S7-300 PLC在高速压印机控制中的应用

1 引言
为满足量大生产要求, 高速压印机的速度必须要至少达到700枚/分,而且要求保证产品的质量。要满足这些要求,需要主传动机构、拨饼机构、送饼等机构优化配合。过去主要通过机械凸轮传动来保证完成任务，这种方法存在致命缺点是:机床体积庞大，柔性差，无法满足一些特殊要求的工艺。随着电子技术飞速发展，伺服传动技术在工业中已广泛应用，通过伺服驱动器来控制电机转速、转向、转角等，可以满足特殊要求场合，从而能灵活地控制电机，为了提高高速压印机的性能，采用了西门子S7-300PLC为高速压印机主控系统，利用Profibus现场总线通信方式，实现S7-300PLC与主传动伺服控制器、拨饼伺服控制器、送饼控制器A、送饼控制器B，只要能准确地控制伺服控制器，就可以使主传动机构、拨饼机构、送饼等机构配合默契，利用MPI和上位机通讯，上位机能够实时显示机床信息。
2 控制内容和控制要求
(1) 运行方式。该机床有2种运行方式:手动运行方式和自动运行方式，根据选择的方式进行切换。
(2) 上位机的实时监控的内容。内容主要包括:主电机转速和电流、拨饼电机转速和电流、送饼电机A转速和电流、送饼电机B转速和电流、高速压印机压力情况、润滑油温情况等。
(3) 故障检测与报警。严重故障内容主要包括:主电机转速和电流、拨饼电机转速和电流、送饼电机转速和电流、高速压印机压力情况、润滑油温情况异常等故障，上述故障发生后，系统自动停机，其他一般故障监控系统会自动报警。
(4) 通讯功能。利用Profibus现场总线通信方式，实现S7-300PLC与主传动伺服控制器、拨饼伺服控制器、送饼控制器A、送饼控制器B和上位机通讯;利用MPI口可以实现S7-300PLC与远程计算机通讯，利用CP340模块RS232可以实现S7-300PLC与测压仪表通讯，来监控高速压印机压力情况。
(5) 系统的开放性。因为西门子系统有很好的开放性，所以本系统属于开放性结构，只要符合西门子协议就可以挂在该系统上。
3 系统的硬件配置
本系统共需96个开关量输入，80个开关量输出，2个模拟量输入，1个RS232通信板，利用Profibus现场总线通信方式，Profibus 现场总线已经成为国际化开放现场总线的标准，得到许多生产厂家的支持。90年代由西门子公司引入中国，在本系统采用Profibus-DP总线协议，Profibus-DP是一种优化的通信模块，主要解决设备级的高速数据通信。在这一级，中央控制器(PLC/PC)通过高速数据总线同分散的现场设备(I/O、驱动器、阀门等)进行通信，传输速率最高可以达12Mb/s，最大距离12Mbt/s时为100m，最大距离为200m(1.5Mbit/s),用中继器可以加长传输距离,最多可以挂126个从站，实现S7-300 PLC与主传动伺服控制器、拨饼伺服控制器、送饼伺服控制器A、送饼伺服控制器B和上位机通讯。该系统属于中型控制系统。
在本系统中，控制最大距离为20m，4个从站，传输速率最高可以达1.5Mb/s即可，Profibus-DP总线协议完全满足要求，所以选定西门子S7-300系列CPU315-DP产品。系统的硬件配置如附表所示。受篇幅所限制,在这里只给出主机架电气原理图,如图1示。特别强调西门子S7-300 PLC配置需要注意以下几个问题1)CPU右边安装不超过8个模块;(2)能够插入模块数(SM、FM、CP)受他们从S7-300 PLC背板总线取得电流数值的限制。对于本系统CPU315-2DP,装在一个机架上8个模块从S7-300 PLC背板总线取得电流数值不要超过1.2A;(3)S7-300 PLC模块的排列次序为SM/FM/CP。

图1 主机架电气原理
4 系统的软件编程
利用西门子STEP7软件对系统的软件编程。首先用STEP7软件对系统进行硬件组态，如图2所示，然后再用STEP7软件编程，允许结构化程序，也就是说可以将程序分解为单个的、自成体系的程序。本机把控制系统分解成3个部分，即3个控制功能块FB，最后通过系统组织块OB1，调用3个控制功能块FB(用CALL指令调用)。采用这样的结构有如下优点:大规模程序容易理解;可以对单个程序进行标准化;程序组织简化;其中最大优点是有利于整套控制系统的调试、维护，程序块图如图3所示。

图2 硬件组态5
结束语
在本系统调试时，笔者体会到，在使用时要注意一些细节，如Profibus现场总线接线一定要准确，各个从站的地址要设定准确，硬件组态准确，通信协议要设置准确。经实验证明，能满足生产要求，通过Profibus现场总线通讯方法，能准确地控制伺服控制器，对提高控制系统的整体性能，对高速控制系统，该方案有很好借鉴意义。