西門子plc與MT6100IV5威綸觸摸屏應(yīng)用于卷煙行業(yè)

產(chǎn)品價格：	5/人民幣
最后更新：	2013-06-25 10:00:59
產(chǎn)品產(chǎn)地：	威綸觸摸屏
發(fā)貨地：	西門子變頻器 (發(fā)貨期：當(dāng)天內(nèi)發(fā)貨)
供應(yīng)數(shù)量：	不限
有效期：	長期有效
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公司基本資料信息

上海櫻游機(jī)電科技有限公司
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產(chǎn)品詳細(xì)說明

纖維濾棒成型機(jī)組是煙廠生產(chǎn)卷煙濾棒的設(shè)備。經(jīng)過十幾年的應(yīng)用，原有機(jī)組逐漸顯示出技術(shù)上的局限性：機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜；電控系統(tǒng)相對落后；生產(chǎn)環(huán)境比較差，噪音響；維修難度高，能源利用率低等。因此，原有機(jī)組越來越不適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)要求。結(jié)合國內(nèi)市場的需求和機(jī)組的特點(diǎn)，運(yùn)用伺服傳動系統(tǒng)的優(yōu)良特性及西門子PLC在工業(yè)控制中的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)了此套控制系統(tǒng)。而監(jiān)控設(shè)備及數(shù)據(jù)的設(shè)定修改則采用臺灣威綸觸摸屏MT6100IV5來完成。
　　 1 系統(tǒng)概述
　　纖維濾棒成型機(jī)組控制和傳動系統(tǒng)采用了Lenze公司的伺服系統(tǒng)、威綸觸摸屏和西門子PLC，分別通過MPI和DP通訊控制。

