S7-300 PLC在KDF2纖維濾棒成型機(jī)組中的應(yīng)用
KDF2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)用享偎，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)雜擂冷；電控系統(tǒng)相對(duì)落后；生產(chǎn)環(huán)境比較差慈琼，噪音響星自；維修難度高，能源利用率低等芋沽。因此塑崖，原有機(jī)組越來越不適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)要求。
為此痛倚，筆者參照國際上先進(jìn)的高速濾棒成型設(shè)備的設(shè)計(jì)原理规婆，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(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)良特性及PLC在工業(yè)控制中的優(yōu)勢(shì)蝉稳，設(shè)計(jì)了此套控制系統(tǒng)抒蚜。
1 系統(tǒng)概述
纖維濾棒成型機(jī)組控制和傳動(dòng)系統(tǒng)采用了Lenze公司的伺服系統(tǒng)、Digital公司的觸摸式控制屏和西門子公司的PLC耘戚，分別通過MPI和DP通訊控制嗡髓。
纖維濾棒成型機(jī)通過二次開松、增塑劑添加收津、卷制成形饿这、刀盤切斷和排列裝盤的過程生產(chǎn)濾棒。
2 控制策略
(1) 對(duì)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)曲線的控制方式撞秋。但是蛹稍，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部服，具體表現(xiàn)為：每天第一次上電開機(jī)時(shí)订薛，增塑劑存儲(chǔ)器中增塑劑積累時(shí)間過長，造成一段時(shí)間內(nèi)濾棒增塑劑含量過低胎融。根據(jù)售后服務(wù)部門的反饋窑赂，某些煙廠為保證濾棒質(zhì)量往往會(huì)剔除第一盒濾棒。這樣會(huì)有較大的浪費(fèi)美怪。
產(chǎn)生這種情況是因?yàn)闊煆S每天工作結(jié)束時(shí)或者CPU重啟時(shí)機(jī)組都會(huì)停機(jī)圃活，并排空存儲(chǔ)器中的增塑劑。由于欠阻尼響應(yīng)到達(dá)設(shè)定值時(shí)間過長蒸咏，造成開始階段濾棒增塑劑含量過低归鲸。日常生產(chǎn)班次中，每次停機(jī)不排空增塑劑悬坎，而是在存儲(chǔ)器中保有一定儲(chǔ)存量定桃。
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)何别。理論上說篮啦，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)定性挥萌；過阻尼響應(yīng)是為了穩(wěn)定性犧牲快速性绰姻；欠阻尼響應(yīng)則是為了快速性犧牲穩(wěn)定性。然而引瀑，臨界阻尼由于條件過于苛刻狂芋，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)曲線的特性憨栽，筆者認(rèn)為CPU啟動(dòng)時(shí)最好使用欠阻尼響應(yīng)曲線帜矾，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)定性徒像；而其他狀態(tài)下使用過阻尼響應(yīng)曲線黍特，此時(shí)對(duì)含量的穩(wěn)定要求優(yōu)先于積累的快速性蛙讥。
因此锯蛀，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)曲線下的控制方法次慢。具體來說旁涤，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)迫像，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辙炒。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薇兆，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)牌君。
新的設(shè)計(jì)完全避免了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)量肯矾，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)定性截剩。
(2) 對(duì)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)量界赦，每當(dāng)速度低于一定的設(shè)定值時(shí)诬忱，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焰箩，按通常方式無法計(jì)算出具體的剔除支數(shù)疚编。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)的車速反饋影晋，但這條反饋曲線是不斷波動(dòng)和變化的非線性曲線在膏。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)的圓周行程炉抒，即機(jī)組一段時(shí)間內(nèi)所生產(chǎn)的濾棒長度奢讨。
