宜春西門子S7-300模塊代理商         宜春西門子S7-300模塊代理商

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KDF2纖維濾棒成型機(jī)組是煙廠生產(chǎn)卷煙濾棒的設(shè)備。經(jīng)過十幾年的應(yīng)用,，原有機(jī)組逐漸顯示出技術(shù)上的局限性：機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,；電控系統(tǒng)相對落后；生產(chǎn)環(huán)境比較差,，噪音響,；維修難度高,，能源利用率低等。因此,，原有機(jī)組越來越不適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)要求,。
為此，筆者參照上*的高速濾棒成型設(shè)備的設(shè)計原理,，結(jié)合國內(nèi)市場的需求和機(jī)組的特點(diǎn),，運(yùn)用伺服傳動系統(tǒng)的優(yōu)良特性及PLC在工業(yè)控制中的優(yōu)勢，設(shè)計了此套控制系統(tǒng),。
1 系統(tǒng)概述
纖維濾棒成型機(jī)組控制和傳動系統(tǒng)采用了Lenze公司的伺服系統(tǒng),、Digital公司的觸摸式控制屏和西門子公司的PLC，分別通過MPI和DP通訊控制,。

纖維濾棒成型機(jī)通過二次開松,、增塑劑添加、卷制成形,、刀盤切斷和排列裝盤的過程生產(chǎn)濾棒,。 
2 控制策略　　 
(1) 對增塑劑添加的控制策略
起初延用原系統(tǒng)的欠阻尼響應(yīng)曲線的控制方式。但是,，在實際調(diào)試過程中,，發(fā)現(xiàn)該控制方式存在一定的缺陷，具體表現(xiàn)為：每天次上電開機(jī)時,，增塑劑存儲器中增塑劑積累時間過長,，造成一段時間內(nèi)濾棒增塑劑含量過低。根據(jù)售后服務(wù)部門的反饋,，某些煙廠為保證濾棒質(zhì)量往往會剔除盒濾棒,。這樣會有較大的浪費(fèi)?！　?nbsp;
產(chǎn)生這種情況是因為煙廠每天工作結(jié)束時或者CPU重啟時機(jī)組都會停機(jī),，并排空存儲器中的增塑劑。由于欠阻尼響應(yīng)到達(dá)設(shè)定值時間過長,，造成開始階段濾棒增塑劑含量過低,。日常生產(chǎn)班次中，每次停機(jī)不排空增塑劑,，而是在存儲器中保有一定儲存量,。　　 
根據(jù)自動控制原理,，車速斜坡響應(yīng)可以分為過阻尼響應(yīng),、臨界阻尼響應(yīng)和欠阻尼響應(yīng)。理論上說，臨界阻尼響應(yīng)是理想的控制方式,，這種響應(yīng)方式既實現(xiàn)了控制的快速性又實現(xiàn)了控制的穩(wěn)定性,；過阻尼響應(yīng)是為了穩(wěn)定性犧牲快速性；欠阻尼響應(yīng)則是為了快速性犧牲穩(wěn)定性,。然而,，臨界阻尼由于條件過于苛刻，在實際控制中是無法實現(xiàn)的,。　　 
根據(jù)剩余的兩種響應(yīng)曲線的特性,，筆者認(rèn)為CPU啟動時好使用欠阻尼響應(yīng)曲線,，其理由是：CPU啟動狀態(tài)下，對增塑劑積累時間的要求優(yōu)先于增塑劑含量的穩(wěn)定性,；而其他狀態(tài)下使用過阻尼響應(yīng)曲線,，此時對含量的穩(wěn)定要求優(yōu)先于積累的快速性?！?nbsp;
因此,，利用S7-300啟動時的組織塊OB100在CPU啟動中只執(zhí)行一次的特性，對增塑劑伺服電機(jī)的控制方式依據(jù)機(jī)組不同的啟動狀態(tài)采取了不同響應(yīng)曲線下的控制方法,。具體來說,，在CPU啟動時（此時增塑劑存儲量必定為零），通過啟動組織塊OB100中送出高速運(yùn)轉(zhuǎn)命令至增塑劑伺服電機(jī),，使控制曲線成為欠阻尼響應(yīng)狀態(tài)以實現(xiàn)對存儲器中增塑劑的快速積累,。而在非CPU啟動狀態(tài)，控制增塑劑伺服電機(jī)的FC功能塊將送出普通速度命令,，使控制曲線成為比較接近臨界阻尼的過阻尼響應(yīng)狀態(tài),。　 
