荊州西門子PLC代理商

新的設計*避免了CPU重啟時帶來的增塑劑積累過慢的問題、減少了廢品數量，因此這樣的設計不會影響正常生產狀況時增塑劑含量的穩定性。　　 
(2) 對濾棒剔除支數的計算策略
在纖維濾棒成型機的生產中，為保證濾棒質量，每當速度低于一定的設定值時，機組就會剔除此時的濾棒。此時機組的速度是不斷變化的，按通常方式無法計算出具體的剔除支數。這對統計生產效率帶來了相當的困難。　　 
筆者可以得到動態的車速反饋，但這條反饋曲線是不斷波動和變化的非線性曲線。對于非線性曲線，數學上只能夠采用面積積分求解的計算方法。對于此項目就是要求給出一定時間內主電機的圓周行程，即機組一段時間內所生產的濾棒長度。　 
從這一角度出發，筆者考慮采用了對車速進行模擬積分的計算方法，即從積分的基本定義出發，求出剔除時間內的濾棒生產長度L=Σ(Δv*Δt)，再除以單個濾棒長度得剔除支數的計算方法。　　 
按照積分的定義要求，積分求解是在一定條件下才能夠成立。這個條件就是Δt要足夠的小即Δt→0。在實際過程中，近似認為Δt=20ms時可以滿足條件。此時，計算得出的濾棒支數與實際濾棒支數的誤差在±3支以內。在精度上，以高生產速度3300支/分鐘計（此時濾棒長度為120mm），±3支的精度是*可以滿足精度要求。所以筆者認為只要將Δt控制在20ms時就可以滿足積分求解的條件。　　 
原系統的PLC掃描一周的時間高達幾十毫秒，顯然不滿足要求。而此項目采用的S7-315-2DP，其單指令掃描周期為10μs級、整個掃描周期被縮短為7~8ms，這樣就滿足了積分計算的要求。　　 
(3) 對拼接紙圈的控制策略
改造之前，纖維濾棒成型機執行的是降低運行速度再進行紙圈拼接。這種降速接紙方式對實際生產是不利的：每次降速都會造成車速的大幅度變化，影響了濾棒的質量。為消除這種影響，筆者采用了不降速拼接的方法。　　 
不降速拼接和降速拼接并沒有本質的區別：兩者采用的接紙動作一樣，兩者只是在機械結構和電氣控制元件上有區別。接紙速度的提高勢必使紙圈的靜摩擦力同等上升。如果轉速斜坡率過高會產生很大的靜摩擦力，該力會撕裂紙圈。如果轉速斜坡率過低，拼接時的紙圈浪費將增加。　　 
為避免煩瑣，該項目放棄變頻器對接紙電機轉速的分段控制。為求出靜摩擦力和紙圈長度兩者之間的優控制，筆者對接紙電機上升時間采取優篩選法。通過優篩選法得到的電機上升時間大約為3.4s。考慮到生產情況及電磁閥等器件的時滯效應，將這一時間進一步放寬為3.5s。　　 
3 程序設計　　 
程序設計采用了結構化設計，將所需實現的各主要功能編制成為S7-300中的用戶功能塊（FC塊），在主程序循環模塊（組織塊OB1）中調用這些已經編制好的子程序。　　 
程序設計分成硬件設計和軟件設計兩方面。在硬件方面針對系統要求進行設計，在軟件方面則按需要編制了速度計算模塊、報警和故障模塊、伺服電機執行模塊、增塑劑執行模塊、生產統計計算模塊等FC塊和預設、保持系統及生產數據的數據塊DB塊。　　 
(1) 硬件設計與組態
本系統在S7-300的硬件方面采用了1塊PS307 5A電源模塊，1塊CPU-315-2DP，4塊24V/0V SM321數字量輸入模塊，3塊24V/0.5A SM322數字量輸出模塊，1塊FM352-2高速計數模塊，2塊SM331模擬量輸入模塊，1塊SM332模擬量輸出模塊以及用于DP總線通訊的IM153-1通訊模塊1塊。　　 
S7-300外圍設備為5個伺服電機的DP通訊端。　　 
對上述硬件按要求進行組態，分別占據Profibus-DP通訊端的2、3~7和9號站，具體硬件組態如圖3所示。　　 
(2) 軟件設計
由于編制的用戶功能模塊很多，限于篇幅，在這里不能一一作出介紹。以下介紹幾個比較重要的用戶功能模塊。　　 
① 數據塊組（Group of Data-Blocks）
數據塊組由一系列數據塊組成。這些數據塊除了一部分是S7-300程序中FB（功能塊的一種）所要求的之外，其他的數據塊都是用戶自定義的。這是因為生產中機組的一些系統和生產數據必須被預設或保存。由于S7-300內部保持型M區的保存數量相對不足，例如：CPU315-2DP中整個可使用的M區的容量僅1024Bytes。同時，程序運行中所大量使用中間參數也需要不可重復的地址空間，所以將大部分的數據（特別是在觸摸屏上顯示的參數）編制成保持型DB塊。　　　 
② 速度計算模塊(FC for Speed)
雖然機組的高生產能力為400m/min，但是在許多煙廠并不需要一直運行在高速度下。該項目提供可從觸摸屏上選擇5檔不同的車速系統，本模塊就是將無序設定的參數按由大到小的方式降序排列，并在觸摸屏上以這種次序顯示出來。在程序內部，本模塊會進行數據轉換并將轉換后的數據提供給伺服電機執行模塊　　 　　 ③ 伺服電機執行模塊(FC for Servo-Motor)
在得到速度計算模塊和一些其他模塊（如開松輥參數模塊等）的數據后，伺服電機執行模塊會向對應的伺服控制塊發出指令和接收伺服電機狀態參數。指令包括伺服控制字、車速命令、快停命令、上升時間和下降時間等，狀態參數包括電機當前運行速度等。這些指令和參數通過過程通道和參數通道兩種方式控制“一主三從”共計4個伺服電機。　　 
④ 增塑劑執行模塊(FC for Glyceride-Motor)
控制增塑劑的伺服電機是相對獨立于其他伺服電機，控制結構類似于主電機。增塑劑執行模塊通過內部計算得到增塑劑伺服電機的運行速度。同時，由于存在增塑劑軟件補償的問題，所以高速和低速運行的參數為不同的兩組參數，程序按設置發送。這是這個模塊區別于伺服電機執行模塊的地方。　 
⑤ 生產統計計算模塊(FC for Statistics)
由于要在生產中向工作人員提供實時的生產狀況，所以編制了這個功能塊，這樣就可以通過多次反復調用FC205來得到各班次的生產狀況。這樣節約了編程的時間和工作量，也同時減少了程序編寫出錯的隱患。 
4 結語　　 
該控制系統全面提高了纖維濾棒成型機組的總體性能，控制功能得到完善和提升。將舊的交流變頻控制系統升級為由S7-300控制下交流伺服系統，使KDF2型纖維濾棒成型機具有新的競爭力。　　 
考慮到今后煙廠信息集成化和網絡化數據采集的需要，這里使用的S7-300已經預留了數據采集端口，在程序中也進行了相應的處理。這無疑又增強了機組的生命力。

