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繼電器接觸器控制系統(tǒng)經(jīng)過長期的使用，已有一套能完成系統(tǒng)要求的控制功能并經(jīng)過驗(yàn)證的控制電路圖，而PLC控制的梯形圖和繼電器接觸器控制電路圖很相似，因此可以直接將經(jīng)過驗(yàn)證的繼電器接觸器控制電路圖轉(zhuǎn)換成梯形圖。主要步驟如下：

　　根據(jù)自動(dòng)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(dòng)時(shí)好使用欠阻尼響應(yīng)曲線，其理由是：CPU啟動(dòng)狀態(tài)下，對(duì)增塑劑積累時(shí)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(shí)對(duì)含量的穩(wěn)定要求優(yōu)先于積累的快速性。

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　　因此，利用S7-300啟動(dòng)時(shí)的組織塊OB100在CPU啟動(dòng)中只執(zhí)行一次的特性，對(duì)增塑劑伺服電機(jī)的控制方式依據(jù)機(jī)組不同的啟動(dòng)狀態(tài)采取了不同響應(yīng)曲線下的控制方法。具體來說，在CPU啟動(dòng)時(shí)（此時(shí)增塑劑存儲(chǔ)量必定為零），通過啟動(dòng)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(duì)存儲(chǔ)器中增塑劑的快速積累。而在非CPU啟動(dòng)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)*避免了CPU重啟時(shí)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(huì)影響正常生產(chǎn)狀況時(shí)增塑劑含量的穩(wěn)定性。

　　(2) 對(duì)濾棒剔除支數(shù)的計(jì)算策略

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是通過 PLC 編程軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等等。使用編程軟件可以十分方便地在計(jì)算機(jī)上離線或在線編程、在線調(diào)試，使用編程軟件可以十分方便地在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序的存取、加密以及形成 EXE 運(yùn)行文件。

7.3.2 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟

在了解了程序結(jié)構(gòu)和編程方法的基礎(chǔ)上，就要實(shí)際地編寫 PLC 程序了。編寫 PLC 程序和編寫其他計(jì)算機(jī)程序一樣，都需要經(jīng)歷如下過程。

1. 對(duì)系統(tǒng)任務(wù)分塊

分塊的目的就是把一個(gè)復(fù)雜的工程，分解成多個(gè)比較簡(jiǎn)單的小任務(wù)。這樣就把一個(gè)復(fù)雜的大問題化為多個(gè)簡(jiǎn)單的小問題。這樣可便于編制程序。

2. 編制控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖

從邏輯關(guān)系圖上，可以反應(yīng)出某一邏輯關(guān)系的結(jié)果是什么，這一結(jié)果又英國導(dǎo)出哪些動(dòng)作。這個(gè)邏輯關(guān)系可以是以各個(gè)控制活動(dòng)順序?yàn)榛鶞?zhǔn)，也可能是以整個(gè)活動(dòng)的時(shí)間節(jié)拍為基準(zhǔn)。邏輯關(guān)系圖反映了控制過程中控制作用與被控對(duì)象的活動(dòng)，也反應(yīng)了輸入與輸出的關(guān)系。

3. 繪制各種電路圖

繪制各種電路的目的，是把系統(tǒng)的輸入輸出所設(shè)計(jì)的地址和名稱聯(lián)系起來。這是很關(guān)鍵的一步。在繪制 PLC 的輸入電路時(shí)，不僅要考慮到信號(hào)的連接點(diǎn)是否與命名一致，還要考慮到輸入端的電壓和電流是否合適，也要考慮到在特殊條件下運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定條件等問題。特別要考慮到能否把高壓引導(dǎo)到 PLC 的輸入端，把高壓引入 PLC 輸入端，會(huì)對(duì) PLC 造成比較大的傷害。在繪制 PLC 的輸出電路時(shí)，不僅要考慮到輸出信號(hào)的連接點(diǎn)是否與命名一致，還要考慮到 PLC 輸出模塊的帶負(fù)載能力和耐電壓能力。此外，還要考慮到電源的輸出功率和極性問題。在整個(gè)電路的繪制中，還要考慮設(shè)計(jì)的原則努力提高其穩(wěn)定性和可靠性。雖然用 PLC 進(jìn)行控制方便、靈活。但是在電路的設(shè)計(jì)上仍然需要謹(jǐn)慎、全面。因此，在繪制電路圖時(shí)要考慮周全，何處該裝按鈕，何處該裝開關(guān)，都要一絲不茍。

