西門子PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

楊國(guó)柱

引言：近年來，隨著PLC技術(shù)的不斷優(yōu)化和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷增加，我國(guó)的很多裝置都配備了PLC，尤其是在電氣控制的自動(dòng)化生產(chǎn)線方面，PLC的應(yīng)用成果最為顯著，設(shè)備電氣控制的起制動(dòng)性能在很大程度上得到改觀。從冶金鋼鐵方面來講，近年來，鋼板預(yù)處理技術(shù)取得了極大的進(jìn)展，不僅為鋼板的進(jìn)一步應(yīng)用提供了優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，還為鋼板在海洋運(yùn)輸和倉(cāng)儲(chǔ)防腐方面提供了很好的幫助。本文將圍繞鋼板預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行分析，通過鋼板預(yù)處理技術(shù)的工藝要求，分析西門子PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

引言

可編程控制器（PLC）是新生代的工業(yè)控制裝置，它的基本構(gòu)成有CPU模塊、電源模塊、數(shù)字量和模擬量輸入輸出模塊、接口模塊、通信模塊和編程設(shè)備。PLC的設(shè)計(jì)還是以原有的繼電器邏輯控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展成為既具有邏輯控制、時(shí)間計(jì)算、數(shù)字計(jì)算、分支程序和子程序等順序控制功能，又具有數(shù)字的運(yùn)算和處理、聯(lián)網(wǎng)通訊、調(diào)節(jié)模擬量和顯示流程操作的多功能控制系統(tǒng)。PLC以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷和性能可靠的有點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面。

一、西門子PLC的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用特點(diǎn)

西門子的PLC性價(jià)比最高，因此在我國(guó)的各領(lǐng)域的多個(gè)方面都有其應(yīng)用。目前，在國(guó)內(nèi)外的鋼鐵、電力、石油和化工、汽車制造、煙草、機(jī)械加工、環(huán)保、交通運(yùn)輸和建材、文化娛樂和電子產(chǎn)品制造等很多方面都有PLC的應(yīng)用。

西門子PLC生產(chǎn)時(shí)采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝以及超大規(guī)模的集成電路，這樣就使其產(chǎn)品與其他老的電路邏輯產(chǎn)品相比具有更簡(jiǎn)單的編程方法，不僅簡(jiǎn)單易學(xué)而且功能強(qiáng)大、性價(jià)比高，再加上其產(chǎn)品易維護(hù)、維護(hù)工作量小、可靠性強(qiáng)、能耗低以及抗干擾能力大幅提升、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝調(diào)試簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，就是的使用者在操作時(shí)既易懂又省力。

二、西門子PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)在鋼板預(yù)處理線控制系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)

（一）預(yù)處理線輥道和拋丸電機(jī)設(shè)計(jì)控制結(jié)構(gòu)

鋼板預(yù)處理線控制系統(tǒng)包括集中控制除塵系統(tǒng)、噴漆系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)和烘干系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的工作是由10臺(tái)拋丸電機(jī)和10臺(tái)輥道電機(jī)完成的，這樣的任務(wù)只需單臺(tái)PLC就可以進(jìn)行邏輯控制，但是在選定PLC時(shí)一定要挑選高性能的產(chǎn)品，才能夠確保工作的順利進(jìn)行。如圖所示，PLC通過采集傳感器的信息，進(jìn)而對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，最后把處理好的信息傳到變頻器，讓變頻器進(jìn)行控制。

（二）PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)預(yù)處理生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)采用的是集中控制的SIEMENS S7-300.中央控制CPU的控制器是SIEMENS 315-2DP，經(jīng)過DP網(wǎng)線和五個(gè)IMI153鏈接，控制20臺(tái)變頻器。通過PLC與變頻控制間相互的數(shù)據(jù)傳輸，最后對(duì)交換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中控制。

PLC和擴(kuò)展模塊的選型一定先要對(duì)處理線的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，了解配電容量和位置的分布情況，本控制系統(tǒng)包括10臺(tái)輥道電機(jī)、10臺(tái)拋丸電機(jī)，20臺(tái)變頻器和5個(gè)現(xiàn)場(chǎng)操作箱。

西門子PLC選型有其不可替代的優(yōu)點(diǎn)，S7-300系列PLC是西門子模塊化的中小型PLC，這種系列的PLC應(yīng)用于中等控制性能的電氣控制系統(tǒng)再合適不過。CPU集成是程序過程控制的主導(dǎo)，其主要功能是執(zhí)行用戶編寫的程序。S7-300性能較為穩(wěn)定的原因就在于，其設(shè)計(jì)選用的CPU的RAM存儲(chǔ)量為512KB，集成512個(gè)定時(shí)器和512個(gè)計(jì)數(shù)器，有8000多個(gè)存儲(chǔ)器位，數(shù)字量通道最大為65000多點(diǎn)，模擬量通道可達(dá)4000之多，CPU存儲(chǔ)器采用flash EPROM裝置，即使在斷電之后CPU在無電狀態(tài)下仍可以保持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)很長(zhǎng)時(shí)間。S7-300系列315-2DP模塊在設(shè)計(jì)時(shí)做足了電磁兼容和抗震動(dòng)和沖擊的工作，因此能夠在巨大地溫差和強(qiáng)震動(dòng)的環(huán)境下工作；S7-300可以使用SIEMENS公司提供的模塊化程序，這樣就使得用戶程序存儲(chǔ)容量大幅度減少，進(jìn)而使工作效率大幅度提升。

