在雙復(fù)合擠出生產(chǎn)線上應(yīng)用西門子PLC S7 系列
關(guān)鍵詞： |西門子PLC S7 系列在雙復(fù)合擠出生產(chǎn)線上的應(yīng)用
該線總長20 0 m，控制元件比較分散，現(xiàn)場所有的傳感器、電磁閥、電機、電源線都通過各類電纜連接到電器控制室，電氣系統(tǒng)是采用德國西門子公司S5 系列PLC 和6RA22 系列直流調(diào)速器來控制的，由于S5 和6RA2 2 的配件早已不生產(chǎn)，配件已無法購買，所以到了該升級換代的時候了。
整個控制系統(tǒng)要求達(dá)到以下功能：
1、速度同步：在上坡段、冷卻段、吹干段、下坡段到卷取段及4 個卷取都配置了速度調(diào)節(jié)輥，通過速度調(diào)節(jié)輥調(diào)節(jié)各段的速度，完成速度的同步控制。
2、配方輸入功能：根據(jù)不同的配方要求，自動選擇適合的運行參數(shù)。
3、胎面定長裁斷功能。
4、胎側(cè)卷取速度自動控制。
二、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
新設(shè)計的雙復(fù)合擠出生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)由1 個PLC 主站、3 個PLC 從站、2 個遠(yuǎn)程I /O、3 4 臺西門子直流驅(qū)動器和1 臺工控機組成?？刂葡到y(tǒng)如圖2 所示。
1、人機界面系統(tǒng)
在生產(chǎn)線的運行過程中需要變換大量的配方、更改工藝參數(shù)以及實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，有2 種方案可以選擇：一是觸摸屏用MP I 電纜與P L C 通過串行通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，二是通過工控機配以P R O F I B U S - D P 接口卡，通過PROF I BUS 現(xiàn)場控制總線，與PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。考慮到現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸量大，有上千種配方工藝，所以選用了研華工控機，配以C P 5 6 1 1PROFIBUS-DP 接口卡，來采集和發(fā)送各種數(shù)據(jù)信息。
工控機作為人機界面， 用來進(jìn)行配方輸入，實時顯示各工段的工藝參數(shù)、各運行電機的運行速度、運行電流、電壓，報警信息。生產(chǎn)狀態(tài)歷史曲線查詢，故障報警記錄，故障分析及簡明維修指南，以及各種數(shù)據(jù)報表的產(chǎn)生及打印，并為工廠以太網(wǎng)提供接口。
2、 PLC 主站系統(tǒng)
P L C 作為整個控制系統(tǒng)的核心部分，處理本系統(tǒng)中的各種工藝參數(shù)和邏輯控制，各速度調(diào)節(jié)輥、光電開關(guān)和主令電器等信號，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)出現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)要求，經(jīng)過P L C 處理并將控制指令傳遞給各執(zhí)行元件（如驅(qū)動器、電磁閥等），同時將各驅(qū)動器的運行狀態(tài)、運行參數(shù)， 各電磁閥的工作狀態(tài)采集回來。
由于PLC 的重要性及現(xiàn)場有2 000 多個數(shù)字量I /O 點及200 多個模擬量I /O 點以及34 臺模擬量直流驅(qū)動器，我們選用了西門子S 7 - 4 0 0 的PLC，CPU 采用414-2DP，具有256K 工作內(nèi)存以及2 5 6K 程序內(nèi)存，并考慮到掉電不至于丟失程序，配以2M 存儲卡，既減輕了C PU 的工作內(nèi)存， 又解決了不丟失程序的問題。
