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繼電器接觸器控制系統(tǒng)經(jīng)過長期的使用,，已有一套能完成系統(tǒng)要求的控制功能并經(jīng)過驗證的控制電路圖，而PLC控制的梯形圖和繼電器接觸器控制電路圖很相似,，因此可以直接將經(jīng)過驗證的繼電器接觸器控制電路圖轉(zhuǎn)換成梯形圖,。主要步驟如下：

　　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。

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　　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,，對增塑劑伺服電機的控制方式依據(jù)機組不同的啟動狀態(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中送出高速運轉(zhuǎn)命令至增塑劑伺服電機，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,。

　　(2) 對濾棒剔除支數(shù)的計算策略

計算機輔助設(shè)計編程

計算機輔助設(shè)計是通過 PLC 編程軟件在計算機上進行程序設(shè)計,、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等等,。使用編程軟件可以十分方便地在計算機上離線或在線編程、在線調(diào)試,，使用編程軟件可以十分方便地在計算機上進行程序的存取,、加密以及形成 EXE 運行文件。

7.3.2 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計的步驟

在了解了程序結(jié)構(gòu)和編程方法的基礎(chǔ)上,，就要實際地編寫 PLC 程序了,。編寫 PLC 程序和編寫其他計算機程序一樣，都需要經(jīng)歷如下過程,。

1. 對系統(tǒng)任務(wù)分塊

分塊的目的就是把一個復(fù)雜的工程,，分解成多個比較簡單的小任務(wù)。這樣就把一個復(fù)雜的大問題化為多個簡單的小問題,。這樣可便于編制程序,。

2. 編制控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖

從邏輯關(guān)系圖上，可以反應(yīng)出某一邏輯關(guān)系的結(jié)果是什么,，這一結(jié)果又英國導(dǎo)出哪些動作,。這個邏輯關(guān)系可以是以各個控制活動順序為基準(zhǔn)，也可能是以整個活動的時間節(jié)拍為基準(zhǔn),。邏輯關(guān)系圖反映了控制過程中控制作用與被控對象的活動,，也反應(yīng)了輸入與輸出的關(guān)系,。

3. 繪制各種電路圖

繪制各種電路的目的，是把系統(tǒng)的輸入輸出所設(shè)計的地址和名稱聯(lián)系起來,。這是很關(guān)鍵的一步,。在繪制 PLC 的輸入電路時，不僅要考慮到信號的連接點是否與命名一致,，還要考慮到輸入端的電壓和電流是否合適,，也要考慮到在特殊條件下運行的可靠性與穩(wěn)定條件等問題。特別要考慮到能否把高壓引導(dǎo)到 PLC 的輸入端,，把高壓引入 PLC 輸入端,，會對 PLC 造成比較大的傷害。在繪制 PLC 的輸出電路時,，不僅要考慮到輸出信號的連接點是否與命名一致,，還要考慮到 PLC 輸出模塊的帶負(fù)載能力和耐電壓能力。此外,，還要考慮到電源的輸出功率和極性問題,。在整個電路的繪制中，還要考慮設(shè)計的原則努力提高其穩(wěn)定性和可靠性,。雖然用 PLC 進行控制方便,、靈活。但是在電路的設(shè)計上仍然需要謹(jǐn)慎,、全面,。因此，在繪制電路圖時要考慮周全,，何處該裝按鈕,，何處該裝開關(guān)，都要一絲不茍,。

4. 編制 PLC 程序并進行模擬調(diào)試

在繪制完電路圖之后,，就可以著手編制 PLC 程序了。當(dāng)然可以用上述方法編程,。在編程時,，除了要注意程序要正確、可靠之外,，還要考慮程序要簡捷,、省時、便于閱讀,、便于修改,。編好一個程序塊要進行模擬實驗，這樣便于查找問題,，便于及時修改不要整個程序完成后一起算總帳,。