西門子S7-400HPLC在PROFIBUS網絡系統中的應用

文中用西門子S7-400HPLC完成聯鎖功能，構成PROFIBUS-DP/MPI分布式網絡系統，這樣整個聯鎖系統安全可靠。通過介紹DP/MPI網的概念和實現，結合唐山鋼鐵公司焦化站聯鎖實例，著重闡明用PLC實現DP/MPI網絡，以解決該聯鎖系統中分布式輸入輸出等。經現場調試、安裝，整個網絡運行良好，安全可靠地實現和完成車站信號聯鎖系統的聯鎖功能，應用前景很好。

引言

車站聯鎖系統是鐵路信號系統中的一個重要組成部分，它的主要任務是控制車站中的信號機和道岔，并且對信號燈狀態進行處理和對進路進行選擇等。隨著鐵路信號系統的信息化發展，微機聯鎖系統必然取代舊式的電氣聯鎖系統。

就國內外現狀來看，大多采用上、下位機的辦法來實現對車站信號的控制；有些微機聯鎖系統中，下位機主要實現數據的采集、命令發送、數據輸出等，而把主要的聯鎖功能置于上位機，這樣一來，上位機負擔太重，一旦上位機產生故障，不能保證系統的安全性、可靠性。如果能夠將聯鎖功能塊置于下位機，而且下位機安全性、可靠性比較高，那么整個系統