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)算方法焰薄，即從積分的基本定義出發(fā)拿诸，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)算方法塞茅。
按照積分的定義要求亩码，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野瘦。在實(shí)際過程中描沟，近似認(rèn)為Δt=20ms時(shí)可以滿足條件林艘。此時(shí)搞吱，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)。在精度上效扫，以最高生產(chǎn)速度3300支/分鐘計(jì)（此時(shí)濾棒長度為120mm）惰许，±3支的精度是完全可以滿足精度要求席覆。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)幾十毫秒胜玖，顯然不滿足要求袄优。而此項(xiàng)目采用的S7-315-2DP，其單指令掃描周期為10μs級(jí)竿疫、整個(gè)掃描周期被縮短為7~8ms紫掷，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
改造之前胃争，纖維濾棒成型機(jī)執(zhí)行的是降低運(yùn)行速度再進(jìn)行紙圈拼接伯梧。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)量所讶。為消除這種影響惊眠，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)作一樣项栈，兩者只是在機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制元件上有區(qū)別手欣。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)生很大的靜摩擦力映检，該力會(huì)撕裂紙圈癞樊。如果轉(zhuǎn)速斜坡率過低，拼接時(shí)的紙圈浪費(fèi)將增加凛澎。
為避免煩瑣霹肝，該項(xiàng)目放棄變頻器對(duì)接紙電機(jī)轉(zhuǎn)速的分段控制估蹄。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(duì)接紙電機(jī)上升時(shí)間采取最優(yōu)篩選法沫换。通過最優(yōu)篩選法得到的電機(jī)上升時(shí)間大約為3.4s臭蚁。考慮到生產(chǎn)情況及電磁閥等器件的時(shí)滯效應(yīng)讯赏，將這一時(shí)間進(jìn)一步放寬為3.5s垮兑。
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）漱挎，在主程序循環(huán)模塊（組織塊OB1）中調(diào)用這些已經(jīng)編制好的子程序系枪。
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)磕谅，在軟件方面則按需要編制了速度計(jì)算模塊私爷、報(bào)警和故障模塊、伺服電機(jī)執(zhí)行模塊膊夹、增塑劑執(zhí)行模塊痒仇、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塊邀敲。
(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電源模塊恰印，1塊CPU-315-2DP，4塊24V/0V SM321數(shù)字量輸入模塊咐准，3塊24V/0.5A SM322數(shù)字量輸出模塊啃掠，1塊FM352-2高速計(jì)數(shù)模塊慷训，2塊SM331模擬量輸入模塊消李，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通訊端蝉橘。
對(duì)上述硬件按要求進(jìn)行組態(tài)苔眼，分別占據(jù)Profibus-DP通訊端的2、3~7和9號(hào)站润邑，具體硬件組態(tài)如圖3所示稽星。
(2) 軟件設(shè)計(jì)
由于編制的用戶功能模塊很多，限于篇幅哄谆，在這里不能一一作出介紹褥民。以下介紹幾個(gè)比較重要的用戶功能模塊。
∠绰А① 數(shù)據(jù)塊組（Group of Data-Blocks）
數(shù)據(jù)塊組由一系列數(shù)據(jù)塊組成消返。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耘拇。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)或保存撵颊。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)倡勇，程序運(yùn)行中所大量使用中間參數(shù)也需要不可重復(fù)的地址空間逞刷，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。
∑扌堋② 速度計(jì)算模塊(FC for Speed)
