顺市西门子主机模块代理商 **原装正品

根据上述工艺流程，为了**产品质量和成品率，控制系统的设计非常关键。本生产对控制系统的具体要求是：控制系统必须严格**印刷电动机、底贴色标电动机与糊口主电

动机同步。能根据主／从电动机实际的位置不断校正从电动机转速，使其与主电动机同步；**主／从电动机启停和加减速时的响应时间差不**过200ms，为此，采取如下总体控制方案。

采用西门子CPU313C-2DP为核心的控制系统，配备1个触摸屏，1个糊口操作台、1个印刷操作台、1个变频柜。触摸屏采用西门子SIMATIC TP270B并作为人机界面，主要完成工艺参数的显示、控制参数的设置、控制操作、历史数据的记录等；以糊口操作台为主站，配备1个CPU313C -2DP，2个DO和1个带诊断功能的DI扩展模块，主要完成现场同步信号的采集、工程单位变换、回路控制和连锁控制算法、控制信号输出等功能；印刷操作台通过ET200M与主站进行通信，并配有2个DO，1个AI，1个印刷变频器，主要完成现场温度的采集、电动机连锁控制的输出、急停等；变频柜装有4台变频器，每台变频器通过专用通信卡与S7-300站进行通信。实现电动机启停和加减速控制；所有工作站之间的通信都采用PROFIBUS-DP现场总线来实现。本控制系统的硬件组成如图7-20所示。

该生产线利用聚丙烯编织布(PP)、聚乙烯薄膜(PE)等材料作为制袋布。袋长660～1020mm任意调节，袋宽450～700mm任意调节；90～180mm规格任意调节。采用4套色印刷。生产速度60袋/min，包括印刷和糊口2个工段。包装机的工作流程示意图如图7-19所示，印刷工段主要负责将编织袋卷进行塑编袋4种颜色的正反面着墨印刷，印刷后的编织袋通过烘干部，将其墨迹烘干，在切断部，通过切刀按照设定的袋长进行切割。然后经送袋部袋子进入糊口工段并转向，在阀口部将其袋口打开并折叠，底贴部主要负责袋口的粘贴并成型出袋。

 图7-19包装机工作流程

图7-19包装机工作流程

    为**袋子从印刷部到糊口部的线速度不变，底贴的线速度与糊口部编织袋的线速度一致，所以必须使得印刷部与糊口部同步、色标底贴部与糊口部同步。但由于包装机结构复杂，负载波动比较大，而且糊口部的惯性较大，印刷和底贴部的惯性又相对较小，所以要使主从电动机严格同步比较困难。这也是本控制的难点，为此提出基于模糊PID和现场总线的多电动机同步控制方案。

电源控制程序不在工艺控制程序中调用，和工艺控制程序一样，通过在监控画面中任意对象“属性”一“几何”处组态C动作来实现电源的控制，该动作调用编写好的电源控制项目函数并由图7-17所示的“调节电流”信号触发。电源也可以单独运行，在“手动”状态下工人可以在监控界面中输入电流设定值，并单击“电流调节”按钮，就可以实现电源单独控制。电源控制的关键是要大幅度减小因电源电动机转动惯性引起的电流**调、提高控制精度，通过采集该电源电流全程输出过程中的电流特性曲线得知，系统的动态响应过程呈现非线性特性，如直接采用直线函数近似全过程，输出电流的精度远远不能满足工艺的要求，为此采用分段线性控制策略，在每一个线性段内电源电动机转动近似匀速且在该段内由电动机惯性引起的电流**调值近似相等。通过实验可以采集每个段内的电流**调值，这样就可以计算出精确的电流调制时间，利用时间的控制实现电流的精确控制。由采集的数据计算出的5个分段点的数据，如表7-5所示，其中t(i)表示电流从0上升到Y(i)时的时间。通过实验可以采集到每个近似线性段内的电流**调量，这里记为Y(i)。

 表7-5分段线性段点记录

表7-5分段线性段点记录

在电流上升调节的过程中，首先判断电流设定值Ys所在的分段区间(y(i)，Y(i+1)），从理论上说，电流调节时间t等于设定值YS所在区间的低段点的时间值t(i)加上分段区间内按线性模型计算出的时间，再减去电流从0上升至当前电流值Ye所对应的时间，考虑到电源电动机的惯性，实际调节时应将设定值减去**调值(即Ys= Ys- Y(i)），由此确定的电流上升过程分段线性脉宽模型为：