的安全性、可靠性就能夠得到有效保證。

在以前的微機聯鎖系統中，用工業控制機作為下位機，實現聯鎖功能，但不能保證系統冗余，這樣就不能保證整個系統的安全性、可靠性。因此，就要不斷更新和研究，尋求更完善的、更可靠的硬件、軟件環境，以提高系統性能和安全系數。用西門子PLC完成聯鎖功能，構成PROFIBUS-DP/MPI分布式網絡系統，這樣整個聯鎖系統安全可靠。

PROFIBUS現場總線技術是隨全數字信號系統的發展而產生的，是由德國組織開發的工業現場總線協議標準——PROFIBUS現場總線標準(DIN19254)。

PROFIBUS是近年來上為流行的現場總線，也是目前數據傳輸率快的一種現場總線(傳輸率可達12M波特)，因此在很多領域內廣泛應用。它是不依賴于生產廠家的、開放式的現場總線，各種各樣的自動化設備均可通過同樣的接換信息。

PROFIBUS-DP(DistributedI/OS-分布系統)是一種經過優化的模塊，有比較高的數據傳輸率，適用于系統和外部設備之間的通信，遠程I/O系統尤為適合。它允許高速度周期性的小批量數據通信，適用于對時間要求比較高的自動化場合。

筆者將以S7-400HPLC為例，結合其在鐵路信號中的應用，探討實現PROFIBUS-DP/MPI網絡系統原理和方法。

PROFIBUS-DP/MPI網的性質和特點

PROFIBUS-DP適用于現場層的高速數據傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發送輸出信息。除周期性用戶數據傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化現場設備所需的非周期性通信以進行組態、診斷和報警處理等。

DP網的協議結構

PROFIBUS定義了各種數據設備連接的串行現場總線的技術和功能特性，這些數據設備可以從底層(如傳感器、執行器層)到中間層(如車間層)廣泛分布。

PROFIBUS連接的系統由主站和從站組成。主站一般要復雜些；從站為簡單的外圍設備，典型的從站為傳感器、執行器及變送器，它們沒有總線控制權，僅對接收到的信息給予回答，或者主站發出請求時回送給主站相應信息。因此，從站只需要協議的一小部分，實現起來非常方便。

PROFIBUS協議結構是根據ISO7498標準，以開放式系統互聯網絡(Open System Interconnection，OSI)作為參考模型，該模型共有7層，PROFIBUS-DP定義了其中的、二層和用戶接口。第3到7層未加描述。

圖1為ISO/OSI參考模型與PROFIBUS體系結構比較。用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。物理層采用EIARS-485雙絞線或光纖，連接器采用RS-485標準的9針D型插座。數據鏈路層提供了介質存取控制功能、數據的完整性檢查以及傳輸執行的協議，在PROFIBUS中稱第2層為現場總線數據鏈路(FDL)(包括介質訪問存取控制(MAC)子層、現場總線鏈路控制(FLC)子層、現場總線管理(FMA1/2)子層)，采用混合介質存取協議，對應于DIN(E)19245，支持單主或多主系統，主或從設備，大站數為126。它包括主站之間的數據傳輸的令牌環方式和從站之間的主-從方式。PROFIBUS第7層包括底層接口(LLI)、現場總線信息規范(FMS)和現場總線管理(FMA7)。

圖1　ISO/OSI參考模型與PROFIBUS體系結構比較

圖2為PROFIBUS-DP數據傳輸示意圖，即主站發送請求，訪問DP從站，其中包括幀格式；從站收到請求信息后，立即響應主站，并回送響應幀。

圖2　PROFIBUS-DP用戶數據傳輸

S7-1200和S7-1500指令的比較

下圖是博途的STEP7 V12幫助中的指令概覽。可以看出，S7-1200和S7-1500的指令是兼容的，S7-1200的指令是S7-1500的指令的子集。可以認為S7-1200是精簡版的S7-1500。如果暫時沒有條件使用S7-1500，可以先使用S7-1200，為今后使用S7-1500打下基礎。

