西门子6ES7231-7PB22-0XA8工作原理S7－200和MM440在钢丝/钢管复绕生产线上的应用摘要在钢丝/钢管复绕生产线中，收线电机控制整线速度，排线电机自动跟踪收线速度，放线电机控制张力。关键词：收线速度控制 线径控制 张力控制一简述OPGW光缆是近几年来流行的特种光缆，其优良的使用方式和广泛的用途使其具有广泛的市场。由于生产这种光缆所需要的不锈钢管，钢丝，铝合金丝和铝包钢丝通常是散圈提供或采用1米盘包装，而OPGW生产线上所使用的线盘规格为0.63米，因此需要一种复绕机，将散装的原材料复绕到0.63米的小盘上。二 技术要求和系统构成1. 技术要求· 生产线速度：≥300m/min;· 张力要求： A) 不锈钢管：10N≤F≤50N;B) 钢丝，铝包钢丝：100N≤F≤250N;C) 铝合金丝：50N≤F≤150N;· 记米精度：0.2%;· 排线速度：自动跟踪收线速度；2. 系统构成（电气部分）：收线，排线和防线电机均采用变频电机，驱动器采用SIEMENS的MM440系列变频器，操作和生产工艺参数显示采用SIEMENS的TP－070触摸屏，全线控制采用 SIEMENS的S7－226＋EM－231构成。S7－226的PORT0＃用于和MM440通讯 （USS4），PORT1＃用于和TP－070通讯。三 各系统简介1. 收线速度控制收线用于收卷钢丝，钢管。上下，开合线盘采用电动机带动丝杆的方式。电机采用普通的交流电机加接触器控制。而收线电机采用变频电机和MM440控制。收线速度由速度电位器通过EM－231送入S7－226，再通过USS4协议由S7－226加到MM440上。由于生产线的速度较快，线盘具有较大的转动惯量。收线的加速度不宜太大，因此收线速度的设定采用PID运算。同时收线盘应采用高速动平衡盘。驱动器类型： MM440，7.5KWMM440设定：P700＝5P731＝52.3（驱动风机）P1000＝5P2009＝1P2010＝6P2011＝02. 线径控制由于排线速度需根据线径自动跟踪收线速度（U＝K * ω * D）。其中U：排线速度，K：修正系数，ω：收线速度，D：线径。所以排线电机驱动器的设定由以下两个因素决定。· 收线速度通过旋转编码器测定，其信号通过S7－226的10.6和10.7送入PLC （高速计数器4），PLC编程采用定时中断，在单位时间内测量高速计数器的计数值即为收线速度。· 线径设定通过TP－070设定，并送入PLC。PLC将上述两个参数相乘并乘以相应的修正系数（根据机械变速比决定），即为排线速度，通过USS4协议送入MM440。需要注意的是，由于排线电机在使用过程中需要高速换向，因此当收到换向信号时，电机需要高速的降速和升速过程，MM440需外接制动电阻。排线驱动器类型：MM440，0.75KWMM440设定：P700＝5P731＝52.3（驱动风机）P1000＝5P1120＝3P1121＝3P1234＝P1235＝P1237＝P2009＝1P2010＝6P2011＝13. 放线张力控制在整条生产线上，收线电机决定线速度，而张力则是由放线电机决定，由于较高的张力要求，放线需采用主动工作方式。· 当复绕不锈钢管时采用速度方式，P1000＝2，速度给定由跳舞轮电位器送入PID 板，经过PID运算由MM440模拟量输入1＃口输入。其张力的大小由舞蹈轮的配重决定。· 当复绕钢丝，铝包钢丝，铝合金丝时采用张力方式，P1000＝5，速度给定由USS4协议设定一个反向速度，当钢丝拉紧以后，速度环饱和，根据线速度和放线焦速度即可以确定放线盘半径，根据工艺张力要求，通过设定电机电流比率（P0640）即可以控制张力。由于在张力方式时放线电机处于发电状态，因此驱动器必须外接制动电阻，制动电阻必须具有足够的制动电流和功率。放线驱动器类型：MM440，7.5KWMM440设定：P700＝5P0640=150（速度方式）或根据工艺设定（张力方式）P731＝52.3（驱动风机）P1000＝2或5（根据速度和张力的方式切换由USS4写入MM440）P1237＝5P2009＝1P2010＝6P2011＝24. 计米和线速度系统计米和线速度传感器采用旋转编码器，由S7－226的10.1和10.2端（高速计数器0）送入PLC。统计数据值乘以修正系数（由计米轮径和编码器线数决定）即为计米值。单位时间内高速计数器的计数值即为全线速度。计米值和全线速度通过TP－070显示。四 调试过程中的一些需特别注意的问题1. 变频电机的连接电缆必须采用屏蔽电缆，并且必须双端接地！在现场调试时，单端接地甚至干扰PLC与笔记本计算机的通讯。2. 变频器与PLC的接地必须可靠，所有信号电缆的屏蔽层必须双端接地。