雖然機(jī)組的最高生產(chǎn)能力為400m/min夸浅，但是在許多煙廠并不需要一直運(yùn)行在高速度下。該項(xiàng)目提供可從觸摸屏上選擇5檔不同的車速系統(tǒng)扔役，本模塊就是將無序設(shè)定的參數(shù)按由大到小的方式降序排列题篷，并在觸摸屏上以這種次序顯示出來。在程序內(nèi)部厅目，本模塊會(huì)進(jìn)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(jī)執(zhí)行模塊木砾。
③ 伺服電機(jī)執(zhí)行模塊(FC for Servo-Motor)
在得到速度計(jì)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)后修诈，伺服電機(jī)執(zhí)行模塊會(huì)向?qū)?yīng)的伺服控制塊發(fā)出指令和接收伺服電機(jī)狀態(tài)參數(shù)瘸劳。指令包括伺服控制字、車速命令投沃、快停命令妖恨、上升時(shí)間和下降時(shí)間等，狀態(tài)參數(shù)包括電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行速度等绞艘。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(jì)4個(gè)伺服電機(jī)足沥。
④ 增塑劑執(zhí)行模塊(FC for Glyceride-Motor)
控制增塑劑的伺服電機(jī)是相對(duì)獨(dú)立于其他伺服電機(jī)妈削，控制結(jié)構(gòu)類似于主電機(jī)轿跌。增塑劑執(zhí)行模塊通過內(nèi)部計(jì)算得到增塑劑伺服電機(jī)的運(yùn)行速度。同時(shí)逮碾，由于存在增塑劑軟件補(bǔ)償?shù)膯栴}汪兢，所以高速和低速運(yùn)行的參數(shù)為不同的兩組參數(shù)，程序按設(shè)置發(fā)送辞槐。這是這個(gè)模塊區(qū)別于伺服電機(jī)執(zhí)行模塊的地方掷漱。
⑤ 生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)計(jì)算模塊(FC for Statistics)
由于要在生產(chǎn)中向工作人員提供實(shí)時(shí)的生產(chǎn)狀況榄檬，所以編制了這個(gè)功能塊卜范，這樣就可以通過多次反復(fù)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(shí)間和工作量鹿榜，也同時(shí)減少了程序編寫出錯(cuò)的隱患海雪。
4 結(jié)語
該控制系統(tǒng)全面提高了纖維濾棒成型機(jī)組的總體性能，控制功能得到完善和提升犬缨。將舊的交流變頻控制系統(tǒng)升級(jí)為由S7-300控制下交流伺服系統(tǒng)喳魏，使KDF2型纖維濾棒成型機(jī)具有新的競爭力棉浸。
考慮到今后煙廠信息集成化和網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集的需要，這里使用的S7-300已經(jīng)預(yù)留了數(shù)據(jù)采集端口刺彩，在程序中也進(jìn)行了相應(yīng)的處理迷郑。這無疑又增強(qiáng)了機(jī)組的生命力。
為此痛倚，筆者參照國際上先進(jìn)的高速濾棒成型設(shè)備的設(shè)計(jì)原理规婆，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(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)良特性及PLC在工業(yè)控制中的優(yōu)勢(shì)蝉稳，設(shè)計(jì)了此套控制系統(tǒng)抒蚜。
1 系統(tǒng)概述
纖維濾棒成型機(jī)組控制和傳動(dòng)系統(tǒng)采用了Lenze公司的伺服系統(tǒng)、Digital公司的觸摸式控制屏和西門子公司的PLC耘戚，分別通過MPI和DP通訊控制嗡髓。
纖維濾棒成型機(jī)通過二次開松、增塑劑添加收津、卷制成形饿这、刀盤切斷和排列裝盤的過程生產(chǎn)濾棒。
2 控制策略
(1) 對(duì)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)曲線的控制方式撞秋。但是蛹稍，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部服，具體表現(xiàn)為：每天第一次上電開機(jī)時(shí)订薛，增塑劑存儲(chǔ)器中增塑劑積累時(shí)間過長，造成一段時(shí)間內(nèi)濾棒增塑劑含量過低胎融。根據(jù)售后服務(wù)部門的反饋窑赂，某些煙廠為保證濾棒質(zhì)量往往會(huì)剔除第一盒濾棒。這樣會(huì)有較大的浪費(fèi)美怪。
產(chǎn)生這種情況是因?yàn)闊煆S每天工作結(jié)束時(shí)或者CPU重啟時(shí)機(jī)組都會(huì)停機(jī)圃活，并排空存儲(chǔ)器中的增塑劑。由于欠阻尼響應(yīng)到達(dá)設(shè)定值時(shí)間過長蒸咏，造成開始階段濾棒增塑劑含量過低归鲸。日常生產(chǎn)班次中，每次停機(jī)不排空增塑劑悬坎，而是在存儲(chǔ)器中保有一定儲(chǔ)存量定桃。