3、從站系統(tǒng)
從站設(shè)備分為以下2 類。
1) 直流驅(qū)動器
選用了西門子的6 R A 7 0 系列的直流驅(qū)動器，共34 臺，采用CBP 2 板同PLC 通訊，它具有以下特點： ① 單臺裝置輸出額定電樞電流15~2 200 A，額定勵磁電流3~85 A，裝置并聯(lián)后輸出額定電樞電流可達(dá)12 000 A；②輸入電壓分為5 個等級：400V/460V/575V/690V/830V；③強大的通訊能力。有SIMOLNK 高速直接的裝置-裝置通訊，還可支持PROFI BUS 、CAN-BUS 、De vi c eNe t、USS 協(xié)議等；④所有工藝板、通訊板及OP1S 操作面板都可與新一代的SIMOVERTMASTERDRIVES 矢量控制交流調(diào)速產(chǎn)品通用。
2) 分布式I/O 模塊
選用ET 200 M，共3 個遠(yuǎn)程I /O 站，它具有以下特點：① ET 20 0M 是模板化I /O 站保護等級為IP 20；②采用S7-300 PLC 的信號模板和功能模板可進(jìn)行擴展； ③ 由于模板的種類眾多，ET 20 0 M 尤其適用于復(fù)雜的自動化任務(wù)；④可將遠(yuǎn)程的I /O 數(shù)據(jù)采集到PLC 進(jìn)行控制；⑤ ET200 M 是PROFIBUSDP 現(xiàn)場總線的從站，最大傳輸速率為12 Mbi t/ s；⑥ ET 200 M 也可采用有源總線模板進(jìn)行配置，這樣在運行過程中即使帶電也可更換S7-3 00 I /O 模板，其他模塊仍可運行。
三、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
1、人機界面
工控機監(jiān)控軟件采用西門子公司的WINCC組態(tài)軟件，共設(shè)計了實時報警畫面、歷史報警畫面、擠出畫面、壓延畫面、冷卻畫面、卷取畫面、裁刀畫面、配方選擇畫面、配方編輯畫面、D P 診斷畫面、數(shù)據(jù)顯示畫面、擋絲菜單畫面、服務(wù)菜單畫面，通過組態(tài)畫面可以方便的進(jìn)行狀態(tài)查詢， 故障維護。
2、PLC 軟件
本系統(tǒng)所有電機的速度是以接取電機的速度為準(zhǔn)，根據(jù)生產(chǎn)需要，設(shè)定各段的運行速度，P L C 根據(jù)各段不同的速比計算出各臺驅(qū)動器的初始速度，通過PROF I BUS 現(xiàn)場控制總線傳給每一臺驅(qū)動器。
由于胎面胎側(cè)收縮的原因，使得每一段的線速度均有變化，加上其他原因，就可能使胎面胎側(cè)拉伸或松弛，因此我們采用了以下典型的控制理論。
在上坡段及以后的各段，當(dāng)速度調(diào)節(jié)輥的信號（0~10 V）大于5 V 時，后段電機減速，當(dāng)速度調(diào)節(jié)輥的信號（0~10 V）小于5 V 時，后段電機加速。在P LC 中我們采用P ID 算法來保持前后運輸帶的同步。
在胎側(cè)卷取部分，采用卷徑計算的方法，配合速度調(diào)節(jié)輥的信號來實現(xiàn)卷取的功能。
在胎面裁斷部分，采用高速計數(shù)模塊采集胎面實際傳送的長度，通過PLC 的運算，進(jìn)行定長裁斷。
四、應(yīng)用體會
S5 改為S 7 后的系統(tǒng)優(yōu)點：
1、通訊速度快：由于采用了S 7 - 4 0 0 的PLC，我們將現(xiàn)場的34 臺驅(qū)動及3 個分布式I /O模塊均聯(lián)接在1 個DP 口上（CPU 的DP /MPI 口須預(yù)留），為此我們將通訊速度設(shè)定在1 . 5 M。
2、應(yīng)用靈活，編程方便： 由于采用了PROFIBUSDP 現(xiàn)場總線，各驅(qū)動器的控制字、狀態(tài)字、設(shè)定值、實際值、故障報警信息均可直接讀寫。
3、接線簡單：所有的驅(qū)動器只有1 根D P通訊線， 大大降低了故障率。
4、擴展性強：如果現(xiàn)場需要增加驅(qū)動器，只需1 根D P 通訊線與D P 總線連接即可。