新的設(shè)計*避免了CPU重啟時帶來的增塑劑積累過慢的問題,、減少了廢品數(shù)量,，因此這樣的設(shè)計不會影響正常生產(chǎn)狀況時增塑劑含量的穩(wěn)定性?！　?nbsp;
(2) 對濾棒剔除支數(shù)的計算策略
在纖維濾棒成型機(jī)的生產(chǎn)中,，為保證濾棒質(zhì)量，每當(dāng)速度低于一定的設(shè)定值時,，機(jī)組就會剔除此時的濾棒,。此時機(jī)組的速度是不斷變化的，按通常方式無法計算出具體的剔除支數(shù),。這對統(tǒng)計生產(chǎn)效率帶來了相當(dāng)?shù)睦щy,。　　 
筆者可以得到動態(tài)的車速反饋,，但這條反饋曲線是不斷波動和變化的非線性曲線,。對于非線性曲線,，數(shù)學(xué)上只能夠采用面積積分求解的計算方法。對于此項目就是要求給出一定時間內(nèi)主電機(jī)的圓周行程,，即機(jī)組一段時間內(nèi)所生產(chǎn)的濾棒長度,。　 
從這一角度出發(fā),，筆者考慮采用了對車速進(jìn)行模擬積分的計算方法,，即從積分的基本定義出發(fā)，求出剔除時間內(nèi)的濾棒生產(chǎn)長度L=Σ(Δv*Δt),，再除以單個濾棒長度得剔除支數(shù)的計算方法,。　　 
按照積分的定義要求,，積分求解是在一定條件下才能夠成立,。這個條件就是Δt要足夠的小即Δt→0。在實際過程中,，近似認(rèn)為Δt=20ms時可以滿足條件,。此時，計算得出的濾棒支數(shù)與實際濾棒支數(shù)的誤差在±3支以內(nèi),。在精度上,，以高生產(chǎn)速度3300支/分鐘計（此時濾棒長度為120mm），±3支的精度是*可以滿足精度要求,。所以筆者認(rèn)為只要將Δt控制在20ms時就可以滿足積分求解的條件,。　　 
原系統(tǒng)的PLC掃描一周的時間高達(dá)幾十毫秒,，顯然不滿足要求,。而此項目采用的S7-315-2DP，其單指令掃描周期為10μs級,、整個掃描周期被縮短為7~8ms,，這樣就滿足了積分計算的要求?！　?nbsp;
(3) 對拼接紙圈的控制策略
改造之前,，纖維濾棒成型機(jī)執(zhí)行的是降低運(yùn)行速度再進(jìn)行紙圈拼接。這種降速接紙方式對實際生產(chǎn)是不利的：每次降速都會造成車速的大幅度變化,，影響了濾棒的質(zhì)量,。為消除這種影響，筆者采用了不降速拼接的方法,?！　?nbsp;
不降速拼接和降速拼接并沒有本質(zhì)的區(qū)別：兩者采用的接紙動作一樣，兩者只是在機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制元件上有區(qū)別。接紙速度的提高勢必使紙圈的靜摩擦力同等上升,。如果轉(zhuǎn)速斜坡率過高會產(chǎn)生很大的靜摩擦力,，該力會撕裂紙圈。如果轉(zhuǎn)速斜坡率過低,，拼接時的紙圈浪費(fèi)將增加,。　　 
為避免煩瑣,，該項目放棄變頻器對接紙電機(jī)轉(zhuǎn)速的分段控制,。為求出靜摩擦力和紙圈長度兩者之間的優(yōu)控制，筆者對接紙電機(jī)上升時間采取優(yōu)篩選法,。通過優(yōu)篩選法得到的電機(jī)上升時間大約為3.4s,。考慮到生產(chǎn)情況及電磁閥等器件的時滯效應(yīng),，將這一時間進(jìn)一步放寬為3.5s?！　?nbsp;
3 程序設(shè)計　　 
程序設(shè)計采用了結(jié)構(gòu)化設(shè)計,，將所需實現(xiàn)的各主要功能編制成為S7-300中的用戶功能塊（FC塊），在主程序循環(huán)模塊（組織塊OB1）中調(diào)用這些已經(jīng)編制好的子程序,?！　?nbsp;
程序設(shè)計分成硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩方面。在硬件方面針對系統(tǒng)要求進(jìn)行設(shè)計,，在軟件方面則按需要編制了速度計算模塊,、報警和故障模塊、伺服電機(jī)執(zhí)行模塊,、增塑劑執(zhí)行模塊,、生產(chǎn)統(tǒng)計計算模塊等FC塊和預(yù)設(shè)、保持系統(tǒng)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊DB塊,?！　?nbsp;
