西门子PLC S7—200在平盘放带复绕机上的应用
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摘 要：本电气控制系统主要应用西门子S7-200 PLC、TP-02G、ACS550变频器、台达伺服控制器等电器元件实现主动平盘放带复绕机设备的运行功能。
关键词：西门子PLC S7-200；文本显示器；控制系统；刹车电磁阀
一、项目简介
客户属于药芯焊丝生产企业，根据客户的工艺要求，首道工序需要将单盘钢带放置在设备的平盘放带装置上并涨紧固定，拉出一段钢带经过调节摆臂装置后缠绕在收带装置的工字轮上。开始启动设备，当这盘钢带在工字轮上缠绕完成后，再将下一盘钢带放在平盘放带装置上并涨紧固定，拉出一段钢带后，与之前缠绕在工字轮上的刚带用钢带对焊机焊接好。再次启动设备，完成这一盘钢带的缠绕操作，重复以上操作直至将工字轮缠满钢带，完成本道工序产品的生产。此缠满钢带的工字轮将供给下个工序使用。
二、硬件配置
为了提高控制系统的可靠性及满足实现控制的要求，选择西门子小型系列PLC S7-200作为控制系统的核心部件。
PLC数字量输入点数的统计：1）启动按钮、停止按钮、计米按钮、急停开关、自动＼＼手动选择开关等元件。2）测量钢带速度、长度及排线控制使用的接近开关。3）变频器、变频电机风机热继电器保护报警信号及伺服控制器报警信号。需要13个数字量输入点。
PLC数字量输出点数的统计：1）设备运行指示灯、故障指示灯。2）收带和放带变频器启停控制、排线伺服控制器启停控制。3）收带和放带刹车电磁阀控制。需要7个数字量输出点。
PLC模拟量输入点数的统计：1）调节缠绕速度的电位器。2）测量摆臂位置的直线位移传感器。需要2个模拟量输入点。
PLC模拟量输出点数的统计：1）收带工字轮由变频电机驱动。2）放带平盘装置由变频电机驱动。3）钢带排线间距由伺服电机控制。对于变频器及伺服控制器采用的是模拟量信号分别进行速度控制。需要3个模拟量输出点。
经以上分析，选用西门子S7-200PLC系列中的紧凑型单元CPU 224XP CN和一个扩展模块EM232，分别型号为6ES7 214-2BD23-0XB8和6ES7 232-0HB22-0XA8。
CPU 224XP CN集成14点数字量输入，10点数字量输出，2路模拟量输入，1路模拟量输出，可最多连接7个扩展模块。16K字节程序和10K字节数据存储空间。具有6路高速计数器，其中有4路30KHZ、2路200KHZ单相高速计数器。具有PID控制器功能。具有两个RS485通讯和编程口，具有PPI通讯协议、自由方式通讯能力。
扩展模块EM232具有2路模拟量输出信号。
文本显示器选用台达品牌，型号为TP-02G。用于显示钢带运行速度，缠绕长度及设定钢带排线间隙宽度等参数。
变频器选用ABB品牌的ACS550系列变频器。
伺服控制器选用台达品牌的ASD系列控制器。
三、程序软件设计
按照设备运行功能的要求，绘制设备控制系统的电气原理图。
根据系统所需要的控制功能，利用西门子STEP 7 MicroWIN SP6 编程软件进行编辑程序，主要功能有：1）手动缠绕功能。2）自动缠绕功能。3）钢带速度控制功能。4）放带速度PID控制功能。5）报警处理。6）自动计米停车功能。7）工字轮两端排线补偿功能。8）钢带排线间隙宽度调整功能。9）数字量，模拟量输入输出控制。10）与显示文本器通讯功能。
通过台达TPEditor 1.30编辑软件编写相应的文本显示器程序。
四、设备调试
将制作完成的电气控制柜与设备上的电气元件用电线、电缆按施工规范连接完毕，再用万用表检查确认无误后，开始给设备上电。将编写好的西门子S7-200 PLC程序及文本显示器程序下载到相应控制器里，再将收带、放带变频器及排线伺服控制器的参数根据需要设定完毕，通过文本显示器设定好摆臂摆动的最大值和最小值。
首先，测试手动缠绕功能，将钢带从平盘放带装置上拉出，经过调节摆臂装置后缠绕在收带工字轮上。在操作台上选择手动功能，按启动按钮运行设备，调节速度旋钮开始进行钢带缠绕操作。检查钢带在工字轮上的缠绕间隙，通过修改文本显示器内的间隙参数来达到需要缠绕的间隙宽度。检查钢带在工字轮排线时两端是否平整，通过文本显示器调整两端排线补偿参数来实现排线平整。检查钢带调节摆臂装置的位置是否合适，通过文本显示器修改放带速度的PID参数，实现放带速度能够根据摆臂位置与收带速度匹配。当观测到这次钢带缠绕即将结束时，在操作台上按下计米按钮，记忆本次缠绕钢带的长度。当钢带脱离平盘放带装置时，按停止按钮停止设备运行，同时收带、放带刹车电磁阀自动配合完成刹车动作，完成本次缠绕工序。
其次，测试自动缠绕功能，将下一盘钢带从平盘放带装置上拉出，与上一盘缠绕完成的钢带通过钢带对焊机焊接好。在操作台上选择自动动功能，按启动按钮运行设备，设备将自动按设定的速度开始缠绕。当缠绕的钢带长度接近已经记忆的长度时，会自动降低速度运行，直到钢带脱离平盘放带装置时，自动停车传感器检测到信号后自动停止设备，同时收带、放带刹车电磁阀自动配合完成刹车动作，结束本次缠绕工序。
通过重复以上的操作，完成了若干工字轮钢带的缠绕工作，在设备操作性及运行平稳性等方面均达到设计要求。
五、結语
上述主动平盘放带复绕机自2015年5月在江苏九州金属制品有限公司运行至今，运行正常。通过以上应用，说明西门子PLC S7-200在平盘放带复绕机控制系统的硬件及软件设计应用上都具有很好的效果和经济价值，值得推广应用。
参考文献：
[1]廖常初.S7-200PLC编程及应用（第3版）[M].北京：机械工业出版社，2008：14-21.
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