5、維護簡單：由于PROFIBUS 現(xiàn)場控制總線的監(jiān)視和檢測都可以通過P L C 編程后通過工控機顯示?？梢匝杆倭私夤收?，及時解除故障。
6、備件更換方便：S7-400PLC 及6RA70 是西門子新一代產(chǎn)品，是目前及將來的主流控制元器件。
7、可節(jié)省大量的工期，由于S5 同S7 的產(chǎn)品是西門子升級換代的產(chǎn)品，其硬件的接線有相近性，可節(jié)省配線周期，其軟件有相通性，可節(jié)省大量的調(diào)試周期。
對于正常生產(chǎn)缺少備件的用戶來說，S 5 升級S 7 是一種切實可行的方法。
五、應(yīng)用效果
雙復(fù)合擠出生產(chǎn)線根據(jù)以上方法，通過對電氣系統(tǒng)的改造，取得了良好效果：
1、系統(tǒng)穩(wěn)定性明顯提高；
2、設(shè)備運行精度明顯提高；
3、設(shè)備故障率明顯降低，提高了生產(chǎn)能力；
4、設(shè)備維護成本明顯降低，且消除了停產(chǎn)的風(fēng)險（缺備件）；
5、生產(chǎn)的部件質(zhì)量明顯提高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；
6、提高了生產(chǎn)的自動化程度，有效防止人為的質(zhì)量波動。
因此，通過電氣系統(tǒng)的升級改造，以盡可能低的費用，提升老設(shè)備的運行性能，使之發(fā)揮出原有的設(shè)計性能乃至更佳，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品來贏得市場的競爭，不失為一條較好的出路。
一、系統(tǒng)概況和控制要求
2 0 0 5 年初，上海新時達(dá)傳動技術(shù)有限公司開始改造上海雙錢載重輪胎公司的一臺雙復(fù)合擠出生產(chǎn)線（見圖1 ）。該線是德國TROESTER公司9 0 年代初期的產(chǎn)品，系統(tǒng)組成如圖1 所示。
2 0 0 5 年初，上海新時達(dá)傳動技術(shù)有限公司開始改造上海雙錢載重輪胎公司的一臺雙復(fù)合擠出生產(chǎn)線（見圖1 ）。該線是德國TROESTER公司9 0 年代初期的產(chǎn)品，系統(tǒng)組成如圖1 所示。
該線總長20 0 m，控制元件比較分散，現(xiàn)場所有的傳感器、電磁閥、電機、電源線都通過各類電纜連接到電器控制室，電氣系統(tǒng)是采用德國西門子公司S5 系列PLC 和6RA22 系列直流調(diào)速器來控制的，由于S5 和6RA2 2 的配件早已不生產(chǎn)，配件已無法購買，所以到了該升級換代的時候了。
整個控制系統(tǒng)要求達(dá)到以下功能：
1、速度同步：在上坡段、冷卻段、吹干段、下坡段到卷取段及4 個卷取都配置了速度調(diào)節(jié)輥，通過速度調(diào)節(jié)輥調(diào)節(jié)各段的速度，完成速度的同步控制。
2、配方輸入功能：根據(jù)不同的配方要求，自動選擇適合的運行參數(shù)。
3、胎面定長裁斷功能。
4、胎側(cè)卷取速度自動控制。
二、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
新設(shè)計的雙復(fù)合擠出生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)由1 個PLC 主站、3 個PLC 從站、2 個遠(yuǎn)程I /O、3 4 臺西門子直流驅(qū)動器和1 臺工控機組成?？刂葡到y(tǒng)如圖2 所示。
1、人機界面系統(tǒng)
