西門子S7-300 PLC在高速壓印機控制中的應用

1 引言
為滿足量大生產要求, 高速壓印機的速度必須要至少達到700枚/分,而且要求保證產品的質量。要滿足這些要求,需要主傳動機構、撥餅機構、送餅等機構優化配合。過去主要通過機械凸輪傳動來保證完成任務，這種方法存在致命缺點是:機床體積龐大，柔性差，無法滿足一些特殊要求的工藝。隨著電子技術飛速發展，伺服傳動技術在工業中已廣泛應用，通過伺服驅動器來控制電機轉速、轉向、轉角等，可以滿足特殊要求場合，從而能靈活地控制電機，為了提高高速壓印機的性能，采用了西門子S7-300PLC為高速壓印機主控系統，利用Profibus現場總線通信方式，實現S7-300PLC與主傳動伺服控制器、撥餅伺服控制器、送餅控制器A、送餅控制器B，只要能準確地控制伺服控制器，就可以使主傳動機構、撥餅機構、送餅等機構配合默契，利用MPI和上位機通訊，上位機能夠實時顯示機床信息。
2 控制內容和控制要求
(1) 運行方式。該機床有2種運行方式:手動運行方式和自動運行方式，根據選擇的方式進行切換。
(2) 上位機的實時監控的內容。內容主要包括:主電機轉速和電流、撥餅電機轉速和電流、送餅電機A轉速和電流、送餅電機B轉速和電流、高速壓印機壓力情況、潤滑油溫情況等。
(3) 故障檢測與報警。嚴重故障內容主要包括:主電機轉速和電流、撥餅電機轉速和電流、送餅電機轉速和電流、高速壓印機壓力情況、潤滑油溫情況異常等故障，上述故障發生后，系統自動停機，其他一般故障監控系統會自動報警。
(4) 通訊功能。利用Profibus現場總線通信方式，實現S7-300PLC與主傳動伺服控制器、撥餅伺服控制器、送餅控制器A、送餅控制器B和上位機通訊;利用MPI口可以實現S7-300PLC與遠程計算機通訊，利用CP340模塊RS232可以實現S7-300PLC與測壓儀表通訊，來監控高速壓印機壓力情況。
(5) 系統的開放性。因為西門子系統有很好的開放性，所以本系統屬于開放性結構，只要符合西門子協議就可以掛在該系統上。

3 系統的硬件配置
本系統共需96個開關量輸入，80個開關量輸出，2個模擬量輸入，1個RS232通信板，利用Profibus現場總線通信方式，Profibus 現場總線已經成為國際化開放現場總線的標準，得到許多生產廠家的支持。90年代由西門子公司引入中國，在本系統采用Profibus-DP總線協議，Profibus-DP是一種優化的通信模塊，主要解決設備級的高速數據通信。在這一級，中央控制器(PLC/PC)通過高速數據總線同分散的現場設備(I/O、驅動器、閥門等)進行通信，傳輸速率最高可以達12Mb/s，最大距離12Mbt/s時為100m，最大距離為200m(1.5Mbit/s),用中繼器可以加長傳輸距離,最多可以掛126個從站，實現S7-300 PLC與主傳動伺服控制器、撥餅伺服控制器、送餅伺服控制器A、送餅伺服控制器B和上位機通訊。該系統屬于中型控制系統。
在本系統中，控制最大距離為20m，4個從站，傳輸速率最高可以達1.5Mb/s即可，Profibus-DP總線協議完全滿足要求，所以選定西門子S7-300系列CPU315-DP產品。系統的硬件配置如附表所示。受篇幅所限制,在這里只給出主機架電氣原理圖,如圖1示。特別強調西門子S7-300 PLC配置需要注意以下幾個問題:(1)CPU右邊安裝不超過8個模塊;(2)能夠插入模塊數(SM、FM、CP)受他們從S7-300 PLC背板總線取得電流數值的限制。對于本系統CPU315-2DP,裝在一個機架上8個模塊從S7-300 PLC背板總線取得電流數值不要超過1.2A;(3)S7-300 PLC模塊的排列次序為SM/FM/CP。

圖1 主機架電氣原理

4 系統的軟件編程
利用西門子STEP7軟件對系統的軟件編程。首先用STEP7軟件對系統進行硬件組態，如圖2所示，然后再用STEP7軟件編程，允許結構化程序，也就是說可以將程序分解為單個的、自成體系的程序。本機把控制系統分解成3個部分，即3個控制功能塊FB，最后通過系統組織塊OB1，調用3個控制功能塊FB(用CALL指令調用)。采用這樣的結構有如下優點:大規模程序容易理解;可以對單個程序進行標準化;程序組織簡化;其中最大優點是有利于整套控制系統的調試、維護，程序塊圖如圖3所示。

圖2 硬件組態5

結束語
在本系統調試時，筆者體會到，在使用時要注意一些細節，如Profibus現場總線接線一定要準確，各個從站的地址要設定準確，硬件組態準確，通信協議要設置準確。經實驗證明，能滿足生產要求，通過Profibus現場總線通訊方法，能準確地控制伺服控制器，對提高控制系統的整體性能，對高速控制系統，該方案有很好借鑒意義。