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)何别。理論上說篮啦，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)定性挥萌；過阻尼響應(yīng)是為了穩(wěn)定性犧牲快速性绰姻；欠阻尼響應(yīng)則是為了快速性犧牲穩(wěn)定性。然而引瀑，臨界阻尼由于條件過于苛刻狂芋，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)曲線的特性憨栽，筆者認(rèn)為CPU啟動(dòng)時(shí)最好使用欠阻尼響應(yīng)曲線帜矾，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)定性徒像；而其他狀態(tài)下使用過阻尼響應(yīng)曲線黍特，此時(shí)對(duì)含量的穩(wěn)定要求優(yōu)先于積累的快速性蛙讥。
因此锯蛀，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)曲線下的控制方法次慢。具體來說旁涤，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)迫像，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辙炒。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薇兆，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)牌君。
新的設(shè)計(jì)完全避免了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)量肯矾，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)定性截剩。
(2) 對(duì)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)量界赦，每當(dāng)速度低于一定的設(shè)定值時(shí)诬忱，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焰箩，按通常方式無法計(jì)算出具體的剔除支數(shù)疚编。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)的車速反饋影晋，但這條反饋曲線是不斷波動(dòng)和變化的非線性曲線在膏。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)的圓周行程炉抒，即機(jī)組一段時(shí)間內(nèi)所生產(chǎn)的濾棒長度奢讨。
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)算方法焰薄，即從積分的基本定義出發(fā)拿诸，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)算方法塞茅。
按照積分的定義要求亩码，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野瘦。在實(shí)際過程中描沟，近似認(rèn)為Δt=20ms時(shí)可以滿足條件林艘。此時(shí)搞吱，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)。在精度上效扫，以最高生產(chǎn)速度3300支/分鐘計(jì)（此時(shí)濾棒長度為120mm）惰许，±3支的精度是完全可以滿足精度要求席覆。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)幾十毫秒胜玖，顯然不滿足要求袄优。而此項(xiàng)目采用的S7-315-2DP，其單指令掃描周期為10μs級(jí)竿疫、整個(gè)掃描周期被縮短為7~8ms紫掷，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
改造之前胃争，纖維濾棒成型機(jī)執(zhí)行的是降低運(yùn)行速度再進(jìn)行紙圈拼接伯梧。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)量所讶。為消除這種影響惊眠，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)作一樣项栈，兩者只是在機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制元件上有區(qū)別手欣。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)生很大的靜摩擦力映检，該力會(huì)撕裂紙圈癞樊。如果轉(zhuǎn)速斜坡率過低，拼接時(shí)的紙圈浪費(fèi)將增加凛澎。
為避免煩瑣霹肝，該項(xiàng)目放棄變頻器對(duì)接紙電機(jī)轉(zhuǎn)速的分段控制估蹄。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(duì)接紙電機(jī)上升時(shí)間采取最優(yōu)篩選法沫换。通過最優(yōu)篩選法得到的電機(jī)上升時(shí)間大約為3.4s臭蚁。考慮到生產(chǎn)情況及電磁閥等器件的時(shí)滯效應(yīng)讯赏，將這一時(shí)間進(jìn)一步放寬為3.5s垮兑。
