基于PLC的復(fù)合板生產(chǎn)線報(bào)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(chǎn)復(fù)合板，勢必會造成市場競爭沒有優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】 復(fù)合板 PLC 報(bào)警

一、復(fù)合板生產(chǎn)的概述

復(fù)合板是用焊接法生產(chǎn)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(chǎn)成本低，效率高的復(fù)合板生產(chǎn)工藝，用該工藝生產(chǎn)復(fù)合板一但實(shí)現(xiàn)，將帶來不可估量的社會效益。

1、復(fù)合板生產(chǎn)工藝介紹。不銹鋼復(fù)合板的基本生產(chǎn)工藝包括：開卷、對接、整平、除銹脫脂、敷料復(fù)疊，再到復(fù)合主機(jī)進(jìn)行復(fù)合，最后再整平、兩面拋光、剪切，最后形成成品復(fù)合板。復(fù)合主機(jī)主要是采用焊接的方式來實(shí)現(xiàn)鋼板的復(fù)合。

2、復(fù)合板生產(chǎn)的參數(shù)指標(biāo)。主復(fù)合機(jī)（1）板厚度輸入：a.上復(fù)層 b.下復(fù)層 c.基層 （三層厚度等阻值調(diào)節(jié)）

調(diào)節(jié)范圍：復(fù)層≤1.5mm；基層≤5mm。（2）板材質(zhì)輸入：a.上復(fù)層 b.下復(fù)層 c.基層 （三層厚度等阻值調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)范圍：復(fù)層≤1.5mm；基層≤5mm。

3、控制系統(tǒng)的要求 。（1）主復(fù)合機(jī)要在各個(gè)從站ET200M與PLC之間采用PROFIBUS-DP進(jìn)行通信并且采用 PLC控制。（2）控制室要利用工業(yè)以太網(wǎng)模塊CP343來完P(guān)C機(jī)與PLC之間的進(jìn)行通訊。（3）S7-300和西門子TC35i無線發(fā)射模塊相連，TC35i模塊將生產(chǎn)線實(shí)時(shí)的信息反饋到指定的手機(jī)上。

二、可編程控制器（PLC）概述

1、PLC的特點(diǎn)。PLC的主要特點(diǎn)是：①抗外界干擾能力較強(qiáng)，較穩(wěn)定。②編程簡單，使用方便。③采用模塊化結(jié)構(gòu)。④設(shè)計(jì)、施工與投產(chǎn)的周期較短，方便維護(hù)。⑤豐富的I/O接口。⑥不占空間、重量輕，節(jié)能。

2、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于各各行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類：（1）開關(guān)量的邏輯控制；（2）模擬量控制；（3）運(yùn)動控制；（4）過程控制；（5）數(shù)據(jù)處理；（6）通信及聯(lián)網(wǎng)。

3、 PLC的基本結(jié)構(gòu)。PLC內(nèi)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(kuò)展接口和通信單元模塊等幾部分組成。。

三、設(shè)備的報(bào)警系統(tǒng)

1、報(bào)警系統(tǒng)的作用。由于這次研究的是新工藝生產(chǎn)復(fù)合板，國內(nèi)還沒有，買家怕虧本所以和生產(chǎn)線生產(chǎn)廠家簽訂的是以復(fù)合板計(jì)件付費(fèi)，即生產(chǎn)一件復(fù)合板給一件的錢。但是生產(chǎn)線遠(yuǎn)在外地，廠家沒辦法對生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)防護(hù)。由此，產(chǎn)生了遠(yuǎn)程發(fā)送數(shù)據(jù)和報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)。報(bào)警裝置主要是怕主控制柜被撬開，內(nèi)部結(jié)構(gòu)被人為的撬開研究，從而泄露了生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)。

2、報(bào)警系統(tǒng)的硬件組成。報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)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(bào)警裝置的關(guān)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(yīng)的材料制作的，它是將壓力信號轉(zhuǎn)變成電信號的一種轉(zhuǎn)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(jī)械接收原理分：相對式、慣性式。

（2）按機(jī)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(jī)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(fā)電式傳感器和電參數(shù)傳感器。發(fā)電式傳感器都是根據(jù)電磁感應(yīng)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(jì)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(yīng)的物質(zhì)如石英晶體，這種材料在加速度計(jì)受到振動時(shí)，由于里的變化從而導(dǎo)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(guān)系的（當(dāng)被測振動頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)）。壓電式傳感器輸出的信號必須得經(jīng)過放大電路經(jīng)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(tǒng)。因?yàn)閴弘娛絺鞲衅鞯妮敵鲭娦盘柗浅Ｎ⑷酰⑶冶旧磉€有比較大的內(nèi)阻。（2）壓電式加速度傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著技術(shù)的改進(jìn)，現(xiàn)在筆記本電腦里也內(nèi)置了加速度傳感器。這樣一來筆記本電腦就能實(shí)時(shí)的監(jiān)測出筆記本在使用中的振動狀態(tài)，并據(jù)此智能的選擇硬盤的運(yùn)行狀態(tài)。這樣在很大程度上減少了硬盤的損害，從而盡可能的保護(hù)硬盤里面的相關(guān)數(shù)據(jù)。另外在數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)里加上速度傳感器可以檢測拍攝時(shí)候手部的振動情況，并根據(jù)這些振動參數(shù)，自動調(diào)節(jié)相機(jī)的聚焦從而得到效果最佳的照片。加速度傳感器的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，其主要應(yīng)用在一些精密的檢測儀表或勘測中，比如檢測地震，系統(tǒng)報(bào)警，工程測量、地質(zhì)勘測、公路、高鐵的振動測試與分析以及大廈結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性上。

