基于PLC的復合板生產線報警裝置的研究

甄天作

【摘要】 隨著我國城市化的加快，不銹鋼鋼板的需求量也越來越大。在這么大的市場需求下，如果采用居高不下成本的爆炸法生產復合板，勢必會造成市場競爭沒有優勢。

【關鍵詞】 復合板 PLC 報警

一、復合板生產的概述

復合板是用焊接法生產的不銹鋼鋼板，焊接法是將兩層鋼板加上中間層夾心層，鋼板和夾心層之間采用以滾柱焊接的方式，利用高溫將夾心層和外層不銹鋼相接觸的地方融化，從而粘合到一起。焊接法是一種生產成本低，效率高的復合板生產工藝，用該工藝生產復合板一但實現，將帶來不可估量的社會效益。

1、復合板生產工藝介紹。不銹鋼復合板的基本生產工藝包括：開卷、對接、整平、除銹脫脂、敷料復疊，再到復合主機進行復合，最后再整平、兩面拋光、剪切，最后形成成品復合板。復合主機主要是采用焊接的方式來實現鋼板的復合。

2、復合板生產的參數指標。主復合機（1）板厚度輸入：a.上復層 b.下復層 c.基層 （三層厚度等阻值調節）

調節范圍：復層≤1.5mm；基層≤5mm。（2）板材質輸入：a.上復層 b.下復層 c.基層 （三層厚度等阻值調節）調節范圍：復層≤1.5mm；基層≤5mm。

3、控制系統的要求 。（1）主復合機要在各個從站ET200M與PLC之間采用PROFIBUS-DP進行通信并且采用 PLC控制。（2）控制室要利用工業以太網模塊CP343來完PC機與PLC之間的進行通訊。（3）S7-300和西門子TC35i無線發射模塊相連，TC35i模塊將生產線實時的信息反饋到指定的手機上。

二、可編程控制器（PLC）概述

1、PLC的特點。PLC的主要特點是：①抗外界干擾能力較強，較穩定。②編程簡單，使用方便。③采用模塊化結構。④設計、施工與投產的周期較短，方便維護。⑤豐富的I/O接口。⑥不占空間、重量輕，節能。

2、PLC的應用領域。目前，PLC在國內外已廣泛應用于各各行業，使用情況大致可歸納為如下幾類：（1）開關量的邏輯控制；（2）模擬量控制；（3）運動控制；（4）過程控制；（5）數據處理；（6）通信及聯網。

3、 PLC的基本結構。PLC內部主要由中樞部分CPU、存儲單元、（I/O）接口、電源模塊、程序編輯器、擴展接口和通信單元模塊等幾部分組成。。

三、設備的報警系統

1、報警系統的作用。由于這次研究的是新工藝生產復合板，國內還沒有，買家怕虧本所以和生產線生產廠家簽訂的是以復合板計件付費，即生產一件復合板給一件的錢。但是生產線遠在外地，廠家沒辦法對生產線的實時數據和實時防護。由此，產生了遠程發送數據和報警裝置的設計。報警裝置主要是怕主控制柜被撬開，內部結構被人為的撬開研究，從而泄露了生產線的設計。

2、報警系統的硬件組成。報警系統的實現主要是依靠振動傳感器來采集控制信號的，可以說振動傳感器是報警裝置的關鍵部件。

1） 振動傳感器簡介。振動傳感器大多是利用一些具有壓電效應的材料制作的，它是將壓力信號轉變成電信號的一種轉換裝置，它主要用于檢測沖擊力或者加速度。

2） 振動傳感器的分類。按照其用途可把振動傳感器分為以下幾種：（1）按機械接收原理分：相對式、慣性式。

（2）按機電變換原理分：電渦流式傳感器、電動式傳感器、壓電式傳感器、電阻式傳感器、電感式傳感器、光電式傳感器、電容式傳感器。（3）按所測機械量分：測量位移的、測量速度的、測量加速度、測量力的、測量扭矩的感器。（4）按物理原理可分為發電式傳感器和電參數傳感器。發電式傳感器都是根據電磁感應原理來工作的。

