SIEMENS SMART 200的片材輻照收卷設備應用

曹小金

（深圳市沃爾核材股份有限公司，廣東深圳，518118）

1 可編程控制器

■1.1 可編程控制器簡介

可編程邏輯控制器（PLC）,它采用可編程的邏輯存儲器,用于其內部存儲數據、程序,執行邏輯運算、邏輯控制、計數、定時與數學運算等實際應用的指令,并通過數字或模擬方式來控制不同類型的機械設備或生產過程[1]。本論文主要簡述PLC Smart 系列在片材輻照中的應用。

■1.2 PLC Smart 系列優勢

較其他PLC，200 Smart 系列的優點[2]：

（1)使用方便，編程簡單；

（2)功能強，性能價格比高；

（3)硬件配套子模塊齊全,工程師使用方便,適應性也很強；

（4)可靠性高,抗干擾能力強；

（5)系統的設計方便、安裝容易、調試工作量少；

（6)維修工作量小，維修方便；

（7)自帶以太網口，方便上載和下載程序與通訊；

（8)還帶有485口，可以與第三方設備進行串口通訊；

（9)對于軸控制的話，ST 系列的可以控制三軸，直接用向導生成，簡單快捷。

2 硬件系統設計

■2.1 硬件系統組成

在片材輻照設備中包含了三個模塊，分別為放線部分、束下部分和收線部分，本文主要針對收線部分的控制進行研究。

本系統主要由西門子的Smart 系列PLC、變頻器、電機、接觸器、繼電器、聯動板、糾偏控制器、張力控制器、磁粉控制器、電源、按鈕、空氣電閘開關、漏電保護開關、風扇等組成。

為了使收卷設備換卷時不需要停掉除收卷外的其他部分，同時方便操作人員進行換卷操作，將其設計為對稱的兩個部分，分別為東收卷部分和西收卷部分，兩個部分的結構及功能相同，換卷時可以從一邊迅速換至另一邊繼續進行收卷工作[3]。都具備收卷轉動功能，平臺升降功能，剎車功能，糾偏功能以及啟停控制和調速的功能。

■2.2 電氣原理圖

圖1 為東收卷電機加上對應變頻器的電氣圖紙，西收卷電機的變頻器電氣圖紙與東收卷機的類似。如圖所示，當合上總閘，將控制變頻器的漏電保護開關合上。變頻器通電之后，連接在變頻器輸入口的繼電器接收到信號后，控制變頻器啟動。儲片變頻器的輸入端連接的繼電器KA1 與KA2是變頻器啟動按鈕，當KA1 與KA2 接收到控制信號后啟動，KA1 與KA2 常開觸點閉合，變頻器啟動。圖紙中KA4 為報警清除按鈕，當變頻器過載報警或遇到其他報警時，想要報警復位，將控制KA4 繼電器的控制信號發送給KA4 繼電器，KA4 常開觸點閉合，控制變頻器內部信號啟動，將報警信號清除，變頻器復位。

圖1 東收卷電機加對應變頻器圖紙

在圖1 中，變頻器控制端子50、53、55 為一組，它們控制電機速度。當繼電器KA5 檔撥到50 那一側時，面板調速器開始工作。53 可以改變當面板調速器內置電阻阻值，原理為通過改變接入電路部分電阻線的長度來改變電阻的阻值，面板調速器阻值最高為4.7k。

圖2 為Smart PLC CPU 控 制電氣原理圖，圖3 為CPU 外接模擬量和數字量模塊電氣原理圖。圖2中為PLC CPU，中央處理單元(CPU)是整個設備控制系統的的控制中樞。它的工作原理按照可編程邏輯控制器內部編輯的系統程序定義的功能接收并存儲從工程師輸入的用戶程序和系統數據;實時捕捉 各存儲器、I/O、定時、計數器的狀態，并能判斷新程序中的語法問題。當可編程邏輯控制器投入工作運行時，首先它以掃描的方式實時接收現場外圍輸入系統的狀態或者數據，并存入各個I 區的特定映象存儲區，然后CPU 讀取用戶程序，經過命令編譯處理后按照指令的特殊規定嚴格執行各種邏輯或運算的結果送入O 區映象區或輸出數據寄存器內[4]。等整個的用戶程序執行完一遍之后，最后將O 區映象區的不同輸出邏輯狀態或輸出寄存器內的不同數據傳送到相應的輸出部件，如此重復循環運行，控制著所有狀態，直到停止運行。

圖2 Smart PLC 控制線路圖

圖3 PLC 外接模擬量和數字量模塊圖紙

其中PLC CPU 輸入實時采樣的工作方式是在采樣輸入階段，可編程邏輯控制器采用掃描方式依次地識別所有不同的輸入邏輯狀態和數據，并將它們存入I 區映象區中的相應的存儲單元內。

輸出部分的工作方式是當掃描用戶程序結束后，可編程邏輯控制器就開始輸出部件邏輯刷新。在此期間，CPU 按照O 區映象區內對應的狀態和數據，把輸出鎖存電路全部刷新，再經驅動輸出電路反映到相應的外設。

如圖2 所示，PLC CPU 輸入端控制了設備啟動、停止、限位、保護開關等，輸出端控制了變頻器動作、指示燈、電磁閥、剎車等。如圖3 所示，CPU 外接模擬量模塊兩個型號為EM AM06，擁有四個輸入點兩個輸出，分別控制著電位器和張力信號。CPU 外接數字量模塊為一個型號EM DR16，擁有八輸入八輸出，輸出為繼電器輸出，控制著夾片變頻器的正反轉。

3 程序設計

■3.1 STEP 7-Micro/WIN SMART 軟件簡介

由于本次應用的PLC 為西門子Smart 系列，所以應用的為專屬的西門子軟件STEP 7-Micro/WIN SMART 。

STEP 7-Micro/WIN SMART 是該款專有的控制器的組態、編程和操作軟件。通過該軟件可以實現軟件和硬件的實際配合，真正做到用戶程序的植入。

■3.2 PLC 程序

如圖4 所示，是以片材輻照收線部分為例，所分的子程序模塊分別為手動、轉速、張力、溫度、報警、通訊等模塊。

圖4 子程序模塊

圖4 為手動程序界面，手動程序可以將片材輻照的每一步進行分解控制，有利于初始對片材輻照設備調試時，對每一步動作進行編輯，也可以當設備出現問題需要維修時，拆分動作，查找出現問題的位置與出現位置的原因。

張力控制程序模塊，該模塊負責控制片材輻照的片材張力部分，使片材的張力控制在一個特定的值的附近，不會過大或者過小。

溫度控制程序模塊，該程序可以控制片材輻照通過模擬量采集片材輻照設備的溫度，進行實時監控。

速度控制程序模塊，該模塊可以調整片材輻照設備收線部分的電機速度。

4 結論

目前，該設備已投入使用，運行穩定，大大提高了片材輻照的效率。本文利用PLC 在片材輻照設備中的應用，更好的服務生產，大大提高了輻照片材的產量，提升了被輻照片材性狀的穩定性，節省了人力成本。操作更加簡單方便，員工可以很快上手。