紙板造紙機(jī)PLC控制系統(tǒng)
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3 工藝自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 硬件構(gòu)成
根據(jù)紙板紙機(jī)的工藝要求，該控制系統(tǒng)有profibus-dp構(gòu)成單主從工作方式，如圖2所示。主站選用siemens的s7-300 plc(cpu313c-2dp)，站地址設(shè)為2，實(shí)現(xiàn)總線通信控制和管理，完成周期性數(shù)據(jù)訪問。網(wǎng)部、壓榨部、干燥部和切紙機(jī)的各變頻器(mm440)為從站，地址分別為3，4，5，6，7，8，9，10。現(xiàn)場觸摸屏通過mpi口與plc相連，其地址設(shè)為1。上位機(jī)通過cp5611與主站plc連接，地址使用默認(rèn)值0。理紙機(jī)部分的遠(yuǎn)程i/o(et200m)地址為11。主站plc與變頻器及現(xiàn)場觸摸屏實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通訊，完成整個(gè)紙機(jī)傳動過程中的速度鏈、負(fù)荷分配、張力控制等功能。現(xiàn)場觸摸屏實(shí)時(shí)顯示各分布點(diǎn)的工作狀態(tài)，監(jiān)測各變頻器的運(yùn)行、故障狀態(tài)，通過它可以對各傳動點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全部控制功能。plc實(shí)時(shí)的接受來自上位機(jī)和觸摸屏的優(yōu)化控制指令，自動調(diào)節(jié)各分部的速度以適應(yīng)生產(chǎn)需求。同時(shí)plc將各分部的運(yùn)行參數(shù)送往上位機(jī)，以便及時(shí)了解生產(chǎn)狀況。整個(gè)系統(tǒng)采用profibus-dp現(xiàn)場總線控制技術(shù)，系統(tǒng)全部控制功能的實(shí)現(xiàn)都由現(xiàn)場總線通訊完成。只靠一條通訊電纜傳輸，省去了傳統(tǒng)的線路接點(diǎn)。大大提高系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約了控制電纜。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了從操作到控制的全數(shù)字化，徹底杜絕了現(xiàn)場干擾對控制系統(tǒng)運(yùn)行的影響。
3.2 軟件設(shè)計(jì)
plc的編程使用s7系列的編程軟件step7 v5.3，通過其對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)配置，如通信端口的設(shè)置，站地址和數(shù)據(jù)傳輸速率的設(shè)定等；然后對主站s7-300進(jìn)行硬件組態(tài)，通過配置，cpu313c-2dp可以各個(gè)變頻器和et200m的i/o 分配地址，這樣從編程角度來看，cpu313c-2dp隊(duì)給從站的控制如同本機(jī)的i/o一樣。
step7 v5.3軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)編程，整個(gè)控制程序由ob組織塊、fc功能塊、db數(shù)據(jù)塊等構(gòu)成。控制字是現(xiàn)場總線系統(tǒng)控制傳動單元的基本手段?？刂谱钟涩F(xiàn)場總線控制器(plc)發(fā)送給傳動單元，傳動單元根據(jù)控制字的位編碼指示作出相應(yīng)動作。狀態(tài)字是一個(gè)包含了狀態(tài)信息的字，它由傳動單元發(fā)送給現(xiàn)場總線控制器(plc)。組織塊ob是系統(tǒng)操作程序與用戶應(yīng)用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運(yùn)行。不同的ob有不同的功能。本設(shè)計(jì)中組織塊有ob1、ob20、ob35、ob82、ob86、ob87、ob100、ob121、ob122。
ob1是用作主程序循環(huán)的，它用來設(shè)計(jì)主循環(huán)程序的結(jié)構(gòu)；在用戶程序延時(shí)中斷ob20種調(diào)用了系統(tǒng)功能塊sfc32(“srt_dint” 啟動延時(shí)中斷)、 sfc33(“can_dint” 取消延時(shí)中斷)、sfc34(“qry_dint” 查詢延時(shí)中斷的狀態(tài))。ob35是程序循環(huán)中斷組織塊；ob82是診斷中斷程序，診斷接受來自有診斷能力的模塊；ob86是機(jī)架錯(cuò)誤中斷，ob87通訊錯(cuò)誤中斷；ob100屬于啟動組織塊，是暖啟動用的；ob121是程序錯(cuò)誤組織塊，ob122是訪問錯(cuò)誤組織塊，屬于故障處理組織塊。ob1是主程序，主要完成系統(tǒng)的初始化、初始參數(shù)設(shè)定、調(diào)用子程序。fc是自定義的子程序塊，包括網(wǎng)部控制、壓榨部控制、干燥部控制、切紙機(jī)控制、理紙機(jī)控制、故障處理、數(shù)據(jù)采集與處理等功能塊。數(shù)據(jù)塊db用來存放用戶程序運(yùn)行所需的大量數(shù)據(jù)或變量，它也是實(shí)現(xiàn)各程序塊之間交換、傳遞和共享數(shù)據(jù)的重要途徑。在本系統(tǒng)中，上位機(jī)和下位機(jī)的通信主要是通過都區(qū)和改變下位機(jī)的db塊來實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了8個(gè)db塊，分別表示實(shí)際速度數(shù)據(jù)塊、設(shè)定速度數(shù)據(jù)塊、電流數(shù)據(jù)塊、時(shí)鐘背景數(shù)據(jù)塊、報(bào)警數(shù)據(jù)塊、實(shí)際溫度數(shù)據(jù)塊、設(shè)定溫度數(shù)據(jù)塊和紙板尺寸數(shù)據(jù)塊。通過讀取下位機(jī)的db塊，上位機(jī)上顯示相應(yīng)的速度、紙板尺寸和報(bào)警等相應(yīng)信息。通過觸摸屏改變下位機(jī)相應(yīng)的db塊數(shù)據(jù)，就可以生產(chǎn)達(dá)到預(yù)期的目的。
圖2 紙板紙機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
上位機(jī)采用visual c++進(jìn)行畫面顯示設(shè)計(jì)，通過dll獲得plc的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行動畫設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)管理，報(bào)表打印和故障記錄和分析等?，F(xiàn)場觸摸屏通過siemens的hmi組態(tài)軟件protool v6.0進(jìn)行組態(tài)和編制畫面。觸摸屏畫面是以設(shè)備圖為底并分段細(xì)化。從觸摸屏上可以輕松觀察系統(tǒng)總圖、各分部圖，直至每個(gè)分布的傳感器的狀態(tài)。利用觸摸屏提供的輸入/輸出、棒圖、曲線圖、字符、幫助信息、口令和畫面切換等功能，可以觀察和設(shè)定變頻器的頻率、轉(zhuǎn)速及當(dāng)前實(shí)際的頻率和轉(zhuǎn)速、紙機(jī)的運(yùn)行狀況等。
4 結(jié)束語
工程實(shí)踐證明，本控制系統(tǒng)采用profibus-dp網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布式控制，可以大大降低現(xiàn)場信號連接的工作量和費(fèi)用，提高信號的傳輸精度與靈活性，降低系統(tǒng)成本，給安裝、調(diào)試和設(shè)備維護(hù)帶來方便。profibus-dp網(wǎng)絡(luò)速度快、可靠性高、開放性好、抗干擾能力強(qiáng)，適用于各種工業(yè)控制系統(tǒng)，是pc、plc與其他智能現(xiàn)場設(shè)備通信的優(yōu)選網(wǎng)絡(luò)。
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