在生產(chǎn)線的運行過程中需要變換大量的配方、更改工藝參數(shù)以及實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，有2 種方案可以選擇：一是觸摸屏用MP I 電纜與P L C 通過串行通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，二是通過工控機配以P R O F I B U S - D P 接口卡，通過PROF I BUS 現(xiàn)場控制總線，與PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。考慮到現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸量大，有上千種配方工藝，所以選用了研華工控機，配以C P 5 6 1 1PROFIBUS-DP 接口卡，來采集和發(fā)送各種數(shù)據(jù)信息。
工控機作為人機界面， 用來進(jìn)行配方輸入，實時顯示各工段的工藝參數(shù)、各運行電機的運行速度、運行電流、電壓，報警信息。生產(chǎn)狀態(tài)歷史曲線查詢，故障報警記錄，故障分析及簡明維修指南，以及各種數(shù)據(jù)報表的產(chǎn)生及打印，并為工廠以太網(wǎng)提供接口。
2、 PLC 主站系統(tǒng)
P L C 作為整個控制系統(tǒng)的核心部分，處理本系統(tǒng)中的各種工藝參數(shù)和邏輯控制，各速度調(diào)節(jié)輥、光電開關(guān)和主令電器等信號，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)出現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)要求，經(jīng)過P L C 處理并將控制指令傳遞給各執(zhí)行元件（如驅(qū)動器、電磁閥等），同時將各驅(qū)動器的運行狀態(tài)、運行參數(shù)， 各電磁閥的工作狀態(tài)采集回來。
由于PLC 的重要性及現(xiàn)場有2 000 多個數(shù)字量I /O 點及200 多個模擬量I /O 點以及34 臺模擬量直流驅(qū)動器，我們選用了西門子S 7 - 4 0 0 的PLC，CPU 采用414-2DP，具有256K 工作內(nèi)存以及2 5 6K 程序內(nèi)存，并考慮到掉電不至于丟失程序，配以2M 存儲卡，既減輕了C PU 的工作內(nèi)存， 又解決了不丟失程序的問題。
3、從站系統(tǒng)
從站設(shè)備分為以下2 類。
1) 直流驅(qū)動器
選用了西門子的6 R A 7 0 系列的直流驅(qū)動器，共34 臺，采用CBP 2 板同PLC 通訊，它具有以下特點： ① 單臺裝置輸出額定電樞電流15~2 200 A，額定勵磁電流3~85 A，裝置并聯(lián)后輸出額定電樞電流可達(dá)12 000 A；②輸入電壓分為5 個等級：400V/460V/575V/690V/830V；③強大的通訊能力。有SIMOLNK 高速直接的裝置-裝置通訊，還可支持PROFI BUS 、CAN-BUS 、De vi c eNe t、USS 協(xié)議等；④所有工藝板、通訊板及OP1S 操作面板都可與新一代的SIMOVERTMASTERDRIVES 矢量控制交流調(diào)速產(chǎn)品通用。
2) 分布式I/O 模塊
選用ET 200 M，共3 個遠(yuǎn)程I /O 站，它具有以下特點：① ET 20 0M 是模板化I /O 站保護等級為IP 20；②采用S7-300 PLC 的信號模板和功能模板可進(jìn)行擴展； ③ 由于模板的種類眾多，ET 20 0 M 尤其適用于復(fù)雜的自動化任務(wù)；④可將遠(yuǎn)程的I /O 數(shù)據(jù)采集到PLC 進(jìn)行控制；⑤ ET200 M 是PROFIBUSDP 現(xiàn)場總線的從站，最大傳輸速率為12 Mbi t/ s；⑥ ET 200 M 也可采用有源總線模板進(jìn)行配置，這樣在運行過程中即使帶電也可更換S7-3 00 I /O 模板，其他模塊仍可運行。
三、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
1、人機界面