接地线必须有足够的截面。3. PLC的M端必须接地。4. USS4电缆PLC端的连接必须用SIEMENS的DP网络连接器。5. USS4电缆必须采用SIEMENS的紫色网络电缆。6. MM440端的485连线绝不能反，否则网络口必然损坏五 设计特点由于采用USS4协议，电气系统具有以下特点：1. 电气硬件设计简洁、明快，给调试和维修带来很大方便。2. 系统抗干扰能力大为提高。3. 改变工作方式非常方便（由于MM440用BICO技术，通过USS4改变关键参数，即可以达到目的）。4. 由于采用USS4协议和MM440变频器，大大降低了制造成本。通常类似的系统需采用直流系统，昂贵的直流电机和驱动器，是制造成本居高不下的根本原因。而采用 MM440则可以以较低的成本，达到上述工艺目的。另外由于采用USS4协议可以省略D/A模块，在 一定程度上也可以降低成本。六 存在的问题1. 当使用张力方式时，通过设定P0640设定张力，线性度不好，效果不是理想。估计所控制的电机电流不是全部用于输出扭矩，有一部分可能用于励磁。2. MM440内部的PID单元在启动前就开始积分，当启动时，速度瞬时较大，对机械设备有冲击。3. MM440的网络接线不是牢靠，并且一旦接错必然损坏器件。给现场调试带来很大压力。七 设备工艺布置，电气图纸和程序清单本机组为半自动标准包装作业线。此条包装生产线同时接受2条重卷剪切线的钢卷进行包装，S7-200设置在重卷线附近，作为S7-400的一个从站用于控制与重卷线的接口部分设备，在包装线停产的时候，可以对重卷线生产出来的钢卷进行称重，并进行简包装后由吊车直接吊走。 一、控制对象 控制对象为：入口传卷车、1、2#电子秤、入口步进梁。 二、系统配置 S7-226作为远程从站的硬件组态如下图： 三、控制功能描述： 在本系统中S7-226主要用来与计算机通讯、数据采集、高速计数、与EM277连接作为Profibus-DP从站进行通讯、控制比例调速阀实现曲线控制和执行机构控制。 i. 现场传感器的I/O信号检测及现场I/O点的控制。 ii. 检测编码器的信号，实现高数计数用来控制传卷车的jingque定位。 iii. 作为Profibus-DP从站，与主站通信，用来接受主站的控制要求和钢卷重量数据，并通过主站控制变频器用以控制入口传卷车的行走方向和运转速度。 iv. 利用RS485与计算机通讯，将称重数据实时传输到上位机中。 v. 实现比例调速阀的曲线控制，控制步进梁的缓起缓停和jingque到位。 三、软件编程 PLC的软件共分为8个模块，分别为主程序块、系统复位程序、数据传输程序、传卷车控制程序、步进梁状态检测程序、步进梁手动控制程序、步进梁自动启动程序、比例阀曲线控制函数程序。 i. 主程序块实现各个功能模块程序的满足条件时候调用，并通过RS485通讯实时向上位计算机中传送钢卷的重量信息数据。 ii. 系统复位程序主要在系统启动时候设置高数计数的模式选择和与上位机通讯端口的模式设置。 iii. 数据传输程序主要将S7-200的各个控制点和设备的状态数据传输到Profibus-DP主站中，用于Wincc画面中的状态显示和故障诊断。并且接受由主站传输过来的控制信号和电子秤的实时重量数据。 iv. 传卷车的控制程序通过检测编码器的值和现场的定位传感器用来实现传卷车的运行控制和jingque定位，定位精度为±1mm，将控制信号传输到Profibus-DP主站中，通过主站控制变频器实现传卷车的缓起缓停和到位制动jingque定位的控制。 v. 步进梁状态检测程序用于锁定步进梁的当前运行状态，当出现危险急停或者因为操作者误操作使步进梁处于中间位置，传感器不能检测到信号的时候，只能复位到0位才能进行正常操作。而有了运行状态，步进梁不需要复位到0位，也不会导致由于复位时候手动操作不慎可能带来的危险。步进梁的状态检测数据可以用来在Wincc画面中模拟现场的动态运行画面。 vi. 步进梁手动程序用于在手动状态下操作者进行操作，及在自动操作模式下自动触发信号产生的情况下能够根据现场的需求控制步进梁按照生产情况进行相应动作，满足工艺生产要求。 vii. 步进梁自动启动程序用于在自动状态下，满足条件时候的自动触发，如当传卷车把钢卷传输到步进梁入口端，步进梁会自动将钢卷举升起来，然后控制传卷车自动驶离步进梁的安全区域，然后控制步进梁自动将钢卷向前传输一个工位。 viii. 比例阀曲线控制函数程序用于利用PLC系统的循环周期时间，控制模拟量输出按照线性函数或正弦曲线函数关系来控制比例阀的输出控制步进梁的缓起缓停，既能够保护设备的长久使用，同时避免由于到位直接停止，形成的冲击造成可能存在的潜在危险。 