S7系统在高线自动打包机中的应用

1、vol. 32 no. 5oct. ,2010第32卷第5期2010年10月文章编号：16724461 (2010)054)160-04s7系统在高线自动打包机中的应用王岸（洒钢（集团）宏兴股份公司，甘肃嘉峪关735100）播 要:本文通过介绍高线全自动打包机的控制系统，描述和说明了西门子plc在机电一体化设备中的完整应用。 本文旨在说明控制系统人性化设计的完美应用是精密复杂设备的关键设计思维。关键词:打包机；s7400； hmi（人机界面）dp网络中图分类号:th692.3文猷标识码:b1引言自动打包机是现代高速线材生产线特有的设 备，它集机械、电气、液压控制为一体，动作准确，配 合和逻辑控

2、制复杂,是典型的机电一体化设备。高线采用了瑞典sund&birsta公司生产的 pch -4kna型第5代打包机，2002年11月投入使 用。该型打包机的控制系统最早由瑞典asea公司 髙级开发人员在其它系统中首先开发应用，通过近 20年的全球发展，有一套成熟先进的控制系统。在 生产实践中，现场技术人员根据高线生产中的需要 对控制系统的软、硬件进行了改进，使之更适应高线 的生产要求。2控制系统概述simatic s7-400是西门子pcs7过程控制系统 的重要组成部分。是用于中、高档性能范围的可编 程序控制器。模块化及无风扇的设计，坚固耐用，容 易扩展和广泛的通讯能力，容易实现的分布式

3、结构 以及用户友好的操作特别适合象打包机这样的机电 一体化设备。打包机控制系统包括:电源模板,中央处理单元 （cpu），通过接口模板及obt（光纤转换模块）使用 光纤与现场et200站、hmi（人机界面）通过simatic dp网连接，一套mcc柜用于泵的控制。图1为 整个控制系统示意图。peofibus u)dp.horm(btet'c4图1打包机控制系统原理图该系统采用s7-400作为主控plc,采用step7 v53、cfc软件进行编程。主要的控制程序包括: 液压站控制、mcc控制、打包头控制、压卷小车控 制、拖卷台控制、送线机构控制等。组织块0b1对实现各功能的fc块按顺序进行

4、调用。cfc中既定 的元素块让各功能的实现更加方便。与其它关联系 统（如p-f线系统、轧线系统等）采用simatic工业 以太网交换联锁信号。上位机及hmi采用集成了爲翱鶴監脇毅蠶5 dp网络卡的触摸系统e900,与et200站处于内部停，设备状态监控、压力参数输入、卷长等参数设定。dp网络中。hmi主要功能是:打包机液压系统起 典型的组态画面见图2。打包机hmi主画面图2图2中，中上部分为打包机主体,上面集成了初 始状态的一些指示。同时有泵运行情况，打包头的 选择。其它一些图表为下级菜单的进入按钮。控制系统主要使用的技术如下：（1）dp网络技术。通过该技术的应用，现场所有 检测执行元件i/o

5、集成到机旁et200站内（即图1 中站点为7-21所表示的图块），不仅节省了电缆, 而且便于现场故障的査询。（2）计数模块的应用。在该系统中，使用了计数 模块fm350,fm350是用于各种通用计数和测量任 务的智能化的8通道计数器模块。它可用在si matic s7-300和et200m中，模块减轻了 cpu的负 担:与24 v增量编码器直接连接，通过集成数字量 输入的选通信号及比较功能和经综合数字输岀的响 应输岀等。（3）安全继电及顺控停车功能。由于打包机是动 作复杂、元件精密的设备，所以在运行过程中，常会 出现一些故障，如卡线等,这就需要停下处理。为了 使动作过程不中断，在程序中增加了顺