工控機監(jiān)控軟件采用西門子公司的WINCC組態(tài)軟件，共設(shè)計了實時報警畫面、歷史報警畫面、擠出畫面、壓延畫面、冷卻畫面、卷取畫面、裁刀畫面、配方選擇畫面、配方編輯畫面、D P 診斷畫面、數(shù)據(jù)顯示畫面、擋絲菜單畫面、服務(wù)菜單畫面，通過組態(tài)畫面可以方便的進(jìn)行狀態(tài)查詢， 故障維護。
2、PLC 軟件
本系統(tǒng)所有電機的速度是以接取電機的速度為準(zhǔn)，根據(jù)生產(chǎn)需要，設(shè)定各段的運行速度，P L C 根據(jù)各段不同的速比計算出各臺驅(qū)動器的初始速度，通過PROF I BUS 現(xiàn)場控制總線傳給每一臺驅(qū)動器。
由于胎面胎側(cè)收縮的原因，使得每一段的線速度均有變化，加上其他原因，就可能使胎面胎側(cè)拉伸或松弛，因此我們采用了以下典型的控制理論。
在上坡段及以后的各段，當(dāng)速度調(diào)節(jié)輥的信號（0~10 V）大于5 V 時，后段電機減速，當(dāng)速度調(diào)節(jié)輥的信號（0~10 V）小于5 V 時，后段電機加速。在P LC 中我們采用P ID 算法來保持前后運輸帶的同步。
在胎側(cè)卷取部分，采用卷徑計算的方法，配合速度調(diào)節(jié)輥的信號來實現(xiàn)卷取的功能。
在胎面裁斷部分，采用高速計數(shù)模塊采集胎面實際傳送的長度，通過PLC 的運算，進(jìn)行定長裁斷。
四、應(yīng)用體會
S5 改為S 7 后的系統(tǒng)優(yōu)點：
1、通訊速度快：由于采用了S 7 - 4 0 0 的PLC，我們將現(xiàn)場的34 臺驅(qū)動及3 個分布式I /O模塊均聯(lián)接在1 個DP 口上（CPU 的DP /MPI 口須預(yù)留），為此我們將通訊速度設(shè)定在1 . 5 M。
2、應(yīng)用靈活，編程方便： 由于采用了PROFIBUSDP 現(xiàn)場總線，各驅(qū)動器的控制字、狀態(tài)字、設(shè)定值、實際值、故障報警信息均可直接讀寫。
3、接線簡單：所有的驅(qū)動器只有1 根D P通訊線， 大大降低了故障率。
4、擴展性強：如果現(xiàn)場需要增加驅(qū)動器，只需1 根D P 通訊線與D P 總線連接即可。
5、維護簡單：由于PROFIBUS 現(xiàn)場控制總線的監(jiān)視和檢測都可以通過P L C 編程后通過工控機顯示?？梢匝杆倭私夤收?，及時解除故障。
6、備件更換方便：S7-400PLC 及6RA70 是西門子新一代產(chǎn)品，是目前及將來的主流控制元器件。
7、可節(jié)省大量的工期，由于S5 同S7 的產(chǎn)品是西門子升級換代的產(chǎn)品，其硬件的接線有相近性，可節(jié)省配線周期，其軟件有相通性，可節(jié)省大量的調(diào)試周期。
對于正常生產(chǎn)缺少備件的用戶來說，S 5 升級S 7 是一種切實可行的方法。
五、應(yīng)用效果
雙復(fù)合擠出生產(chǎn)線根據(jù)以上方法，通過對電氣系統(tǒng)的改造，取得了良好效果：
1、系統(tǒng)穩(wěn)定性明顯提高；
2、設(shè)備運行精度明顯提高；
3、設(shè)備故障率明顯降低，提高了生產(chǎn)能力；
4、設(shè)備維護成本明顯降低，且消除了停產(chǎn)的風(fēng)險（缺備件）；
5、生產(chǎn)的部件質(zhì)量明顯提高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；
6、提高了生產(chǎn)的自動化程度，有效防止人為的質(zhì)量波動。
因此，通過電氣系統(tǒng)的升級改造，以盡可能低的費用，提升老設(shè)備的運行性能，使之發(fā)揮出原有的設(shè)計性能乃至更佳，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品來贏得市場的競爭，不失為一條較好的出路。
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：13915946763
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