四、结束语 在本作业线中充分利用s7-200的功能优势，实现高数计数、模拟量控制、RS485通讯进行数据传输等相对复杂的功能，充分发挥了S7-200的控制和通讯能力。本作业线是用于武钢冷轧薄板厂新建电工钢切边分卷机组生产的成品卷包装。S7-200控制的相关设备作为此条生产线的入口工艺设备，保证了系统可靠高效的运行，既可以满足整体生产线的正常生产要求，亦可以在简包装的情况下的重卷线的生产不受包装线停产的影响。一、 引言 化工厂、电子厂的漂染冲洗液或电镀冲洗液等工业废水为合乎排放要求，必须经过分离、沉淀等多级处理，使用污水潜水泵对此工业污水进行提升、汇集、调节等处理。PLC因其经济性、灵活性可靠性而得到广泛的应用，PLC的软件可以完成以往传统的接触器继电器式控制无法实现的控制功能，而且程序的编制修改灵活方便。西门子S7200系列PLC因结构紧凑，编程简单方便、指令丰富、功能齐全而得到广大工程技术人员的喜爱，广泛应用于各种中小型自动控制系统之中。二、 系统控制要求 系统要求控制五台45KW的潜水污水泵轮换工作，并且具有故障自投、互为备用功能，以保证某台水泵出现故障时，其它水泵能及时投入使用。水泵的起停液位控制器使用浮球控制器5个，分为5级水位控制，每个浮球的高水位作为起泵信号使用，低水位作为停泵信号使用。三、 系统设计 系统的设计分为手动及自动控制系统两部分,手动控制系统作为一种应急控制而存在,自动控制系统使用PLC实现。1 、自动控制系统设计思路 为实现多台水泵的轮换起停及故障自投功能，一个可行的设计方法是使用西门子S7200系列微型PLC（CPU224）的入表指令（ATT）及先入先出指令（FIFO），将5台水泵作为一个队列，当水泵运行或故障时出列，水泵故障排除或低水位停止时入列。例如，队列中原来水泵的启动工作顺序为12345循环启动，当3#泵故障时出列，水泵的启动次序为1245循环启动，当3#泵修复正常后，水泵的工作次序为12453循环启动，如此类推（如图1）。因此，我们将正常无故障的水泵作为一个备用泵队列，将正在运行的水泵作为运行泵队列，通过队列中水泵的出入来实现水泵电机的循环启动功能。 2、 软件设计特点 本控制系统中，5台水泵的热继电器故障输入及5个高水位信号输入共10个输入点，5个启动水泵及一个报警输出点共6个输出点，西门子CPU224具有12个输入点，10个输出点，已满足使用要求 。启动信号：1#~5#高水位脉冲信号，共用信号，水泵启动时代表水泵的队列编号（1#~5#）从备用泵队列中出列，同时此编号入运行泵队列；停止信号：1#~5#低水位脉冲信号，共用信号，此时水泵编号的转移从运行泵队列移至备用泵队列； 入列（入先进先出队列）：当高水位脉冲信号到达时，使用填表指令（ATT）入表出列（出先进先出队列）：当低水位脉冲信号到达时，使用先进先出指令（FIFO）出列故障出列：包括水泵运行或停止时出现故障时的出列,故障泵自动退出运行,并把下一台未运行的正常泵作为备用泵，随时等待启动信号；故障定义：空气开关跳闸的输出信号、电机热继电器过载。PLC的程序设计流程图如图2。 西门子PLC具有良好的编程界面,对于S7200的编程软件STEP7 Micro WIN,各子程序及主程序是在编写时独立分开的,各个子程序可以定义为完成各种单独功能的子程序,以主程序调用各个子程序,各子程序之间可以互为调用。在本系统设计中,各子程序的功能定义及分配如下： SBR0: 初始化子程序SBR1: 备用泵初始入列处理子程序SBR2: 故障出入列处理子程序 SBR3: 队列移位处理子程序 SBR4: 启停泵处理子程序SBR5: 定时轮换处理子程序 以1#泵出现故障为例，在SBR2子程序中,水泵故障及修复后出入队列的部分程序如右下图3，其中，参数IN1传递的为水泵备用队列编号，参数IN2传递的为水泵运行队列编号。 软件编写时应该考虑以下问题：1） 为防止水面波动引起浮球误动作，增加延时2S判断；2） 浮球故障引起的上下水位信号中有2个或以上信号同时或短时间内接通，此时只接收一个信号，同时由PLC输出报警，以便检查故障；3） 因水泵启动方式为Y△启动，要求电机完全启动（即Y△启动转换完毕）后水泵后才能启动下一台水泵，同时,为了减少电机启动时对电网的冲击，都不允许两台泵在短时间内相继启动,因此，需要对启动两台水泵之间增加一个延时判断，即如果在接收一个启泵信号之后的一定时间内不能再接收第二个启泵信号。4） 水泵的定时轮换工作。四、结束语 本文介绍了多台电机的轮换控制的一种实现方法，该系统由于采用西门子S7200PLC实现多台电机的轮换工作及故障自动切换，使水泵工作时间均等，水泵电机寿命延长。由于该系统设计合理，自投入运行以来一直正常