6、序控制逻辑 停机功能。当操作台按下该自锁按钮时，所有的动 作处于“保持、停止”状态，当故障排除（如卡线处 理）后，提起该按钮并复位后,则打包机接着停机前 的状态继续工作。该功能大大提高了工作效率。安全继电功能是指该系统采用了一系列专门的 安全继电保护连锁装置。当拍下急停或安全按钮 后，则该系列的继电器失电，触头断开。通过一系列 的触电控制给执行元件的输出电源，有效的解决了 触头粘连或程序误输出造成的设备误动作，从而大 大的保障了检修和操作的安全。电液比例系统及pid控制。由于打包机动作 精度高，所以要求行程（如两个压卷板、送线长度 等）非常准确。该系统采用了比例阀及比例放大控 制板作为执行元件

7、，采用编码器作为位置检测元件, 并在系统程序中采用cfc中的pid控制元素块。电液比例系统采用力士乐比例阀，该阀中集成 了执行和反馈电路。通过安装在et200站中的 vt1001放大板，对比例阀的开度进行控制。当阀反 馈到et200站的模拟量输入模块后,plc比较偏差 后,通过模拟量输出模块，控制vt1001输出，调节 压卷小车的动作精度。在程序中,cfc调用“ctrl-pid”元素块，对压 卷板速度进行比例积分调节。图3为程序控制中 p【d调用的方式。其中，图3对比例反馈信号（模拟 量）进行了预先的处理。图3 pid调节的相关外围数据运算图4即为cfc中对pid元索的调用。该图中只该元素的输

8、入输出端子功能如下：显示了部分重要的调节参数。com.rst： bool：重新启动pid。当该位tore蓝野监理 e-mail：gslyjliami supihyiskm tel: 0931-&5654b6时,pid执行重启动功能，复位pid内部参数到默认 值;通常在系统重启动时执行一个扫描周期,图4 pid调节元素的使用或在pid进入饱和状态需要退出时用这个位;man _0n： bool：手动值on；当该位为ture时,pid功 能块直接将man的值输出到lmn,这可以在pid 框图中看到;也就是说，这个位是pid的手动/自动 切换位；peper.on： bool：过程变量外围值on

9、： 过程变量即反馈量，此pid可直接使用过程变量 piw（不推荐），也可使用piw规格化后的值（常 用），因此，这个位为faue；p_sel： bool：比例选 择位，该位on时，选择p（比例）控制有效;一般选 择有效;i-sel： bool：积分选择位;该位on时，选 择1（积分）控制有效;一般选择有效；int_hold bool：积分保持，不去设置它；kitl_on bool：积 分初值有效,i-itlval（积分初值）变量和这个位对 应,当此位on时,则使用i4tlval变量积分初值。 一般当发现pid功能的积分值增长比较慢或系统反 应不够时可以考虑使用积分初值；d.sel： bool：

10、 微分选择位，该位on时，选择d（微分）控制有效; 一般的控制系统不用;cycle： time： pid采样周 期，一般设为 200ms；sp_int： real： pid 的给定 值;pvn： real：pid的反馈值（也称过程变量）； pv_per： word：未经规格化的反馈值，由peper- 0n选择有效（不推荐）；man： real：手动值，由 man-on选择有效；gain： real：比例增益；ti： time：积分时间;td： time：微分时间；deadb_w： real：死区宽度;如果输出在平衡点附近微小帳度 振荡，可以考虑用死区来降低灵敏度;lmn_hlm： real：p

11、id上极限，一般是100% o部分输出参数说明:lmn： real: pid输出； lmnp：real：pid输出中p的分量（可用于在调试 过程中观察效果）；lmnj：real：pid输出中i的分 量（可用于在调试过程中观察效果）；lmn_d： real： pid 输出中d的分量（可用于在调试过程中观 察效果）。对于输入和反馈，执行:变童 100/27648,然后 将结果传送到pv-in和sp-into对于输岀变量，执行:lmn歩27648/100，然后将 结果取整传送给pqw即可。该元素块作为pid调节器，其响应遵循以下的 规律（见图5）。图5 p10调节器规律其中各变量在前边元素中均有说明