　　纖維濾棒成型機(jī)通過二次開松、增塑劑添加、卷制成形、刀盤切斷和排列裝盤的過程生產(chǎn)濾棒。　　　　
　　2 控制策略　　
　　(1) 對增塑劑添加的控制策略
　　起初延用原系統(tǒng)的欠阻尼響應(yīng)曲線的控制方式。但是，在實(shí)際調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)該控制方式存在一定的缺陷，具體表現(xiàn)為：每天第一次上電開機(jī)時，增塑劑存儲器中增塑劑積累時間過長，造成一段時間內(nèi)濾棒增塑劑含量過低。根據(jù)售后服務(wù)部門的反饋，某些煙廠為保證濾棒質(zhì)量往往會剔除第一盒濾棒。這樣會有較大的浪費(fèi)。產(chǎn)生這種情況是因?yàn)闊煆S每天工作結(jié)束時或者西門子plc重啟時機(jī)組都會停機(jī)，并排空存儲器中的增塑劑。由于欠阻尼響應(yīng)到達(dá)設(shè)定值時間過長，造成開始階段濾棒增塑劑含量過低。日常生產(chǎn)班次中，每次停機(jī)不排空增塑劑，而是在存儲器中保有一定儲存量。　　
　　西門子plc會根據(jù)自動控制原理，車速斜坡響應(yīng)可以分為過阻尼響應(yīng)、臨界阻尼響應(yīng)和欠阻尼響應(yīng)。理論上說，臨界阻尼響應(yīng)是最理想的控制方式，這種響應(yīng)方式既實(shí)現(xiàn)了控制的快速性又實(shí)現(xiàn)了控制的穩(wěn)定性；過阻尼響應(yīng)是為了穩(wěn)定性犧牲快速性；欠阻尼響應(yīng)則是為了快速性犧牲穩(wěn)定性。然而，臨界阻尼由于條件過于苛刻，在實(shí)際控制中是無法實(shí)現(xiàn)的。　　
　　根據(jù)剩余的兩種響應(yīng)曲線的特性，筆者認(rèn)為CPU啟動時最好使用欠阻尼響應(yīng)曲線，其理由是：西門子plc啟動狀態(tài)下，對增塑劑積累時間的要求優(yōu)先于增塑劑含量的穩(wěn)定性；而其他狀態(tài)下使用過阻尼響應(yīng)曲線，此時對含量的穩(wěn)定要求優(yōu)先于積累的快速性。　
　　因此，利用S7-300西門子plc啟動時的組織塊OB100在CPU啟動中只執(zhí)行一次的特性，對增塑劑伺服電機(jī)的控制方式依據(jù)機(jī)組不同的啟動狀態(tài)采取了不同響應(yīng)曲線下的控制方法。具體來說，在西門子plc啟動時（此時增塑劑存儲量必定為零），通過啟動組織塊OB100中送出高速運(yùn)轉(zhuǎn)命令至增塑劑伺服電機(jī)，使控制曲線成為欠阻尼響應(yīng)狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)對存儲器中增塑劑的快速積累。而在非CPU啟動狀態(tài)，控制增塑劑伺服電機(jī)的FC功能塊將送出普通速度命令，使控制曲線成為比較接近臨界阻尼的過阻尼響應(yīng)狀態(tài)。　
　　新的設(shè)計(jì)完全避免了西門子plc重啟時帶來的增塑劑積累過慢的問題、減少了廢品數(shù)量，因此這樣的設(shè)計(jì)不會影響正常生產(chǎn)狀況時增塑劑含量的穩(wěn)定性。　　
　　(2) 對濾棒剔除支數(shù)的計(jì)算策略
　　在纖維濾棒成型機(jī)的生產(chǎn)中，為保證濾棒質(zhì)量，每當(dāng)速度低于一定的設(shè)定值時，機(jī)組就會剔除此時的濾棒。此時機(jī)組的速度是不斷變化的，按通常方式無法計(jì)算出具體的剔除支數(shù)。這對統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)效率帶來了相當(dāng)?shù)睦щy。　　
　　筆者可以得到動態(tài)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(shù)學(xué)上只能夠采用面積積分求解的計(jì)算方法。對于此項(xiàng)目就是要求給出一定時間內(nèi)主電機(jī)的圓周行程，即機(jī)組一段時間內(nèi)所生產(chǎn)的濾棒長度。　
　　從這一角度出發(fā)，筆者考慮采用了對車速進(jìn)行模擬積分的計(jì)算方法，即從積分的基本定義出發(fā)，求出剔除時間內(nèi)的濾棒生產(chǎn)長度L=Σ(Δv*Δt)，再除以單個濾棒長度得剔除支數(shù)的計(jì)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(shí)際過程中，近似認(rèn)為Δt=20ms時可以滿足條件。此時，計(jì)算得出的濾棒支數(shù)與實(shí)際濾棒支數(shù)的誤差在±3支以內(nèi)。在精度上，以最高生產(chǎn)速度3300支/分鐘計(jì)（此時濾棒長度為120mm），±3支的精度是完全可以滿足精度要求。所以筆者認(rèn)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(tǒng)的西門子PLC掃描一周的時間高達(dá)幾十毫秒，顯然不滿足要求。而此項(xiàng)目采用的CPU315-2DP，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(jì)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(jī)執(zhí)行的是降低運(yùn)行速度再進(jìn)行紙圈拼接。這種降速接紙方式對實(shí)際生產(chǎn)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(zhì)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(zhì)的區(qū)別：兩者采用的接紙動作一樣，兩者只是在機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制元件上有區(qū)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(zhuǎn)速斜坡率過高會產(chǎn)生很大的靜摩擦力，該力會撕裂紙圈。如果轉(zhuǎn)速斜坡率過低，拼接時的紙圈浪費(fèi)將增加。　　
　　為避免煩瑣，該項(xiàng)目放棄西門子變頻器對接紙電機(jī)轉(zhuǎn)速的分段控制。為求出靜摩擦力和紙圈長度兩者之間的最優(yōu)控制，筆者對接紙電機(jī)上升時間采取最優(yōu)篩選法。通過最優(yōu)篩選法得到的電機(jī)上升時間大約為3.4s。考慮到生產(chǎn)情況及電磁閥等器件的時滯效應(yīng)，將這一時間進(jìn)一步放寬為3.5s。　　
　　3 程序設(shè)計(jì)　　
　　程序設(shè)計(jì)采用了結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，將所需實(shí)現(xiàn)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(huán)模塊（組織塊OB1）中調(diào)用這些已經(jīng)編制好的子程序。　　
　　程序設(shè)計(jì)分成硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩方面。在硬件方面針對系統(tǒng)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，在軟件方面則按需要編制了速度計(jì)算模塊、報警和故障模塊、伺服電機(jī)執(zhí)行模塊、增塑劑執(zhí)行模塊、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)計(jì)算模塊等FC塊和預(yù)設(shè)、保持系統(tǒng)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊DB塊。　　
　　(1) 硬件設(shè)計(jì)與組態(tài)
　　本系統(tǒng)在S7-300西門子plc的硬件方面采用了1塊PS307 5A電源模塊，1塊CPU315-2DP，4塊24V/0V SM321數(shù)字量輸入模塊，3塊24V/0.5A SM322數(shù)字量輸出模塊，1塊FM352-2高速計(jì)數(shù)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西門子plc的外圍設(shè)備為5個伺服電機(jī)的DP通訊端。　　
　　對上述硬件按要求進(jìn)行組態(tài)，分別占據(jù)Profibus-DP通訊端的2、3~7和9號站。

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