5. 制作控制臺與控制柜

在繪制完電器,、編完程序之后，就可以制作控制臺和控制柜了,。在時間緊張的時候,，這項工作也可以和編制程序并列進行。在制作控制臺和控制柜的時候要注意選擇開關(guān),、按鈕,、繼電器等器件的質(zhì)量，規(guī)格必須滿足要求,。設(shè)備的安裝必須注意安全,、可靠。比如說屏蔽問題,、接地問題,、高壓隔離等問題必須妥善處理。

6. 現(xiàn)場調(diào)試

現(xiàn)場調(diào)試是整個控制系統(tǒng)完成的重要環(huán)節(jié),。任何程序的設(shè)計很難說不經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試就能使用的,。只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制回路和控制程序不能滿足系統(tǒng)要求之處；只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制電路和控制程序發(fā)生矛盾之處,；只有進行現(xiàn)場調(diào)試才能后實地測試和后調(diào)整控制電路和控制程序,，以適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求。

7. 編寫技術(shù)文件并現(xiàn)場試運行

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試以后,，控制電路和控制程序基本被確定了,，整個系統(tǒng)的硬件和軟件基本沒有問題了。這時就要全面整流技術(shù)文件,，包括整理電路圖,、PLC 程序、使用說明及幫助文件,。到此工作基本結(jié)束。

　　在纖維濾棒成型機的生產(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，機組就會剔除此時的濾棒,。此時機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)主電機的圓周行程,，即機組一段時間內(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,。

　　(3) 對拼接紙圈的控制策略

　　改造之前,，纖維濾棒成型機執(zhí)行的是降低運行速度再進行紙圈拼接。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,。

　　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,，拼接時的紙圈浪費將增加,。

　　為避免煩瑣，該項目放棄變頻器對接紙電機轉(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,，筆者對接紙電機上升時間采取優(yōu)篩選法,。通過優(yōu)篩選法得到的電機上升時間大約為3.4s?？紤]到生產(chǎn)情況及電磁閥等器件的時滯效應(yīng),，將這一時間進一步放寬為3.5s。

　　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。

　　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,。

　　(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。

　　S7-300外圍設(shè)備為5個伺服電機的DP通訊端,。

　　對上述硬件按要求進行組態(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,。

　　(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。

　?、?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,。

機型的選擇

　　(一)PLC的類型

　　PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類,，按應(yīng)用分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位,、4位,、8位、16位,、32位,、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā),，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。

　　整體型PLC的I/O點數(shù)固定,，因此用戶選擇的余地較小,，用于小型控制；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡,，因此用戶可較合理地選擇和配置控制的I/O點數(shù),，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制,。

　　(二)輸入輸出模塊的選擇

　　輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一,。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮電平,、傳輸距離,、隔離、供電等應(yīng)用要求,。對輸出模塊,，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低,、使用電壓范圍廣,、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點,；可控硅輸出模塊適用于開關(guān),，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷，但價格較貴,，過載能力較差,。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致,。

　　可根據(jù)應(yīng)用要求,，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便控制水平和應(yīng)用成本,。

　考慮是否需要擴展機架或遠(yuǎn)程I/O機架等,。

　　(三)電源的選擇

　　PLC的供電電源，西門子數(shù)字量模塊除了引進設(shè)備時同時引進PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選用外,，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計選用220VAC電源,，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用,，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電,。

　　如果PLC本身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供的電流是否應(yīng)用要求,，否則應(yīng)設(shè)計外接供電電源,。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出的隔離是必要的,，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離,。

　　(四)存儲器的選擇

　　由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降,，因此,，為保證應(yīng)用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量,，按256個I/O點至少選8K存儲器選擇,。需要復(fù)雜控制功能時，應(yīng)選擇容量更大,，檔次更高的存儲器,。

