趙俊峰.關(guān)于機(jī)電一體化PLC應(yīng)用的分析[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2014，（25）：193-193.

[3]宋伯生.PLC編程理論算法及技巧.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：501—602.