西門子S7-300 PLC在高速壓印機(jī)控制中的應(yīng)用

1 引言
為滿足量大生產(chǎn)要求, 高速壓印機(jī)的速度必須要至少達(dá)到700枚/分,而且要求保證產(chǎn)品的質(zhì)量。要滿足這些要求,需要主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、撥餅機(jī)構(gòu)、送餅等機(jī)構(gòu)優(yōu)化配合。過去主要通過機(jī)械凸輪傳動(dòng)來保證完成任務(wù)，這種方法存在致命缺點(diǎn)是:機(jī)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(shù)飛速發(fā)展，伺服傳動(dòng)技術(shù)在工業(yè)中已廣泛應(yīng)用，通過伺服驅(qū)動(dòng)器來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)角等，可以滿足特殊要求場(chǎng)合，從而能靈活地控制電機(jī)，為了提高高速壓印機(jī)的性能，采用了西門子S7-300PLC為高速壓印機(jī)主控系統(tǒng)，利用Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線通信方式，實(shí)現(xiàn)S7-300PLC與主傳動(dòng)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(zhǔn)確地控制伺服控制器，就可以使主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、撥餅機(jī)構(gòu)、送餅等機(jī)構(gòu)配合默契，利用MPI和上位機(jī)通訊，上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)顯示機(jī)床信息。
2 控制內(nèi)容和控制要求
(1) 運(yùn)行方式。該機(jī)床有2種運(yùn)行方式:手動(dòng)運(yùn)行方式和自動(dòng)運(yùn)行方式，根據(jù)選擇的方式進(jìn)行切換。
(2) 上位機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控的內(nèi)容。內(nèi)容主要包括:主電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流、撥餅電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流、送餅電機(jī)A轉(zhuǎn)速和電流、送餅電機(jī)B轉(zhuǎn)速和電流、高速壓印機(jī)壓力情況、潤滑油溫情況等。
(3) 故障檢測(cè)與報(bào)警。嚴(yán)重故障內(nèi)容主要包括:主電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流、撥餅電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流、送餅電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流、高速壓印機(jī)壓力情況、潤滑油溫情況異常等故障，上述故障發(fā)生后，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)，其他一般故障監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。
(4) 通訊功能。利用Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線通信方式，實(shí)現(xiàn)S7-300PLC與主傳動(dòng)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(jī)通訊;利用MPI口可以實(shí)現(xiàn)S7-300PLC與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通訊，利用CP340模塊RS232可以實(shí)現(xiàn)S7-300PLC與測(cè)壓儀表通訊，來監(jiān)控高速壓印機(jī)壓力情況。
(5) 系統(tǒng)的開放性。因?yàn)槲鏖T子系統(tǒng)有很好的開放性，所以本系統(tǒng)屬于開放性結(jié)構(gòu)，只要符合西門子協(xié)議就可以掛在該系統(tǒng)上。

3 系統(tǒng)的硬件配置
本系統(tǒng)共需96個(gè)開關(guān)量輸入，80個(gè)開關(guān)量輸出，2個(gè)模擬量輸入，1個(gè)RS232通信板，利用Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線通信方式，Profibus 現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)成為國際化開放現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)，得到許多生產(chǎn)廠家的支持。90年代由西門子公司引入中國，在本系統(tǒng)采用Profibus-DP總線協(xié)議，Profibus-DP是一種優(yōu)化的通信模塊，主要解決設(shè)備級(jí)的高速數(shù)據(jù)通信。在這一級(jí)，中央控制器(PLC/PC)通過高速數(shù)據(jù)總線同分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(I/O、驅(qū)動(dòng)器、閥門等)進(jìn)行通信，傳輸速率最高可以達(dá)12Mb/s，最大距離12Mbt/s時(shí)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(gè)從站，實(shí)現(xiàn)S7-300 PLC與主傳動(dòng)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(jī)通訊。該系統(tǒng)屬于中型控制系統(tǒng)。
在本系統(tǒng)中，控制最大距離為20m，4個(gè)從站，傳輸速率最高可以達(dá)1.5Mb/s即可，Profibus-DP總線協(xié)議完全滿足要求，所以選定西門子S7-300系列CPU315-DP產(chǎn)品。系統(tǒng)的硬件配置如附表所示。受篇幅所限制,在這里只給出主機(jī)架電氣原理圖,如圖1示。特別強(qiáng)調(diào)西門子S7-300 PLC配置需要注意以下幾個(gè)問題:(1)CPU右邊安裝不超過8個(gè)模塊;(2)能夠插入模塊數(shù)(SM、FM、CP)受他們從S7-300 PLC背板總線取得電流數(shù)值的限制。對(duì)于本系統(tǒng)CPU315-2DP,裝在一個(gè)機(jī)架上8個(gè)模塊從S7-300 PLC背板總線取得電流數(shù)值不要超過1.2A;(3)S7-300 PLC模塊的排列次序?yàn)镾M/FM/CP。

圖1 主機(jī)架電氣原理

4 系統(tǒng)的軟件編程
利用西門子STEP7軟件對(duì)系統(tǒng)的軟件編程。首先用STEP7軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件組態(tài)，如圖2所示，然后再用STEP7軟件編程，允許結(jié)構(gòu)化程序，也就是說可以將程序分解為單個(gè)的、自成體系的程序。本機(jī)把控制系統(tǒng)分解成3個(gè)部分，即3個(gè)控制功能塊FB，最后通過系統(tǒng)組織塊OB1，調(diào)用3個(gè)控制功能塊FB(用CALL指令調(diào)用)。采用這樣的結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點(diǎn):大規(guī)模程序容易理解;可以對(duì)單個(gè)程序進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化;程序組織簡(jiǎn)化;其中最大優(yōu)點(diǎn)是有利于整套控制系統(tǒng)的調(diào)試、維護(hù)，程序塊圖如圖3所示。

圖2 硬件組態(tài)5

結(jié)束語
在本系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，筆者體會(huì)到，在使用時(shí)要注意一些細(xì)節(jié)，如Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線接線一定要準(zhǔn)確，各個(gè)從站的地址要設(shè)定準(zhǔn)確，硬件組態(tài)準(zhǔn)確，通信協(xié)議要設(shè)置準(zhǔn)確。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，能滿足生產(chǎn)要求，通過Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線通訊方法，能準(zhǔn)確地控制伺服控制器，對(duì)提高控制系統(tǒng)的整體性能，對(duì)高速控制系統(tǒng)，該方案有很好借鑒意義。