 

式中  t(k)——当前电流值Ye所在分段区间(y(k)，y(k+1))的低段点所对应的时间值；

    △t(i)——设定电流值所在分段区间的时间差；

    △t(k)——当前电流所在分段区间的时间差。

    对于电流下降过程也需要通过分析采集数据以建立同样的模型。电源控制流程，如图7-18所示。

本系统采用WinCC组态软件和S7-300系列PLC作为恢复深孔电镀系统自动控制的工具，不仅缩短了工程的开发和维护周期，提高了系统的可靠性和稳定性，并节省了工程的开发费用。系统投入运行后大大减轻了工人的工作量且产品合格率高，受到用户的**。

升速过程中，需要待别关注的是跨越临界过程，一般中小型高炉TRT由于采用钢性联轴器，应考虑跨越临界转速的控制，某一个轴转速达到临界转速发生共振，必然会带动其他联轴设备的振动，如果透平机和电动机的临界转速相差不大，一次跨越就可以实现，在控制程序里，需要对跨越临界时的PID参数进行整定，首先计算跨越临界的起点、终点和速率，在起点和终点范围内采用高速率升速，相应的PID增益参数也应该加大，以**静叶的快速干预；其次在跨越临界之前，管道煤气应保持一定流量储备，以**在跨越临界的时侯有足够的煤气驱动透平升速。

    跨越临界过程结束后，透平升速较快，PID自动调节静叶关闭一定角度，使升速速率降低，接近3000r/min时，升速速率应该降低，以**不**速，同时发出准备并网信号，投入自动并网装置。

要**透平机安全地升速，首先要**现场所有的设备完好，包括阀和泵的可靠动作、外围设备的正确测量和显示。经过单体试车，无负荷联动试车和带负载试车完成后，确保启动条件满足，启动连锁条件满足后，向高炉发出申请，高炉回答同意后

 升速过程中，需要待别关注的是跨越临界过程，一般中小型高炉TRT由于采用钢性联轴器，应考虑跨越临界转速的控制，某一个轴转速达到临界转速发生共振，必然会带动其他联轴设备的振动，如果透平机和电动机的临界转速相差不大，一次跨越就可以实现，在控制程序里，需要对跨越临界时的PID参数进行整定，首先计算跨越临界的起点、终点和速率，在起点和终点范围内采用高速率升速，相应的PID增益参数也应该加大，以**静叶的快速干预；其次在跨越临界之前，管道煤气应保持一定流量储备，以**在跨越临界的时侯有足够的煤气驱动透平升速。

    跨越临界过程结束后，透平升速较快，PID自动调节静叶关闭一定角度，使升速速率降低，接近3000r/min时，升速速率应该降低，以**不**速，同时发出准备并网信号，投入自动并网装置。

 工业以太网（Industrial Ethernet）用于工厂管理和单元层的通信系统，符合IEEE802.3**标准，用于对时间要求不太严格、需要传送大量数据的通信场合，可以通过网关来连接远程网络。它支持广域的开放型网络模型，可以采用多种传输媒体。西门子的工业以太网传输速率为10/100Mb/s，较多1024个网络节点，网络的较大范围为150km。

    西门子的S7和S5这两代PLC通过PROFIBUS（FDL协议）或工业以太网ISO协议，可以利用S5和S7的通信服务进行数据交换。

    CP通信处理器不会加重CPU的通信服务负担，S7-300较多可以使用8个通信处理器，每个通信处理器较多能建立16条链路。

  工业现场总线PROFIBUS是用于车间级监控和现场层的通信系统，它符合EC61158标准（该标准中的类型3），具有开放性，符合该标准的各厂商生产的设备都可以接入同一网络中。S7-300/400 PLC可以通过通信处理器或集成在CPU上的PROFIBUS-DP接口连接到PROFIBUS-DP网络上。

    带有PROFIBUS-DP主站／从站接口的CPU能够实现高速和使用方便的分布式I/O控制，如图6-2所示。对于用户来说，系统组态和编程方法与处理集中式I/O完全相同。

