基于S7-300 PLC的交叉鋪網機控制系統的研究

　　1 前言

　　可編程控制器以其功能強大、抗干擾能力強、故障率低等優點在機械行業得到廣泛應用。隨著生產自動化和過程自動化中分散結構的迅速增長，現場總線系統應用日益普遍。在我公司非織造布設備簡易交叉鋪網機電氣控制系統中PLC和伺服驅動器之間的通訊，我們采用了西門子S7-300PLC的PROFIBUS-DP通訊。

　　2 系統工藝簡介

　　簡易交叉鋪網機在非織造布設備的主要作用是將前道設備梳理機梳理出的纖網由縱向變為橫向，可根據工藝要求將纖網鋪成不同層數和不同寬度輸出給后序設備，鋪出的纖網要求均勻，本設備鋪網寬度通過機械調整。

　　全機傳動由3臺伺服電機構成，分別控制上小車、下小車和輸出簾的運行，其中上下小車電機通過交替式運轉控制兩個小車在設備運轉中的位置。

　　3 電氣控制系統硬件組成

　　針對上述工藝及控制要求，本控制系統核心采用了西門子的S7 314C-2DP PLC和數字量輸入。人機界面采用西門子TP177B觸摸屏，傳動系統驅動采用KEB高性能伺服驅動器，電機采用意大利合資品牌菲士伺服電機。采用PROFIBUS-DP現場總線技術，實現PLC和觸摸屏及伺服驅動器之間的通訊，本系統采用PROFIBUS-DP通訊是因為：它是目前最通用的現場總線之一，不依賴于生產廠家、是開放現場總線，各種各樣的自動化設備都可以通過同樣的接口交換信息。PROFIBUS由三個兼容部分組成：即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。其中PROFIBUS-DP是一種高速低成本的現場總線通訊，用于設備級控制系統與分散式I/O的通信，使用PROFIBUS-DP可取代電三型信號傳輸。

　　3.1人機界面(從站)

　　人機界面可以實時的、詳細的顯示現場各電機和傳感器的情況，實時報警。人機界面主要功能是：

　　①控制功能：可以通過觸摸鍵手動開停各電機。

　　②參數設定：設定牽伸比、鋪網寬度、鋪網層數和多段速度比例等工藝參數及系統參數。

　　③數據及信息顯示：顯示各電機線速度、各種報警信息。

　　④配方管理：根據不同的工藝設定和存儲不同的配方。

　　⑤用戶管理：主要包括修改和管理用戶的密碼和訪問權限。

　　3.2S7-300 CPU314C-2DP可編程控制器(主站)

　　具有DP口和MPI口，采用PROFIBUS-DP現場總線連接各傳動系統和分站。主要功能有：

　　①接收操作人員和設備檢測裝置現場發出的指令信號。

　　②系統的邏輯運算。

　　③對各伺服驅動器進行控制，包括控制其啟動與停止，向伺服驅動器發送速度信號。

　　④接收前道設備速度及聯鎖信號，并進行處理，給后道設備速度及聯鎖信號等。

　　3.3傳動系統(從站)

　　傳動系統由3臺高性能KEB伺服驅動器及伺服電機組成。其特點：

　　①標準化及模塊化，整個伺服驅動器結構緊湊，可通過改變內部模塊實現不同的控制功能，可根據不同的用途來選用適當的反饋(旋變、絕對值或正余弦等等反饋卡及相應的伺服電機)。

　　②可采用PROFIBUS-DP、DEVICE NET、CAN、RS485等多種方式通訊及聯網。

　　③通過PC軟件進行電機參數的整定，調節其PID參數，使得伺服電機在不同條件下滿足不同的用戶需求，也可通過PC機來設定其通訊參數，常規使用中可采取過程通道設定及讀取速度，對指定的特殊參數由過程通道無法實現其更改，必須通過參數通道進行調整。

　　4 控制系統軟件設計及功能實現

　　采用西門子STEP75.4軟件對系統進行硬件組態和程序編制，STEP7是一個對S7-300和S7-400PLC進行編程的軟件，它的編程語言非常豐富，主要有LAD(梯形圖)、STL(語句表)、FBD(功能塊圖)等。它使控制程序的編程工作大大簡化，除了可以編制S7-300程序塊外，還可以設定各種參數在線監控、查詢故障等。

　　(1)進行硬件組態,將KEB伺服驅動器作為從站，掛在CPU314C-2DP的DP口上，人機界面PLC自動識別，不用組態。在硬件組態中設置與KEB伺服驅動器的通訊參數，如有必要可設定參數通道來對特殊參數的調節。

　　(2)編寫PLC程序，本系統的控制程序采用模塊化的編程思想，主要采用梯形圖來進行程序的編寫，將不同的控制功能用不同的程序功能塊來實現，它使程序的可讀性、可移植性、易維護性大大加強。將不同的功能分別編寫子程序，由主程序OB1調用。主要有手動(單電機啟停)、自動(交叉鋪網機整機啟停)、聯動控制程序(與前后道設備一起啟停)，速度控制程序、斜坡發生器程序、通訊程序、報警程序等。通過模擬量輸入模塊將前道設備來得速度信號(0~10V)引入PLC中，并經過運算，通過模擬量輸出給下道設備速度。在用戶程序中除了編寫主程序OB1外，還編寫了OB35(循環中斷)、OB80(時間錯誤)、OB81(電源故障)，OB82(診斷中斷)OB122(I/O訪問故障)等。

　　本系統根據工藝要求，在手動和自動模式要求PLC自己給定速度信號，并且要有自己的加減速時間，這就要求有斜坡發生器程序，通過編寫斜坡發生器FB子程序，并由OB35調用，實現在固定的時間內(如50秒)速度升到設定值或從設定值降到零，實現緩步起停，避免對機械設備造成的沖擊。

　　上下小車電機在設備運轉時需要不停的進行交替式運行，鋪網寬度通過兩邊的接近開關來實現，兩接近開關可通過機械搖動調節兩接近開關的位置從而實現調整鋪網幅寬的效果，根據PLC的運算，進行鋪網寬度的控制和鋪網層數的控制。

　　(3)伺服驅動器通訊參數設定，如：通訊站號、狀態字和控制字，狀態字包括： 讀伺服電機編碼器的速度，讀伺服驅動器的狀態，控制字包括：寫速度給伺服驅動器，寫加速度給上下小車伺服驅動器，伺服驅動器的故障復位等。

　　5 結束語

　　該系統采用西門子37-300和PROFIBUS現場總線通訊以后，從實際使用效果來看，該系統運行穩定可靠，控制精確，操作簡單，故障率低，滿足了交叉鋪網機控制的要求，大大提高了生產的自動化水平和產品質量。