西门子300PLC及上位机控制系统在电线生产线上的应用

王德卿 张延杰

摘 要：本文介绍了西门子300PLC在上位机控制系统在电线生产线上的应用，详细说明了上位机控制系统的构成及程序设计，同时也对上位机监控实时软件方案进行了阐述和分析。

关键词：西门子300PLC 上位机控制系统 电线生产线

采用西门子300PLC上位机控制系统可以实现上位机监控界面友好，为生产的预防以及发生事故时的诊断提供大量原始资料；还有就是利用大量的数据采用数据挖掘技术以提高控制精度以提高生产设备的生产效率；还可以利用上位机的强大的运算功能来实现先进控制算法如遗传算法以及神经网络算法等以提高控制效果。随着计算机技术的不断发展进步，以及硬件价格的不断下调，越来越多的控制系统采用上位机进行监控。采用上位机控制可以实现数据的无纸化保存和传输，以节约能源和生产开支等。

1上位控制系统的特点

整个系统基于PLC及上位机控制设计，能更方便进行生产、提高生产效率、降低操作复杂度。操作台集中简化各部分控制。上位机提供了软件支持，能够实现完善的监控功能，进行管理并提供友好的人机接口。在实际应用中，操作者对生产线操作通过上位机实现。所有的系统参数报警故障信息等都可以通过上位机监控。进一步提高了系统集成度可靠性，降低了其复杂性。应用上位计算机高速运算能力及高级语言编程软件实现整个监控画面，上位机与PLC实时通信参与控制，可脱离现场设备实现模拟生产，实现实验与生产双重目标。

2上位控制控制系统构成

PLC控制系统在设备现场主要实现两大控制功能，电线挤塑控制和电线运动控制。上位机实现对现场设备信息的采集处理，以及对各部分设备的报警监控。可以按照功能分为线径检测及挤塑控制系统、牵引传动手放线系统、报警及处理控制系统、数据信息处理系统。线径检测及挤塑控制系统包括：电线直径检测、电线冷却风干控制、绝缘层耐压检测、挤塑机螺堂内部温度四级控制、挤塑机冷却水系统及风机控制、挤塑机电机速度控制、电线直径（挤塑机出料）控制；牵引传动手放线系统包括：牵引机电机速度控制、生产电线长度测量、电线张力控制、放线及收线电机力矩控制；报警及处理系统各部分的报警信息检测及处理，这部分包括：牵引收放线电机过载、挤塑电机过载、挤塑机缺料即温控故障、变频器或直流调速器故障报警、火花机及风机报警等；数据信息处理系统主要是采集现场数据（电线直径、生产长度及时间、各电机运行状态、各控制器状态、各执行器状态）并进行记录。

3控制系统在电线生产上的应用

挤塑机运行生产时，要保持设备在6种状态间变换：加热状态、保温状态、排料状态、生产状态、待机状态、降温状态。其中加热和降温是过渡环节。在温度达到设定值进入保温状态，在此状态中保持螺筒温度在设定范围，这可以避免非生产情况下长时间高温加热而使聚乙烯塑料烧焦，也可避免温度过低缩短生产线进入生产状态所需的升温时问。排料状态是在生产前后用来观察聚乙烯温度或排出螺筒内废料。在进入生产状态前可以通过排料观察挤塑颜色和状态，调整达到要求条件。在生产后螺筒内会存有剩余的加热好的聚乙烯原料，排料状态能够清空螺堂，保证下次生产的顺利进行根据电线生产过程中这6个状态的转换关系设计的主程序。生产过程中要求线速度恒定，恒张力调节系统；牵引机速度为全线基准速度，前后张力分段反馈调节。挤塑机挤塑速度以线速度为基准，挤塑机温度分4段独立控制。水冷却系统采用水箱水槽循环水温度控制二级冷却。这保证电线生产速度直观调控，又保证挤塑质量与电线绝缘层的质量。

系统启动，首先进入加热状态。4段8个RKC温控仪分别采集并按设定控制螺筒内部温度，PLC获得模拟量温度值。当螺筒温度达到设定保温温度，系统停止加热进入保温状态。这时可以根据生产需要设定螺筒温度，系统设定温度高于保温温度系统进入加热状态，达到设定温度后进人待机状态。这时已经为生产准备好了。当PLC控制的生产标志位为1，系统进入生产状态。牵引电机启动达到设定线速度，收放线电机产生张力力矩，二级冷却运行，测径仪将线径信号反馈到控制环节调节挤塑机转速，火花机风干刻字机开始运行。生产标志位为0，系统保持待机状态，因所用不同塑料耐高温能力有差异，待机时间也有所不同。如果待机结束后，系统没有进入生产或排料状态，则进入降温状态，螺筒内部温度降低，转为保温状态。挤塑机速度控制是系统控制中的重要环节，控制的好坏直接决定了产品的质量。所生产的电线线径就是通过挤塑机速度调节实现的。系统在设置恒定线速度下，根据设定的线径标准与测径仪反馈控制挤塑机挤塑。牵引机速度也可以在生产中进行调节，这就要求挤塑机速度要跟随线速度变化自动调节。出于教学方便，设定值可由上位机或现场设备设置，并且根据设定值的变化，要采用合适的加速度以符合系统要求，这样可以避免出现电流冲击或过载现象。在加速度调节的过程中，实际值保持在一个设定值误差范围内即可，可以避免频繁波动情况的出现。系统应用二倍加速度作为其误差范围。这样的控制方法在实际运行中效果较好，生产稳定。而在排料状态下，不要求速度稳定性，可用较高的加速度运行。在生长过程中，牵引机线速度和挤塑机的加减速要配合保持速度的平稳上升。应用PLC实现速度控制，PLC运算可靠性离、实时性好、准确方便。控制程序需要设定初始线速度、挤塑机初始速度。初始速度是刚进入生产状态的所要求的速度，此时速度值低，点击力矩运行不稳定，线径控制难。因此，在起始的2—3S内不进行线径反馈控制。在进入正常生长状态后，可以通过上位机或现场控制环节改变线速度设定值，系统统过程需自动调整产生生产加速度，这时反馈控制进一步保证线径恒定符合生产要求。线径保持PI控制，并且可以根据不同生产要求线径和不同速度调整P、I值，以达到最佳控制效果。在进入排料状态后，可以给定排料速度和加速度。

4结束语

以SIEMENS 300系列PLC及上位机综合控制电线生产线，可以达到较好的生产效果和教学目的。正常生产时，系统运行稳定可靠。在教学时可以分步运行，说明各个控制环节及设备功能。上位机界面友好，操作方便。

参考文献：

[1]王兆安.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2010

[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2011