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(jiǎn)介

可編程邏輯控制器（PLC）,它采用可編程的邏輯存儲(chǔ)器,用于其內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、程序,執(zhí)行邏輯運(yùn)算、邏輯控制、計(jì)數(shù)、定時(shí)與數(shù)學(xué)運(yùn)算等實(shí)際應(yīng)用的指令,并通過(guò)數(shù)字或模擬方式來(lái)控制不同類(lèi)型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程[1]。本論文主要簡(jiǎn)述PLC Smart 系列在片材輻照中的應(yīng)用。

■1.2 PLC Smart 系列優(yōu)勢(shì)

較其他PLC，200 Smart 系列的優(yōu)點(diǎn)[2]：

（1)使用方便，編程簡(jiǎn)單；

（2)功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高；

（3)硬件配套子模塊齊全,工程師使用方便,適應(yīng)性也很強(qiáng)；

（4)可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)；

（5)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方便、安裝容易、調(diào)試工作量少；

（6)維修工作量小，維修方便；

（7)自帶以太網(wǎng)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(shè)備進(jìn)行串口通訊；

（9)對(duì)于軸控制的話，ST 系列的可以控制三軸，直接用向?qū)?，?jiǎn)單快捷。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

■2.1 硬件系統(tǒng)組成

在片材輻照設(shè)備中包含了三個(gè)模塊，分別為放線部分、束下部分和收線部分，本文主要針對(duì)收線部分的控制進(jìn)行研究。

本系統(tǒng)主要由西門(mén)子的Smart 系列PLC、變頻器、電機(jī)、接觸器、繼電器、聯(lián)動(dòng)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(kāi)關(guān)、漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)、風(fēng)扇等組成。

為了使收卷設(shè)備換卷時(shí)不需要停掉除收卷外的其他部分，同時(shí)方便操作人員進(jìn)行換卷操作，將其設(shè)計(jì)為對(duì)稱的兩個(gè)部分，分別為東收卷部分和西收卷部分，兩個(gè)部分的結(jié)構(gòu)及功能相同，換卷時(shí)可以從一邊迅速換至另一邊繼續(xù)進(jìn)行收卷工作[3]。都具備收卷轉(zhuǎn)動(dòng)功能，平臺(tái)升降功能，剎車(chē)功能，糾偏功能以及啟?？刂坪驼{(diào)速的功能。

■2.2 電氣原理圖

圖1 為東收卷電機(jī)加上對(duì)應(yīng)變頻器的電氣圖紙，西收卷電機(jī)的變頻器電氣圖紙與東收卷機(jī)的類(lèi)似。如圖所示，當(dāng)合上總閘，將控制變頻器的漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)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(hào)后，控制變頻器啟動(dòng)。儲(chǔ)片變頻器的輸入端連接的繼電器KA1 與KA2是變頻器啟動(dòng)按鈕，當(dāng)KA1 與KA2 接收到控制信號(hào)后啟動(dòng)，KA1 與KA2 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，變頻器啟動(dòng)。圖紙中KA4 為報(bào)警清除按鈕，當(dāng)變頻器過(guò)載報(bào)警或遇到其他報(bào)警時(shí)，想要報(bào)警復(fù)位，將控制KA4 繼電器的控制信號(hào)發(fā)送給KA4 繼電器，KA4 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，控制變頻器內(nèi)部信號(hào)啟動(dòng)，將報(bào)警信號(hào)清除，變頻器復(fù)位。