3、報(bào)警系統(tǒng)的軟件。報(bào)警系統(tǒng)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(gè)信號脈沖。然后傳感器給PLC一個(gè)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(nèi)存，發(fā)并亂寫一個(gè)新程序進(jìn)行覆蓋，以防止控制柜被撬開后，人為地把PLC程序復(fù)原。再格式化PLC內(nèi)存、程序自毀的同時(shí)，并將控制柜發(fā)生的事通過TC35i無線模塊發(fā)送到遠(yuǎn)程的手機(jī)上。使生產(chǎn)線生產(chǎn)廠家及時(shí)的知道生產(chǎn)線出線了事故，從而不會造成公司的經(jīng)濟(jì)損失。報(bào)警裝置可以使生產(chǎn)線即使在很遠(yuǎn)的地方也可以安全的運(yùn)行，即使生產(chǎn)線出線了什么問題我們在遠(yuǎn)方也可以實(shí)時(shí)的知道，便于采取下一步行動，保護(hù)了公司的利益。

四、系統(tǒng)軟/硬件配置

1、主站的選擇。在監(jiān)測金屬復(fù)合板的生產(chǎn)線的系統(tǒng)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(chǎn)的CPU315-2DP是針對于中等規(guī)模控制系統(tǒng)的一種PLC，它的擴(kuò)展性能較好特別是通信能力很強(qiáng)。CPU315-2P帶兩個(gè)通信接口，利用這兩個(gè)接口便可以在工業(yè)以太網(wǎng)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?shù)乃俣茸罡呖蛇_(dá)到12Mbps。并且可以以以太網(wǎng)方式連接，但此時(shí)必須得選擇CP443-1卡作為S7-300 PLC與PC機(jī)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(guān)鍵的一部分，西門子ET200系列分布式I/O即可以滿足各行業(yè)的分布式解決方案：無論是緊湊型的，還是模塊化結(jié)構(gòu)；不管是純數(shù)字I/O接口型系統(tǒng)，還是采用驅(qū)動技術(shù)的成套分布式系統(tǒng)；也不管是安裝在控制柜中，還是直接安裝在苛刻的工業(yè)環(huán)境中。

3、上位機(jī)的選擇。上位機(jī)則可使用工控機(jī)，另外再配一個(gè)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(jī)不但能夠在線對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和自動復(fù)位，而且它在可靠性、實(shí)時(shí)性、擴(kuò)充性、軟硬件兼容性等方面也占有優(yōu)勢。

五、 PLC的通信

通信方式：一般來說一個(gè)大型自動化項(xiàng)目往往需要若干個(gè)相互之間獨(dú)立的控制PLC站組成，并且彼此獨(dú)立的PLC站之間是需要有信號聯(lián)系的。HMI系統(tǒng)相要利用網(wǎng)絡(luò)對各PLC站進(jìn)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(shí)現(xiàn)的。西門子工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)提供了工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS/MPI和ASI等網(wǎng)絡(luò)，他們應(yīng)用于不同通訊要求的通信網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)一般適用通訊數(shù)據(jù)量較大、傳送距離較長的單元級和管理級的網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)不能很好的保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求的原因是他采用的是CSMA/CD協(xié)議。同時(shí)它還是一種非確定的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，單點(diǎn)的故障容易擴(kuò)散，造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。

PROFIBUS是一種串行，多分支網(wǎng)絡(luò)，有很高的實(shí)時(shí)性、較高的安全性和穩(wěn)定性。PROFIBUS分為PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA三種。由于數(shù)據(jù)通信量不是很大故一般選用PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，它可以滿足單元級站點(diǎn)的通訊，又可以滿足于現(xiàn)場I/O站直接通信。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 秦益霖.西門子S7-300 PLC應(yīng)用技術(shù).北京：電子工業(yè)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(xué)工業(yè)出版社，2010.

[3] 劉建昌，于洪磊，辛紅，杜平等.S7-300/400PLC工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)指南.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[4] 宋建偉.基于PLC控制的主扇風(fēng)機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：（碩士學(xué)位論文）.成都：電子科技大學(xué)，2010.

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