3）振動傳感器的選擇。振動傳感器一般大都采用壓電式的加速度傳感器。（1）壓電式加速度傳感器的基本原理。我們所說的壓電加速度計就是這里的壓電式加速度傳感器。它也屬于慣性式傳感器。它的材料是具有壓電效應的物質如石英晶體，這種材料在加速度計受到振動時，由于里的變化從而導致了電信號的變化。并且被測加速度與力的變化是成正比例關系的（當被測振動頻率遠低于加速度計的固有頻率時）。壓電式傳感器輸出的信號必須得經過放大電路經過阻抗變換以后，才能送給檢測電路并將信號輸送給指示儀表或記錄器等控制系統。因為壓電式傳感器的輸出電信號非常微弱，并且本身還有比較大的內阻。（2）壓電式加速度傳感器的應用領域。隨著技術的改進，現在筆記本電腦里也內置了加速度傳感器。這樣一來筆記本電腦就能實時的監測出筆記本在使用中的振動狀態，并據此智能的選擇硬盤的運行狀態。這樣在很大程度上減少了硬盤的損害，從而盡可能的保護硬盤里面的相關數據。另外在數碼相機或攝像機里加上速度傳感器可以檢測拍攝時候手部的振動情況，并根據這些振動參數，自動調節相機的聚焦從而得到效果最佳的照片。加速度傳感器的應用遠遠不止這些，其主要應用在一些精密的檢測儀表或勘測中，比如檢測地震，系統報警，工程測量、地質勘測、公路、高鐵的振動測試與分析以及大廈結構的動態特性上。

3、報警系統的軟件。報警系統是在控制柜中裝上振動傳感器，假如人為的撬開控制柜，振動傳感器檢測到一個信號脈沖。然后傳感器給PLC一個信號，PLC得到振動傳感器的信號之后啟動自毀程序，格式化PLC內存，發并亂寫一個新程序進行覆蓋，以防止控制柜被撬開后，人為地把PLC程序復原。再格式化PLC內存、程序自毀的同時，并將控制柜發生的事通過TC35i無線模塊發送到遠程的手機上。使生產線生產廠家及時的知道生產線出線了事故，從而不會造成公司的經濟損失。報警裝置可以使生產線即使在很遠的地方也可以安全的運行，即使生產線出線了什么問題我們在遠方也可以實時的知道，便于采取下一步行動，保護了公司的利益。

四、系統軟/硬件配置

1、主站的選擇。在監測金屬復合板的生產線的系統中，可以用Siemens公司CPU315-2DP的S7-300PLC作為一類主站。西門子公司生產的CPU315-2DP是針對于中等規模控制系統的一種PLC，它的擴展性能較好特別是通信能力很強。CPU315-2P帶兩個通信接口，利用這兩個接口便可以在工業以太網系、PROFIBUS和MPI三者之間相互通信。PROFIBUS-DP接口使用九針D型插頭。通信線為屏蔽的雙絞線，傳輸的速度最高可達到12Mbps。并且可以以以太網方式連接，但此時必須得選擇CP443-1卡作為S7-300 PLC與PC機的通訊接口卡。

2、從站的選擇。西門子ET200是目前自動化解決方案中比較關鍵的一部分，西門子ET200系列分布式I/O即可以滿足各行業的分布式解決方案：無論是緊湊型的，還是模塊化結構；不管是純數字I/O接口型系統，還是采用驅動技術的成套分布式系統；也不管是安裝在控制柜中，還是直接安裝在苛刻的工業環境中。

3、上位機的選擇。上位機則可使用工控機，另外再配一個三星顯示器，這樣可清晰地顯示各種圖形和文字。研華工控機不但能夠在線對系統進行監測和自動復位，而且它在可靠性、實時性、擴充性、軟硬件兼容性等方面也占有優勢。

五、 PLC的通信

通信方式：一般來說一個大型自動化項目往往需要若干個相互之間獨立的控制PLC站組成，并且彼此獨立的PLC站之間是需要有信號聯系的。HMI系統相要利用網絡對各PLC站進行控制，那么這些控制信號的采集過程及歸檔是需要通過PLC之間的相互通訊功能來實現的。西門子工業通訊網絡提供了工業以太網、PROFIBUS/MPI和ASI等網絡，他們應用于不同通訊要求的通信網絡。工業以太網一般適用通訊數據量較大、傳送距離較長的單元級和管理級的網絡。工業以太網不能很好的保證數據傳輸的實時性要求的原因是他采用的是CSMA/CD協議。同時它還是一種非確定的網絡系統，單點的故障容易擴散，造成整個網絡的癱瘓。

PROFIBUS是一種串行，多分支網絡，有很高的實時性、較高的安全性和穩定性。PROFIBUS分為PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA三種。由于數據通信量不是很大故一般選用PROFIBUS-DP網絡，它可以滿足單元級站點的通訊，又可以滿足于現場I/O站直接通信。

參 考 文 獻

[1] 秦益霖.西門子S7-300 PLC應用技術.北京：電子工業出版社，2007.

[2] 李方園.西門子S7系列PLC電氣控制精解.北京：化學工業出版社，2010.

[3] 劉建昌，于洪磊，辛紅，杜平等.S7-300/400PLC工業網絡通信技術指南.北京：機械工業出版社，2009.

[4] 宋建偉.基于PLC控制的主扇風機自動監控系統的設計：（碩士學位論文）.成都：電子科技大學，2010.

[5] 姚白瑩.基于PLC控制的生活污水處理控制系統的設計：（碩士學位論文）.蘭州：蘭州大學，2010.