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岳陽西門子PLC代理商

S7-300啟動時的組織塊OB100在CPU啟動中只執(zhí)行一次的特性，對增塑劑伺服電機的控制方式依據(jù)機組不同的啟動狀態(tài)采取了不同響應曲線下的控制方法。具體來說，在CPU啟動時（此時增塑劑存儲量必定為零），通過啟動組織塊OB100中送出高速運轉(zhuǎn)命令至增塑劑伺服電機，使控制曲線成為欠阻尼響應狀態(tài)以實現(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狀態(tài)?！?nbsp;
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(shù)量，因此這樣的設計不會影響正常生產(chǎn)狀況時增塑劑含量的穩(wěn)定性?！　?nbsp;
(2) 對濾棒剔除支數(shù)的計算策略
在纖維濾棒成型機的生產(chǎn)中，為保證濾棒質(zhì)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(shù)。這對統(tǒng)計生產(chǎn)效率帶來了相當?shù)睦щy?！　?nbsp;
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(nèi)主電機的圓周行程，即機組一段時間內(nèi)所生產(chǎn)的濾棒長度?！?nbsp;
從這一角度出發(fā)，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(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)的計算方法?！　?nbsp;
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(shù)與實際濾棒支數(shù)的誤差在±3支以內(nèi)。在精度上，以高生產(chǎn)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?！　?nbsp;
原系統(tǒng)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?！　?nbsp;
(3) 對拼接紙圈的控制策略
改造之前，纖維濾棒成型機執(zhí)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(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，拼接時的紙圈浪費將增加?！　?nbsp;
為避免煩瑣，該項目放棄變頻器對接紙電機轉(zhuǎn)速的分段控制。為求出靜摩擦力和紙圈長度兩者之間的優(yōu)控制，筆者對接紙電機上升時間采取優(yōu)篩選法。通過優(yōu)篩選法得到的電機上升時間大約為3.4s。考慮到生產(chǎn)情況及電磁閥等器件的時滯效應，將這一時間進一步放寬為3.5s?！　?nbsp;
3 程序設計　　 
程序設計采用了結(jié)構(gòu)化設計，將所需實現(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。　　 
程序設計分成硬件設計和軟件設計兩方面。在硬件方面針對系統(tǒng)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(zhí)行模塊、增塑劑執(zhí)行模塊、生產(chǎn)統(tǒng)計計算模塊等FC塊和預設、保持系統(tǒng)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊DB塊?！　?nbsp;
(1) 硬件設計與組態(tài)
本系統(tǒng)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(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(tài)，分別占據(jù)Profibus-DP通訊端的2、3~7和9號站，具體硬件組態(tài)如圖3所示?！　?nbsp;
(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?！　?nbsp;
① 數(shù)據(jù)塊組（Group of Data-Blocks）
數(shù)據(jù)塊組由一系列數(shù)據(jù)塊組成。這些數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)塊都是用戶自定義的。這是因為生產(chǎn)中機組的一些系統(tǒng)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)必須被預設或保存。由于S7-300內(nèi)部保持型M區(qū)的保存數(shù)量相對不足，例如：CPU315-2DP中整個可使用的M區(qū)的容量僅1024Bytes。同時，程序運行中所大量使用中間參數(shù)也需要不可重復的地址空間，所以將大部分的數(shù)據(jù)（特別是在觸摸屏上顯示的參數(shù)）編制成保持型DB塊?！　　?nbsp;
② 速度計算模塊(FC for Speed)
雖然機組的高生產(chǎn)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(tǒng)，本模塊就是將無序設定的參數(shù)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(nèi)部，本模塊會進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)提供給伺服電機執(zhí)行模塊　　 　　 ③ 伺服電機執(zhí)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(shù)模塊等）的數(shù)據(jù)后，伺服電機執(zhí)行模塊會向?qū)乃欧刂茐K發(fā)出指令和接收伺服電機狀態(tài)參數(shù)。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(tài)參數(shù)包括電機當前運行速度等。這些指令和參數(shù)通過過程通道和參數(shù)通道兩種方式控制“一主三從"共計4個伺服電機?！　?nbsp;
④ 增塑劑執(zhí)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(jié)構(gòu)類似于主電機。增塑劑執(zhí)行模塊通過內(nèi)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?shù)膯栴}，所以高速和低速運行的參數(shù)為不同的兩組參數(shù)，程序按設置發(fā)送。這是這個模塊區(qū)別于伺服電機執(zhí)行模塊的地方?！?nbsp;
⑤ 生產(chǎn)統(tǒng)計計算模塊(FC for Statistics)
由于要在生產(chǎn)中向工作人員提供實時的生產(chǎn)狀況，所以編制了這個功能塊，這樣就可以通過多次反復調(diào)用FC205來得到各班次的生產(chǎn)狀況。這樣節(jié)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。

PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)是隨全數(shù)字信號系統(tǒng)的發(fā)展而產(chǎn)生的，是由德國組織開發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準——PROFIBUS現(xiàn)場總線標準(DIN19254)。

PROFIBUS是近年來上為流行的現(xiàn)場總線，也是目前數(shù)據(jù)傳輸率快的一種現(xiàn)場總線(傳輸率可達12M波特)，因此在很多領(lǐng)域內(nèi)廣泛應用。它是不依賴于生產(chǎn)廠家的、開放式的現(xiàn)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(tǒng))是一種經(jīng)過優(yōu)化的模塊，有比較高的數(shù)據(jù)傳輸率，適用于系統(tǒng)和外部設備之間的通信，遠程I/O系統(tǒng)尤為適合。它允許高速度周期性的小批量數(shù)據(jù)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(jié)合其在鐵路信號中的應用，探討實現(xiàn)PROFIBUS-DP/MPI網(wǎng)絡系統(tǒng)原理和方法。

PROFIBUS-DP/MPI網(wǎng)的性質(zhì)和特點

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

DP網(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)

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

PROFIBUS連接的系統(tǒng)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(zhí)行器及變送器，它們沒有總線控制權(quán)，僅對接收到的信息給予回答，或者主站發(fā)出請求時回送給主站相應信息。因此，從站只需要協(xié)議的一小部分，實現(xiàn)起來非常方便。

PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498標準，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)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(jié)構(gòu)比較。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調(diào)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(shù)據(jù)鏈路層提供了介質(zhì)存取控制功能、數(shù)據(jù)的完整性檢查以及傳輸執(zhí)行的協(xié)議，在PROFIBUS中稱第2層為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路(FDL)(包括介質(zhì)訪問存取控制(MAC)子層、現(xiàn)場總線鏈路控制(FLC)子層、現(xiàn)場總線管理(FMA1/2)子層)，采用混合介質(zhì)存取協(xié)議，對應于DIN(E)19245，支持單主或多主系統(tǒng)，主或從設備，大站數(shù)為126。它包括主站之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧钆骗h(huán)方式和從站之間的主-從方式。PROFIBUS第7層包括底層接口(LLI)、現(xiàn)場總線信息規(guī)范(FMS)和現(xiàn)場總線管理(FMA7)。

圖1　ISO/OSI參考模型與PROFIBUS體系結(jié)構(gòu)比較

圖2為PROFIBUS-DP數(shù)據(jù)傳輸示意圖，即主站發(fā)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(shù)據(jù)傳輸

USS 通信功能塊與變頻器的控制關(guān)系

        USS_DRV功能塊通過USS_DRV_DB數(shù)據(jù)塊實現(xiàn)與USS_PORT功能塊的數(shù)據(jù)接收與傳送，而USS_PORT功能塊是S7-1200 PLC CM1241 RS485模塊與變頻器之間的通信接口。USS_RPM功能塊和USS_WPM功能塊與變頻器的通信與USS_DRV功能塊的通信方式是相同的。

        每個S7-1200 CPU多可帶3個通信模塊，而每個CM1241 RS485通信模塊多支持16個變頻器。因此用戶在一個S7-1200 CPU中多可建立3個USS網(wǎng)絡，而每個USS網(wǎng)絡多支持16個變頻器，總共多支持48個USS變頻器。

5. 2 S7 1200 PLC進行USS通信的編程

1．USS通信接口參數(shù)功能塊的編程
USS通信接口參數(shù)功能塊的編程如下圖所示。

圖7： USS通信接口參數(shù)功能塊的編程

USS_PORT功能塊用來處理USS網(wǎng)絡上的通信，它是S71200 CPU與變頻器的通信借口。每個CM1241 RS485模塊有且必須有一個USS_PORT功能塊。

PORT：指的是通過哪個通信模塊進行USS通信。
BAUD：指的是和變頻器進行通行的速率。 變頻器的參數(shù)P2010種進行設置。
USS_DB：指的是和變頻器通信時的USS數(shù)據(jù)塊。每個通信模塊多可以有16個USS數(shù)據(jù)塊，每個CPU多可以有48個USS數(shù)據(jù)塊，具體的通信情況要和現(xiàn)場實際情況相聯(lián)系。每個變頻器與S7-1200進行通信的數(shù)據(jù)塊是的。
ERROR：輸出錯誤。
STATUS：掃描或初始化的狀態(tài)。
S7-1200 PLC與變頻器的通信是與它本身的掃描周期不同步的，在完成一次與變頻器的通信事件之前，S7-1200通常完成了多個掃描。
USS_PORT通信的時間間隔是S7-1200與變頻器通信所需要的時間，不同的通信波特率對應的不同的USS_PORT通信間隔時間。下圖列出了不同的波特率對應的USS_PORT小通信間隔時間。

圖8：不同的波特率對應的USS_PORT小通信間隔時間