1．可用的編程語言

S7-1500和S7-1200都能使用梯形圖（LAD）、功能塊圖（FBD）和結構化控制語言（SCL）語言。為了和S7-300/400兼容，S7-1500還可以使用STL語言。

2．指令的比較

1）S7-1500的基本指令比S7-1200多9條指令。

2）擴展指令中只有S7-1500有PROFIenergy（使用 PROFINET 進行能源管理）指令。此外S7-1500比S7-1200多11條指令。

3）“技術”類指令S7-1500比S7-1200多5條高速計數器指令。

4）“通信”類指令S7-1200比S7-1500多3條發送電子郵件的指令。

S7-1200 間接尋址指令的應用

S7-1200的間接尋址需要通過數據塊中的數組來實現。指令FieldRead通過索引（又稱為下標）變量從數組中讀取數值，指令FieldWrite 通過索引變量向數組中寫數值，使用這兩條指令可以實現間接尋址。

索引變量是間接尋址中的地址指針，它的值是要讀寫的數組元素的索引值。地址指針就像收音機調臺的指針，改變指針的位置，指針指向不同電臺。改變地址指針中的索引值，指針“指向”數組不同的元素。間接尋址的優點是可以在程序處理期間，通過改變指針的值動態地修改指令中的地址。

首先生成一個名為“數據塊1”的全局數據塊DB2，在數據塊中生成名為“數組1”的數組Array[1..10] of Int，其元素的數據類型為Int。

這兩條指令沒有列入指令列表和指令列表，編程時將收藏夾中的空邏輯框插入程序，點擊其中紅色的“??”，打開下拉式列表框，可以看到列表框底部的指令FieldWrite或FieldRead。點擊生成的指令框中的“???”，用列表設置要寫入或讀取的數據類型為Int（見下圖）。兩條指令的參數MEMBER的實參必須是數組的個元素“數據塊1”.數組1[1]。

指令的輸入參數索引值“INDEX”是要讀寫的數組中的元素的下標，數據類型為DINT（雙整數）。參數“VALUE”是要寫入數組元素的值或要讀取的數組元素的值。

下圖中的FieldWrite指令將常數25寫入數組1中的元素“數組1[3]”。FieldRead指令讀取數組元素“數組1[3]”的值，將它保存到MW20。改變INDEX的值，可以讀寫別的數組元素的值。

 在 S7-1500 自動化系統中，必須區分以下兩種不同電源：

    = 系統電源 (PS)

   系統電源連接到背板總線（U 型連接器）并專門為背板總線提供內部所需的系統電壓。這種系統電壓將為模塊電子元件和 LED 指示燈供電。 CPU 或接口模塊未連接到24 VDC 負載電流電源時，系統電源還可以為其供電。

    = 負載電流電源 (PM)

    負載電流電源為模塊的輸入/輸出電路以及傳感器和執行器進行供電。 此外，在某些情況下還需要使用負載電流電源為 CPU 和系統電源提供 24 VDC 電壓。 在通過系統電源為背板總線提供電壓時，可選擇為 CPU 提供 24 VDC 電壓。

    = 各個模塊用電功率的自動診斷

   有了這個功能，能夠讓我們方便的了解到系統的電源配置的科學性和合理性，這個功能集成在博途軟件中，需要和S7-1500配合使用。

Figure9模塊用電功率的自動診斷

    = 機架支持的模塊數量

    S7-1500機架可以支持32個模塊，同時為了保證所有的模塊都能夠可靠的接受供電，S7-1500機架支持3組的電源分段。以前S7-300系統機架只支持8個信號模塊的時代已經一去不復返了。

圖 1 ET200SP系統組成

一個典型的BaseUnit如下圖所示：  電 話：（同號）

圖 2 BaseUnit及其接線端子

BaseUnit根據功能不同可分為多種類型，包括A0，A1，B0，C0，D0等幾大類。

A0：適用于數字量模塊，通訊模塊，以及部分模擬量模塊；

A1：帶有內置溫度測量，適用于模擬量模塊；

B0：適用于繼電器模塊；

C0：適用于AS-i主站模塊；

D0：適用于電能測量模塊；

其分類及參考示例見下表：