4. 編制 PLC 程序并進(jìn)行模擬調(diào)試

在繪制完電路圖之后，就可以著手編制 PLC 程序了。當(dāng)然可以用上述方法編程。在編程時(shí)，除了要注意程序要正確、可靠之外，還要考慮程序要簡(jiǎn)捷、省時(shí)、便于閱讀、便于修改。編好一個(gè)程序塊要進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，這樣便于查找問題，便于及時(shí)修改不要整個(gè)程序完成后一起算總帳。

5. 制作控制臺(tái)與控制柜

在繪制完電器、編完程序之后，就可以制作控制臺(tái)和控制柜了。在時(shí)間緊張的時(shí)候，這項(xiàng)工作也可以和編制程序并列進(jìn)行。在制作控制臺(tái)和控制柜的時(shí)候要注意選擇開關(guān)、按鈕、繼電器等器件的質(zhì)量，規(guī)格必須滿足要求。設(shè)備的安裝必須注意安全、可靠。比如說屏蔽問題、接地問題、高壓隔離等問題必須妥善處理。

6. 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試是整個(gè)控制系統(tǒng)完成的重要環(huán)節(jié)。任何程序的設(shè)計(jì)很難說不經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試就能使用的。只有通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制回路和控制程序不能滿足系統(tǒng)要求之處；只有通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制電路和控制程序發(fā)生矛盾之處；只有進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試才能后實(shí)地測(cè)試和后調(diào)整控制電路和控制程序，以適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求。

7. 編寫技術(shù)文件并現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試以后，控制電路和控制程序基本被確定了，整個(gè)系統(tǒng)的硬件和軟件基本沒有問題了。這時(shí)就要全面整流技術(shù)文件，包括整理電路圖、PLC 程序、使用說明及幫助文件。到此工作基本結(jié)束。

　　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(shí)，機(jī)組就會(huì)剔除此時(shí)的濾棒。此時(shí)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(duì)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(dòng)態(tài)的車速反饋，但這條反饋曲線是不斷波動(dòng)和變化的非線性曲線。對(duì)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(duì)于此項(xiàng)目就是要求給出一定時(shí)間內(nèi)主電機(jī)的圓周行程，即機(jī)組一段時(shí)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(duì)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(shí)間內(nèi)的濾棒生產(chǎn)長度L=Σ(Δv*Δt)，再除以單個(gè)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(gè)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(shí)可以滿足條件。此時(shí)，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，以高生產(chǎn)速度3300支/分鐘計(jì)（此時(shí)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(rèn)為只要將Δt控制在20ms時(shí)就可以滿足積分求解的條件。

　　原系統(tǒng)的PLC掃描一周的時(shí)間高達(dá)幾十毫秒，顯然不滿足要求。而此項(xiàng)目采用的S7-315-2DP，其單指令掃描周期為10μs級(jí)、整個(gè)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(duì)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(duì)實(shí)際生產(chǎn)是不利的：每次降速都會(huì)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(dòng)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(shì)必使紙圈的靜摩擦力同等上升。如果轉(zhuǎn)速斜坡率過高會(huì)產(chǎn)生很大的靜摩擦力，該力會(huì)撕裂紙圈。如果轉(zhuǎn)速斜坡率過低，拼接時(shí)的紙圈浪費(fèi)將增加。

　　為避免煩瑣，該項(xiàng)目放棄變頻器對(duì)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優(yōu)控制，筆者對(duì)接紙電機(jī)上升時(shí)間采取優(yōu)篩選法。通過優(yōu)篩選法得到的電機(jī)上升時(shí)間大約為3.4s?？紤]到生產(chǎn)情況及電磁閥等器件的時(shí)滯效應(yīng)，將這一時(shí)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(duì)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(bào)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(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外圍設(shè)備為5個(gè)伺服電機(jī)的DP通訊端。

　　對(duì)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(hào)站，具體硬件組態(tài)如圖3所示。

　　(2) 軟件設(shè)計(jì)

　　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(gè)比較重要的用戶功能模塊。

　?、?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?yàn)樯a(chǎn)中機(jī)組的一些系統(tǒng)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)必須被預(yù)設(shè)或保存。由于S7-300內(nèi)部保持型M區(qū)的保存數(shù)量相對(duì)不足，例如：CPU315-2DP中整個(gè)可使用的M區(qū)的容量僅1024Bytes。同時(shí)，程序運(yùn)行中所大量使用中間參數(shù)也需要不可重復(fù)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。