图6-2 S7-300/400 PLC的通信网络

图6-2   S7-300/400 PLC的通信网络

    PROFIBUS的物理层是RS-485，较高传输速率为12Mb/s，较多可以与127个网络上的节点进行数据交换。网络中较多可以串接10个中继器来延长通信距离。使用光纤作为通信介质，通信距离可达90km。

    如果PROFIBUS网络采用FMS协议，工业以太网采用TCP/IP或ISO协议，S7-300可与其他公司的设备实现数据交换。

    可以通过CP342/343通信处理器将SMATIC S7-300 PLC与PROFIBUS-DP或工业以太网总线系统相连。可以连接的设备包括S7-300/400，S5-115U/H、编程器、个人计算机、SIMATIC人机界面( HMI)、数控系统、机械手控制系统、工业PC、变频器和非西门子装置。

    S7中可以作为主站设备的有：

    ①带有PROFIBUS-DP接口的S7-300/400的CPU;

    ②CP443-5 IM467,  CP342-5或CP343-5;

    ③编程器PG;

    ④操作员面板OP。

S7中可以作为从站设备的有：

    ①分布式I/O设备；

    ②ET200B/L/M/S/X：

    ③通过通信处理器CP342的S7-300;

    ④带DP接口的S7-300 CPU;

    ⑤S7-400（只能通过CP443-5）：

    ⑥带EM277通信模块的S7-200。

 MPI是多点接口(MultiPoint Interface)的简称，S7-300/400 CPU都集成了MPI通信协议，MPI的物理层是RS-485，较高传输速率为12Mb/s。PLC通过MPI能同时连接运行STEP7的编程器、计算机、人机界面（HIvll）及其他SIMATIC S7、M7和C7。STEP 7的用户界面提供了通信组态功能，使通信的组态简单*。

    联网的CPU可以通过MPI接口实现全局数据(GD)服务，周期性地相互进行数据交换，每个CPU可以使用的MPI连接总数为6～64个，具体数量与CPU的型号有关。

现场设备层的主要功能是连接现场设备，如分布式I/O、传感器／驱动器、执行机构和开关设备等，完成现场设备控制及设备间连锁控制。主站（PLC、PC或其他控制器）负责总线通信管理及与从站的通信。总线上所有设备生产工艺控制程序存储在主站中，并由主站执行。

西门子的SIMATIC NET网络系统如图6-1所示，它将执行器／传感器单独分为一层，主要使用AS-I（执行器／传感器接口）网络。

 图6-1 SIMATIC NET网络系统

梯形图中的状态位指令以常开触点或常闭触点的形式出现。这些触点的通断取决于状态字中的状态位BR、OV、OS、CCO和CC1的状态（如表3-16所示）。数学运算的结果等于0、不等于O、大于0、小于0、大于等于0、小于等于O都有对应的状态位常开触点和常闭触点。CCO和CC1均为1时，表示数学运算指令有错误，UO常开触点闭合。

以标有OV的触点为例，OV（溢出位）为1时，标有OV的常开触点闭合，常闭触点断开。

图3-61中的I0.6为1时，执行整数减法指令SUB_I，如果运算结果有溢出（**出允许的范围），状态位OV为1，梯形图中OV的常开触点闭合。若I0.2的常开触点也闭合，Q4.0被置位。

 西门子逻辑控制指令是指逻辑块中的跳转和循环指令。在没有执行跳转和循环指令之前，各语句按先后顺序执行，这种执行方式称为线性扫描。而逻辑控制指令终止了线性扫描，跳转到地址标号( Label)所*的目的地址。然后，程序再次开始线性扫描。需要注意的是：跳转指令不执行跳转指令和标号之间的程序；跳转可以是从上至下，也可以反向；跳转指令只能在同一逻辑块内跳转，而不能在不同逻辑块之间跳转；在同一块中，跳转目的地址只能出现一次，否则，程序将不知道究竟往哪里跳转。

    跳转和循环指令的操作数是地址标号，标号较多有四个字符，*一个字符必须是字母，其余的可以是字母或数字。由于标号是指目的地址，所以又称为目的地址标号。在语句表

中，目的标号与目的指令之间用“：”分隔，而在梯形图中目的地址标号必须在一个网络的开始。

    跳转指令有几种形式：无条件跳转指令、多分支跳转指令、与RLO和BR有关的跳转指令、与信号状态位有关的跳转指令、与条件码CCO和CC1有关的跳转指令。