基于S7-300 PLC的交叉铺网机控制系统的研究

　　1 前言

　　可编程控制器以其功能强大、抗干扰能力强、故障率低等优点在机械行业得到广泛应用。随着生产自动化和过程自动化中分散结构的迅速增长，现场总线系统应用日益普遍。在我公司非织造布设备简易交叉铺网机电气控制系统中PLC和伺服驱动器之间的通讯，我们采用了西门子S7-300PLC的PROFIBUS-DP通讯。

　　2 系统工艺简介

　　简易交叉铺网机在非织造布设备的主要作用是将前道设备梳理机梳理出的纤网由纵向变为横向，可根据工艺要求将纤网铺成不同层数和不同宽度输出给后序设备，铺出的纤网要求均匀，本设备铺网宽度通过机械调整。

　　全机传动由3台伺服电机构成，分别控制上小车、下小车和输出帘的运行，其中上下小车电机通过交替式运转控制两个小车在设备运转中的位置。

　　3 电气控制系统硬件组成

　　针对上述工艺及控制要求，本控制系统核心采用了西门子的S7 314C-2DP PLC和数字量输入。人机界面采用西门子TP177B触摸屏，传动系统驱动采用KEB高性能伺服驱动器，电机采用意大利合资品牌菲士伺服电机。采用PROFIBUS-DP现场总线技术，实现PLC和触摸屏及伺服驱动器之间的通讯，本系统采用PROFIBUS-DP通讯是因为：它是目前最通用的现场总线之一，不依赖于生产厂家、是开放现场总线，各种各样的自动化设备都可以通过同样的接口交换信息。PROFIBUS由三个兼容部分组成：即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。其中PROFIBUS-DP是一种高速低成本的现场总线通讯，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信，使用PROFIBUS-DP可取代电三型信号传输。

　　3.1人机界面(从站)

　　人机界面可以实时的、详细的显示现场各电机和传感器的情况，实时报警。人机界面主要功能是：

　　①控制功能：可以通过触摸键手动开停各电机。

　　②参数设定：设定牵伸比、铺网宽度、铺网层数和多段速度比例等工艺参数及系统参数。

　　③数据及信息显示：显示各电机线速度、各种报警信息。

　　④配方管理：根据不同的工艺设定和存储不同的配方。

　　⑤用户管理：主要包括修改和管理用户的密码和访问权限。

　　3.2S7-300 CPU314C-2DP可编程控制器(主站)

　　具有DP口和MPI口，采用PROFIBUS-DP现场总线连接各传动系统和分站。主要功能有：

　　①接收操作人员和设备检测装置现场发出的指令信号。

　　②系统的逻辑运算。

　　③对各伺服驱动器进行控制，包括控制其启动与停止，向伺服驱动器发送速度信号。

　　④接收前道设备速度及联锁信号，并进行处理，给后道设备速度及联锁信号等。

　　3.3传动系统(从站)

　　传动系统由3台高性能KEB伺服驱动器及伺服电机组成。其特点：

　　①标准化及模块化，整个伺服驱动器结构紧凑，可通过改变内部模块实现不同的控制功能，可根据不同的用途来选用适当的反馈(旋变、绝对值或正余弦等等反馈卡及相应的伺服电机)。

　　②可采用PROFIBUS-DP、DEVICE NET、CAN、RS485等多种方式通讯及联网。

　　③通过PC软件进行电机参数的整定，调节其PID参数，使得伺服电机在不同条件下满足不同的用户需求，也可通过PC机来设定其通讯参数，常规使用中可采取过程通道设定及读取速度，对指定的特殊参数由过程通道无法实现其更改，必须通过参数通道进行调整。

　　4 控制系统软件设计及功能实现

　　采用西门子STEP75.4软件对系统进行硬件组态和程序编制，STEP7是一个对S7-300和S7-400PLC进行编程的软件，它的编程语言非常丰富，主要有LAD(梯形图)、STL(语句表)、FBD(功能块图)等。它使控制程序的编程工作大大简化，除了可以编制S7-300程序块外，还可以设定各种参数在线监控、查询故障等。

　　(1)进行硬件组态,将KEB伺服驱动器作为从站，挂在CPU314C-2DP的DP口上，人机界面PLC自动识别，不用组态。在硬件组态中设置与KEB伺服驱动器的通讯参数，如有必要可设定参数通道来对特殊参数的调节。

　　(2)编写PLC程序，本系统的控制程序采用模块化的编程思想，主要采用梯形图来进行程序的编写，将不同的控制功能用不同的程序功能块来实现，它使程序的可读性、可移植性、易维护性大大加强。将不同的功能分别编写子程序，由主程序OB1调用。主要有手动(单电机启停)、自动(交叉铺网机整机启停)、联动控制程序(与前后道设备一起启停)，速度控制程序、斜坡发生器程序、通讯程序、报警程序等。通过模拟量输入模块将前道设备来得速度信号(0~10V)引入PLC中，并经过运算，通过模拟量输出给下道设备速度。在用户程序中除了编写主程序OB1外，还编写了OB35(循环中断)、OB80(时间错误)、OB81(电源故障)，OB82(诊断中断)OB122(I/O访问故障)等。

　　本系统根据工艺要求，在手动和自动模式要求PLC自己给定速度信号，并且要有自己的加减速时间，这就要求有斜坡发生器程序，通过编写斜坡发生器FB子程序，并由OB35调用，实现在固定的时间内(如50秒)速度升到设定值或从设定值降到零，实现缓步起停，避免对机械设备造成的冲击。

　　上下小车电机在设备运转时需要不停的进行交替式运行，铺网宽度通过两边的接近开关来实现，两接近开关可通过机械摇动调节两接近开关的位置从而实现调整铺网幅宽的效果，根据PLC的运算，进行铺网宽度的控制和铺网层数的控制。

　　(3)伺服驱动器通讯参数设定，如：通讯站号、状态字和控制字，状态字包括： 读伺服电机编码器的速度，读伺服驱动器的状态，控制字包括：写速度给伺服驱动器，写加速度给上下小车伺服驱动器，伺服驱动器的故障复位等。

　　5 结束语

　　该系统采用西门子37-300和PROFIBUS现场总线通讯以后，从实际使用效果来看，该系统运行稳定可靠，控制精确，操作简单，故障率低，满足了交叉铺网机控制的要求，大大提高了生产的自动化水平和产品质量。