SIEMENS SMART 200的片材辐照收卷设备应用

曹小金

（深圳市沃尔核材股份有限公司，广东深圳，518118）

1 可编程控制器

■1.1 可编程控制器简介

可编程逻辑控制器（PLC）,它采用可编程的逻辑存储器,用于其内部存储数据、程序,执行逻辑运算、逻辑控制、计数、定时与数学运算等实际应用的指令,并通过数字或模拟方式来控制不同类型的机械设备或生产过程[1]。本论文主要简述PLC Smart 系列在片材辐照中的应用。

■1.2 PLC Smart 系列优势

较其他PLC，200 Smart 系列的优点[2]：

（1)使用方便，编程简单；

（2)功能强，性能价格比高；

（3)硬件配套子模块齐全,工程师使用方便,适应性也很强；

（4)可靠性高,抗干扰能力强；

（5)系统的设计方便、安装容易、调试工作量少；

（6)维修工作量小，维修方便；

（7)自带以太网口，方便上载和下载程序与通讯；

（8)还带有485口，可以与第三方设备进行串口通讯；

（9)对于轴控制的话，ST 系列的可以控制三轴，直接用向导生成，简单快捷。

2 硬件系统设计

■2.1 硬件系统组成

在片材辐照设备中包含了三个模块，分别为放线部分、束下部分和收线部分，本文主要针对收线部分的控制进行研究。

本系统主要由西门子的Smart 系列PLC、变频器、电机、接触器、继电器、联动板、纠偏控制器、张力控制器、磁粉控制器、电源、按钮、空气电闸开关、漏电保护开关、风扇等组成。

为了使收卷设备换卷时不需要停掉除收卷外的其他部分，同时方便操作人员进行换卷操作，将其设计为对称的两个部分，分别为东收卷部分和西收卷部分，两个部分的结构及功能相同，换卷时可以从一边迅速换至另一边继续进行收卷工作[3]。都具备收卷转动功能，平台升降功能，刹车功能，纠偏功能以及启停控制和调速的功能。

■2.2 电气原理图

图1 为东收卷电机加上对应变频器的电气图纸，西收卷电机的变频器电气图纸与东收卷机的类似。如图所示，当合上总闸，将控制变频器的漏电保护开关合上。变频器通电之后，连接在变频器输入口的继电器接收到信号后，控制变频器启动。储片变频器的输入端连接的继电器KA1 与KA2是变频器启动按钮，当KA1 与KA2 接收到控制信号后启动，KA1 与KA2 常开触点闭合，变频器启动。图纸中KA4 为报警清除按钮，当变频器过载报警或遇到其他报警时，想要报警复位，将控制KA4 继电器的控制信号发送给KA4 继电器，KA4 常开触点闭合，控制变频器内部信号启动，将报警信号清除，变频器复位。

图1 东收卷电机加对应变频器图纸

在图1 中，变频器控制端子50、53、55 为一组，它们控制电机速度。当继电器KA5 档拨到50 那一侧时，面板调速器开始工作。53 可以改变当面板调速器内置电阻阻值，原理为通过改变接入电路部分电阻线的长度来改变电阻的阻值，面板调速器阻值最高为4.7k。

图2 为Smart PLC CPU 控 制电气原理图，图3 为CPU 外接模拟量和数字量模块电气原理图。图2中为PLC CPU，中央处理单元(CPU)是整个设备控制系统的的控制中枢。它的工作原理按照可编程逻辑控制器内部编辑的系统程序定义的功能接收并存储从工程师输入的用户程序和系统数据;实时捕捉 各存储器、I/O、定时、计数器的状态，并能判断新程序中的语法问题。当可编程逻辑控制器投入工作运行时，首先它以扫描的方式实时接收现场外围输入系统的状态或者数据，并存入各个I 区的特定映象存储区，然后CPU 读取用户程序，经过命令编译处理后按照指令的特殊规定严格执行各种逻辑或运算的结果送入O 区映象区或输出数据寄存器内[4]。等整个的用户程序执行完一遍之后，最后将O 区映象区的不同输出逻辑状态或输出寄存器内的不同数据传送到相应的输出部件，如此重复循环运行，控制着所有状态，直到停止运行。

图2 Smart PLC 控制线路图

图3 PLC 外接模拟量和数字量模块图纸

其中PLC CPU 输入实时采样的工作方式是在采样输入阶段，可编程逻辑控制器采用扫描方式依次地识别所有不同的输入逻辑状态和数据，并将它们存入I 区映象区中的相应的存储单元内。

输出部分的工作方式是当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就开始输出部件逻辑刷新。在此期间，CPU 按照O 区映象区内对应的状态和数据，把输出锁存电路全部刷新，再经驱动输出电路反映到相应的外设。

如图2 所示，PLC CPU 输入端控制了设备启动、停止、限位、保护开关等，输出端控制了变频器动作、指示灯、电磁阀、刹车等。如图3 所示，CPU 外接模拟量模块两个型号为EM AM06，拥有四个输入点两个输出，分别控制着电位器和张力信号。CPU 外接数字量模块为一个型号EM DR16，拥有八输入八输出，输出为继电器输出，控制着夹片变频器的正反转。

3 程序设计

■3.1 STEP 7-Micro/WIN SMART 软件简介

由于本次应用的PLC 为西门子Smart 系列，所以应用的为专属的西门子软件STEP 7-Micro/WIN SMART 。

STEP 7-Micro/WIN SMART 是该款专有的控制器的组态、编程和操作软件。通过该软件可以实现软件和硬件的实际配合，真正做到用户程序的植入。

■3.2 PLC 程序

如图4 所示，是以片材辐照收线部分为例，所分的子程序模块分别为手动、转速、张力、温度、报警、通讯等模块。

图4 子程序模块

图4 为手动程序界面，手动程序可以将片材辐照的每一步进行分解控制，有利于初始对片材辐照设备调试时，对每一步动作进行编辑，也可以当设备出现问题需要维修时，拆分动作，查找出现问题的位置与出现位置的原因。

张力控制程序模块，该模块负责控制片材辐照的片材张力部分，使片材的张力控制在一个特定的值的附近，不会过大或者过小。

温度控制程序模块，该程序可以控制片材辐照通过模拟量采集片材辐照设备的温度，进行实时监控。

速度控制程序模块，该模块可以调整片材辐照设备收线部分的电机速度。

4 结论

目前，该设备已投入使用，运行稳定，大大提高了片材辐照的效率。本文利用PLC 在片材辐照设备中的应用，更好的服务生产，大大提高了辐照片材的产量，提升了被辐照片材性状的稳定性，节省了人力成本。操作更加简单方便，员工可以很快上手。