(1) 硬件設(shè)計與組態(tài)
本系統(tǒng)在S7-300的硬件方面采用了1塊PS307 5A電源模塊，1塊CPU-315-2DP,，4塊24V/0V SM321數(shù)字量輸入模塊,，3塊24V/0.5A SM322數(shù)字量輸出模塊，1塊FM352-2高速計數(shù)模塊,，2塊SM331模擬量輸入模塊,，1塊SM332模擬量輸出模塊以及用于DP總線通訊的IM153-1通訊模塊1塊?！　?nbsp;
S7-300外圍設(shè)備為5個伺服電機(jī)的DP通訊端,。　　 
對上述硬件按要求進(jìn)行組態(tài)，分別占據(jù)Profibus-DP通訊端的2,、3~7和9號站,，具體硬件組態(tài)如圖3所示?！　?nbsp;
(2) 軟件設(shè)計
由于編制的用戶功能模塊很多,，限于篇幅，在這里不能一一作出介紹,。以下介紹幾個比較重要的用戶功能模塊,。　　 
① 數(shù)據(jù)塊組（Group of Data-Blocks）
數(shù)據(jù)塊組由一系列數(shù)據(jù)塊組成,。這些數(shù)據(jù)塊除了一部分是S7-300程序中FB（功能塊的一種）所要求的之外,，其他的數(shù)據(jù)塊都是用戶自定義的。這是因為生產(chǎn)中機(jī)組的一些系統(tǒng)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)必須被預(yù)設(shè)或保存,。由于S7-300內(nèi)部保持型M區(qū)的保存數(shù)量相對不足,，例如：CPU315-2DP中整個可使用的M區(qū)的容量僅1024Bytes。同時,，程序運(yùn)行中所大量使用中間參數(shù)也需要不可重復(fù)的地址空間,，所以將大部分的數(shù)據(jù)（特別是在觸摸屏上顯示的參數(shù)）編制成保持型DB塊?！　　?nbsp;
② 速度計算模塊(FC for Speed)
雖然機(jī)組的高生產(chǎn)能力為400m/min,，但是在許多煙廠并不需要一直運(yùn)行在高速度下。該項目提供可從觸摸屏上選擇5檔不同的車速系統(tǒng),，本模塊就是將無序設(shè)定的參數(shù)按由大到小的方式降序排列,，并在觸摸屏上以這種次序顯示出來。在程序內(nèi)部,，本模塊會進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)提供給伺服電機(jī)執(zhí)行模塊　　 　　     ③ 伺服電機(jī)執(zhí)行模塊(FC for Servo-Motor)
在得到速度計算模塊和一些其他模塊（如開松輥參數(shù)模塊等）的數(shù)據(jù)后,，伺服電機(jī)執(zhí)行模塊會向?qū)?yīng)的伺服控制塊發(fā)出指令和接收伺服電機(jī)狀態(tài)參數(shù)。指令包括伺服控制字,、車速命令,、快停命令、上升時間和下降時間等,，狀態(tài)參數(shù)包括電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行速度等,。這些指令和參數(shù)通過過程通道和參數(shù)通道兩種方式控制“一主三從”共計4個伺服電機(jī)?！　?nbsp;
④ 增塑劑執(zhí)行模塊(FC for Glyceride-Motor)
控制增塑劑的伺服電機(jī)是相對獨(dú)立于其他伺服電機(jī),，控制結(jié)構(gòu)類似于主電機(jī)。增塑劑執(zhí)行模塊通過內(nèi)部計算得到增塑劑伺服電機(jī)的運(yùn)行速度,。同時,，由于存在增塑劑軟件補(bǔ)償?shù)膯栴},，所以高速和低速運(yùn)行的參數(shù)為不同的兩組參數(shù)，程序按設(shè)置發(fā)送,。這是這個模塊區(qū)別于伺服電機(jī)執(zhí)行模塊的地方,。　 
⑤ 生產(chǎn)統(tǒng)計計算模塊(FC for Statistics)
由于要在生產(chǎn)中向工作人員提供實時的生產(chǎn)狀況,，所以編制了這個功能塊,，這樣就可以通過多次反復(fù)調(diào)用FC205來得到各班次的生產(chǎn)狀況。這樣節(jié)約了編程的時間和工作量,，也同時減少了程序編寫出錯的隱患,。