　　(五)冗余功能的選擇

　　1．控制單元的冗余

　　(1)重要的單元：CPU（包括存儲器）及電源均應(yīng)1B1冗余。

　　(2)在需要時也可選用PLC硬件與熱備構(gòu)成的熱備冗余,、2重化或3重化冗余容錯等,。

　　2．I/O接口單元的冗余

　　(1)控制回路的多點I/O卡應(yīng)冗余配置。

　　(2)重要檢測點的多點I/O卡可冗余配置,。3）根據(jù)需要對重要的I/O,，可選用2重化或3重化的I/O接口單

　　(六)經(jīng)濟性的考慮

　　選擇PLC時，應(yīng)考慮性能價格比,?？紤]經(jīng)濟性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴展性,、可操作性,、投入產(chǎn)出比等因素,，進行比較和兼顧，終選出較滿意的產(chǎn)品,。

　　輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。每一塊輸入輸出卡件就需一定的費用,。當(dāng)點數(shù)到某一數(shù)值后,，相應(yīng)的存儲器容量、機架,、母板等也要相應(yīng),，因此，點數(shù)的對CPU選用,、存儲器容量,、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應(yīng)充分考慮,，使整個控制有較合理的性能價格比,。

　　目前，PLC 不僅可以執(zhí)行開環(huán)控制,，而且還可以執(zhí)行

　　閉環(huán)控制,、

　　定位、

　　計數(shù),、比例控制,、

　　閥門控制以及其它功能。
6ES7322-1BL00-0AA0模塊

3,、 硬件濾波及軟件抗如果措施

由于電磁干擾的復(fù)雜性,，要根本消除迎接干擾影響是不可能的，因此在PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計和組態(tài)時,，還應(yīng)在軟件方面進行抗干擾處理,，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施：數(shù)字濾波和工頻整形采樣,，可有效消除周期性干擾,；定時校正參考點電位，并采用動態(tài)零點,，可有效防止電位漂移,；采用信息冗余技術(shù)，設(shè)計相應(yīng)的軟件標(biāo)志位,；采用間接跳轉(zhuǎn),，設(shè)置軟件陷阱等提高軟件結(jié)構(gòu)可靠性。

信號在接入計算機前,，在信號線與地間并接電容,，以減少共模干擾,；在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。

對干較低信噪比的模擬量信號．常因現(xiàn)場瞬時干擾而產(chǎn)生較大波動,，若僅用瞬時采樣植進行控制計算會產(chǎn)生較大誤差,，為此可采用數(shù)字濾波方法。

現(xiàn)場模擬量信號經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后變成離散的數(shù)字信號,，然后將形成的數(shù)據(jù)按時間序列存入PLC內(nèi)存,。再利用數(shù)字濾波程序?qū)ζ溥M行處理，濾去噪聲部分獲得單純信號,， 可對輸入信號用m次采樣值的平均值來代替當(dāng)前值,，但井不是通常的每采樣。次求一次平均值,，而是每采樣一次就與近的m－l次歷史采樣值相加,，此方法反應(yīng)速度快，具有很好的實時性,，輸入信號經(jīng)過處理后用干信號顯示或回路調(diào)節(jié),，有效地抑制了噪聲干擾。

由干工業(yè)環(huán)境惡劣,，干擾信號較多,， I／ O信號傳送距離較長，常常會使傳送的信號有誤,。為提高系統(tǒng)運行的可靠性,，使PLC在信號出錯倩況下能及時發(fā)現(xiàn)錯誤，并能排除錯誤的影響繼續(xù)工作,，在程序編制中可采用軟件容錯技術(shù),。

4、正確選擇接地點,，完善接地系統(tǒng)

接地的目的通常有兩個,，其一為了安全，其二是為了抑制干擾,。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一,。

系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式,。對PLC控制系統(tǒng)而言,，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式,。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響,，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1MHz，所以PLC控制系統(tǒng)接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式,。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點接地方式,，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極,。如果裝置間距較大，應(yīng)采用串聯(lián)一點接地方式,。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點,，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于22 mm2的銅導(dǎo)線,，總母線使用截面大于60mm2的銅排,。接地極的接地電阻小于2Ω，接地距建筑物10 ~ 15m遠(yuǎn)處(或與控制器間不大于50m),，而且PLC系統(tǒng)接地點必須與強電設(shè)備接地點相距10m以上。