PLC模塊的選型。PLC主機(jī)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要選用SIEMENS S7-300，其數(shù)據(jù)采集和邏輯控制是通過輥道和拋丸機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。PLC的各設(shè)備點(diǎn)都有IM153遠(yuǎn)程I/O和S7-300主機(jī)以及過程計(jì)算機(jī)都通過PROFFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線連接，實(shí)現(xiàn)和主控室的通訊，通訊率在12Mbit/s，主控室到現(xiàn)場(chǎng)控制通訊的電纜長(zhǎng)度大概在500米左右，通訊率為18705Kbit/s，這就足以滿足現(xiàn)場(chǎng)控制和信息反饋的要求。

三、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（一）PLC控制系統(tǒng)軟件編程設(shè)計(jì)

SIEMENS公司設(shè)計(jì)的STEP7型號(hào)的軟件，其目的是用于SIMATIC可編程邏輯控制器的組態(tài)和編程，是SIEMENS公司SIMATIC工業(yè)軟件的組成部分。一個(gè)控制系統(tǒng)的順利完成需要一個(gè)明確的步驟。首先是軟件的安裝和授權(quán)，首次使用STEP7時(shí)，要在電腦上進(jìn)行軟件的安裝，其公司提供的軟件可以直接使用。安裝完成之后講購(gòu)買后授予的權(quán)限從磁盤移動(dòng)到硬盤，STEP軟件就可以使用了。按照工藝要求，在設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)方案和使用STEP7之前，要設(shè)計(jì)出目標(biāo)的控制解決方案，將整個(gè)程序分成多個(gè)子程序，通過逐個(gè)完成任務(wù)，進(jìn)而生成對(duì)應(yīng)的組態(tài)報(bào)表；STEP7安裝完成之后，從Windows界面啟動(dòng)軟件，先創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行命名，項(xiàng)目管理和文件夾管理類似，數(shù)據(jù)是以分層的結(jié)構(gòu)形式存在于項(xiàng)目管理中，，這些數(shù)據(jù)通過程序可以直接被利用，項(xiàng)目創(chuàng)建完成后，其他的任務(wù)都在這個(gè)項(xiàng)目下執(zhí)行；項(xiàng)目建立完成后，要組態(tài)一個(gè)站，組態(tài)的站要與編程控制器型號(hào)對(duì)應(yīng)，否則會(huì)出現(xiàn)一些列調(diào)試問題。組態(tài)站完成之后，就需要組態(tài)硬件，那么就要確定一下控制目標(biāo)所需要的開關(guān)量點(diǎn)數(shù)量以及模擬點(diǎn)的數(shù)量，進(jìn)而相應(yīng)地進(jìn)行模塊選擇。

（二）PLC的基本構(gòu)成和工作原理

PLC的控制核心是微處理器，這個(gè)設(shè)備具有很多微機(jī)的特點(diǎn)，但是PLC相比于微機(jī)來說在工作方式上還是有很大區(qū)別的。微機(jī)以等待命令為工作方式，通常是通過鍵盤的操作，引起I/O狀態(tài)的變化進(jìn)而進(jìn)行工作。但是PLC通過循環(huán)掃描工作進(jìn)行正常工作，針對(duì)PLC中的任何一個(gè)子程序，CPU在指令輸入后開始掃描執(zhí)行，按照編寫程序指令進(jìn)行執(zhí)行掃描，通過周期性的掃描實(shí)現(xiàn)程序的循環(huán)掃描。

結(jié)語(yǔ)

西門子S7-300 PLC編程系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，其中STEP7軟件有提供了豐富的模塊，這就為實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)功能提供了極大的便利。鋼板預(yù)處理系統(tǒng)是中厚鋼板成產(chǎn)行業(yè)的重要組成部分，其技術(shù)水平的高低深深影響了鋼板的產(chǎn)品深加工和產(chǎn)品質(zhì)量的提高，所以，只有一定要將鋼板預(yù)處理系統(tǒng)做好。

參考文獻(xiàn)

[1]宮淑貞，徐世許.可編程控制器原理及應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，2002：32-41.

[2]王國(guó)棟.中國(guó)中厚鋼板軋制技術(shù)與裝備.北京：冶金工業(yè)出版社，2009：364.

[3]王衛(wèi)兵，高俊山.可編程控制器原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002：40-49.

[4]馬國(guó)華.監(jiān)控組態(tài)軟件的相關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì).自動(dòng)化博覽，2009（2）：16-19.

（作者單位：萊蕪技師學(xué)院）