圖1 東收卷電機(jī)加對(duì)應(yīng)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(jī)速度。當(dāng)繼電器KA5 檔撥到50 那一側(cè)時(shí)，面板調(diào)速器開(kāi)始工作。53 可以改變當(dāng)面板調(diào)速器內(nèi)置電阻阻值，原理為通過(guò)改變接入電路部分電阻線的長(zhǎng)度來(lái)改變電阻的阻值，面板調(diào)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(shù)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(gè)設(shè)備控制系統(tǒng)的的控制中樞。它的工作原理按照可編程邏輯控制器內(nèi)部編輯的系統(tǒng)程序定義的功能接收并存儲(chǔ)從工程師輸入的用戶程序和系統(tǒng)數(shù)據(jù);實(shí)時(shí)捕捉 各存儲(chǔ)器、I/O、定時(shí)、計(jì)數(shù)器的狀態(tài)，并能判斷新程序中的語(yǔ)法問(wèn)題。當(dāng)可編程邏輯控制器投入工作運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式實(shí)時(shí)接收現(xiàn)場(chǎng)外圍輸入系統(tǒng)的狀態(tài)或者數(shù)據(jù)，并存入各個(gè)I 區(qū)的特定映象存儲(chǔ)區(qū)，然后CPU 讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令編譯處理后按照指令的特殊規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行各種邏輯或運(yùn)算的結(jié)果送入O 區(qū)映象區(qū)或輸出數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)[4]。等整個(gè)的用戶程序執(zhí)行完一遍之后，最后將O 區(qū)映象區(qū)的不同輸出邏輯狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的不同數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出部件，如此重復(fù)循環(huán)運(yùn)行，控制著所有狀態(tài)，直到停止運(yùn)行。

圖2 Smart PLC 控制線路圖

圖3 PLC 外接模擬量和數(shù)字量模塊圖紙

其中PLC CPU 輸入實(shí)時(shí)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(shí)別所有不同的輸入邏輯狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I 區(qū)映象區(qū)中的相應(yīng)的存儲(chǔ)單元內(nèi)。

輸出部分的工作方式是當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就開(kāi)始輸出部件邏輯刷新。在此期間，CPU 按照O 區(qū)映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，把輸出鎖存電路全部刷新，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)輸出電路反映到相應(yīng)的外設(shè)。

如圖2 所示，PLC CPU 輸入端控制了設(shè)備啟動(dòng)、停止、限位、保護(hù)開(kāi)關(guān)等，輸出端控制了變頻器動(dòng)作、指示燈、電磁閥、剎車(chē)等。如圖3 所示，CPU 外接模擬量模塊兩個(gè)型號(hào)為EM AM06，擁有四個(gè)輸入點(diǎn)兩個(gè)輸出，分別控制著電位器和張力信號(hào)。CPU 外接數(shù)字量模塊為一個(gè)型號(hào)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(zhuǎn)。

3 程序設(shè)計(jì)

■3.1 STEP 7-Micro/WIN SMART 軟件簡(jiǎn)介

由于本次應(yīng)用的PLC 為西門(mén)子Smart 系列，所以應(yīng)用的為專(zhuān)屬的西門(mén)子軟件STEP 7-Micro/WIN SMART 。

STEP 7-Micro/WIN SMART 是該款專(zhuān)有的控制器的組態(tài)、編程和操作軟件。通過(guò)該軟件可以實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的實(shí)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(dòng)、轉(zhuǎn)速、張力、溫度、報(bào)警、通訊等模塊。

圖4 子程序模塊

圖4 為手動(dòng)程序界面，手動(dòng)程序可以將片材輻照的每一步進(jìn)行分解控制，有利于初始對(duì)片材輻照設(shè)備調(diào)試時(shí)，對(duì)每一步動(dòng)作進(jìn)行編輯，也可以當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題需要維修時(shí)，拆分動(dòng)作，查找出現(xiàn)問(wèn)題的位置與出現(xiàn)位置的原因。

張力控制程序模塊，該模塊負(fù)責(zé)控制片材輻照的片材張力部分，使片材的張力控制在一個(gè)特定的值的附近，不會(huì)過(guò)大或者過(guò)小。

溫度控制程序模塊，該程序可以控制片材輻照通過(guò)模擬量采集片材輻照設(shè)備的溫度，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

速度控制程序模塊，該模塊可以調(diào)整片材輻照設(shè)備收線部分的電機(jī)速度。

4 結(jié)論

目前，該設(shè)備已投入使用，運(yùn)行穩(wěn)定，大大提高了片材輻照的效率。本文利用PLC 在片材輻照設(shè)備中的應(yīng)用，更好的服務(wù)生產(chǎn)，大大提高了輻照片材的產(chǎn)量，提升了被輻照片材性狀的穩(wěn)定性，節(jié)省了人力成本。操作更加簡(jiǎn)單方便，員工可以很快上手。