12、，不再缀述。3打包机工作流程打包机示意见图6。工作流程如下:当c形钩进入打包机中心触发占位信号后, 一对光电管检测该c型钩是否挂卷，若挂卷，则p-f 线定中夹闭合,pf线运输线控制系统给打包机控 制系统发岀“ready”信号。打包机操作台上如选择 了“aut。”位，同时系统检测到打包机各部件处于初 始状态，则开始自动打包。整个过程如下：（1）1 #（d、2 压紧小车同时向盘卷移动,1 #压紧小车在移动中把打包线从线库中拉岀,2 #压 紧小车上的导线架以快于压紧小车的速度，向1 # 压紧小车上的弧形导轨移动。1 #压紧小车的气动 缓冲装置伸出并保持前伸状态，升降平台上升至 预定位置。当2 #压紧

13、小车上的光电检测器s8检测到 盘卷为“1”时，升降平台继续上升至最高位,将盘卷 从c型钩上托起。1 #、2 #压紧小车继续相对运动，直到气动 缓冲装置被压入，导线架停止前进。此时,2#压紧 小车上的可动导线架与1#压紧小车上弧形导轨也/x 蓝野监丁里 e-nuul：gslyjl126xom图5打包机示姦图完全闭合；接近开关s12为“1”。00接近开关s12为“1”，表示导线系统闭合，喂 线装置开始喂线,液压马达旋转,当打包头绕着盘 卷并到达打包头内的扭转装置的一个机械挡块时, 停止喂线。(5) 线导小车后退100 mm，整个打包头在液压 缸的推动下，由喂线位进入打包位置，液压马达反 转，嚼线轮

14、反转，抽紧打包线并通过配重装置把剩余 的钢线送回供线设备。(6) 打包头扭转装置动作，扭结打包线，扭结完成 后,夹紧装置松开，剪切装置开始,切断打包线。(7) 扭转装置向外运行，打包头向外运行。打包结束后，导线架后退,1 #、2 #压紧小车 各自返回,升降台下降。当它们都回到初始位置时, 打包机给p/ f线运输链控制系统发出打包完成的 指令,打包的盘卷被c型钩运走，打包机再等待下 个盘卷。4存在问题及解决4.1二次打包问题随着市场竞争的激烈，对产品包装要求更加提 高。打包机在第一次打完后，必须退到初始位，这样 造成对同一卷进行二次打包时，打包周期过长的现 (上接第133页)所以每测一个样品都需

15、要检査峰位置和峰两边的干 扰,扣除干扰才能得到最准确的数据。3.2 谱线的选择每个元素都有很多条谱线，首先把软件里提供 的几条谱线选上进行检测，通过钮的国家标准样品 检测结果参考选择谱线。不一定最灵敏的特征谱线 结果就准确，选择检测结果最接近国家标准样品值 的那条谱线作为钮的检测谱线。3.3 仪器常见故障及处理最常见故障就是点不着火或点着火一段时间以 象。为此,我们通过对控制程序的分析，在一次打包 结束后,只对打包头和线导自动进行复位,压卷板仍 然处于打包位，即为如前所示的第(6)步。在hmi画 面上增加了一次、二次打包的选择按钮，方便操作人 员进行4道、8道的选择。这样大大的提高了打包 机的

16、打包效率。4.2 dp网通讯中断问题打包机采用et200站采集现场信号，通过dp 网络传输到cpu中。在运行中发现dp网络频繁出 现断网现象。通过连续的观察，我们发现在系统工 作时，用于et200站工作的24 v宜流电源电压出现 很大的降低，有时仅有19 v,造成通讯模块的中断 产生，为此，我们在系统中增加了 ob85、ob86控制 块，当系统扩展机架或dp主站发生故障时,系统调 用该组织块，而不会产生cpu停机现象，则大大的 节约了故障处理时间。同时，采用可调节的电源，将 系统供电电源提高至27 v,则基本上避免了电压低 造成的i/o故障。收稿日期：2010-06-22作者简介:王 岸(1973.),男,工程牺，甘肃会宁人，毕业于南京航空 航天大学。一直从事自动