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）漱挎，在主程序循環(huán)模塊（組織塊OB1）中調(diào)用這些已經(jīng)編制好的子程序系枪。
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)磕谅，在軟件方面則按需要編制了速度計(jì)算模塊私爷、報(bào)警和故障模塊、伺服電機(jī)執(zhí)行模塊膊夹、增塑劑執(zhí)行模塊痒仇、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塊邀敲。
(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電源模塊恰印，1塊CPU-315-2DP，4塊24V/0V SM321數(shù)字量輸入模塊咐准，3塊24V/0.5A SM322數(shù)字量輸出模塊啃掠，1塊FM352-2高速計(jì)數(shù)模塊慷训，2塊SM331模擬量輸入模塊消李，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通訊端蝉橘。
對(duì)上述硬件按要求進(jìn)行組態(tài)苔眼，分別占據(jù)Profibus-DP通訊端的2、3~7和9號(hào)站润邑，具體硬件組態(tài)如圖3所示稽星。
(2) 軟件設(shè)計(jì)
由于編制的用戶功能模塊很多，限于篇幅哄谆，在這里不能一一作出介紹褥民。以下介紹幾個(gè)比較重要的用戶功能模塊。
∠绰А① 數(shù)據(jù)塊組（Group of Data-Blocks）
數(shù)據(jù)塊組由一系列數(shù)據(jù)塊組成消返。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耘拇。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)或保存撵颊。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)倡勇，程序運(yùn)行中所大量使用中間參數(shù)也需要不可重復(fù)的地址空間逞刷，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。
∑扌堋② 速度計(jì)算模塊(FC for Speed)
雖然機(jī)組的最高生產(chǎn)能力為400m/min夸浅，但是在許多煙廠并不需要一直運(yùn)行在高速度下。該項(xiàng)目提供可從觸摸屏上選擇5檔不同的車速系統(tǒng)扔役，本模塊就是將無序設(shè)定的參數(shù)按由大到小的方式降序排列题篷，并在觸摸屏上以這種次序顯示出來。在程序內(nèi)部厅目，本模塊會(huì)進(jìn)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(jī)執(zhí)行模塊木砾。
③ 伺服電機(jī)執(zhí)行模塊(FC for Servo-Motor)
在得到速度計(jì)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)后修诈，伺服電機(jī)執(zhí)行模塊會(huì)向?qū)?yīng)的伺服控制塊發(fā)出指令和接收伺服電機(jī)狀態(tài)參數(shù)瘸劳。指令包括伺服控制字、車速命令投沃、快停命令妖恨、上升時(shí)間和下降時(shí)間等，狀態(tài)參數(shù)包括電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行速度等绞艘。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(jì)4個(gè)伺服電機(jī)足沥。
④ 增塑劑執(zhí)行模塊(FC for Glyceride-Motor)
控制增塑劑的伺服電機(jī)是相對(duì)獨(dú)立于其他伺服電機(jī)妈削，控制結(jié)構(gòu)類似于主電機(jī)轿跌。增塑劑執(zhí)行模塊通過內(nèi)部計(jì)算得到增塑劑伺服電機(jī)的運(yùn)行速度。同時(shí)逮碾，由于存在增塑劑軟件補(bǔ)償?shù)膯栴}汪兢，所以高速和低速運(yùn)行的參數(shù)為不同的兩組參數(shù)，程序按設(shè)置發(fā)送辞槐。這是這個(gè)模塊區(qū)別于伺服電機(jī)執(zhí)行模塊的地方掷漱。
⑤ 生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)計(jì)算模塊(FC for Statistics)
由于要在生產(chǎn)中向工作人員提供實(shí)時(shí)的生產(chǎn)狀況榄檬，所以編制了這個(gè)功能塊卜范，這樣就可以通過多次反復(fù)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(shí)間和工作量鹿榜，也同時(shí)減少了程序編寫出錯(cuò)的隱患海雪。
4 結(jié)語
該控制系統(tǒng)全面提高了纖維濾棒成型機(jī)組的總體性能，控制功能得到完善和提升犬缨。將舊的交流變頻控制系統(tǒng)升級(jí)為由S7-300控制下交流伺服系統(tǒng)喳魏，使KDF2型纖維濾棒成型機(jī)具有新的競爭力棉浸。
考慮到今后煙廠信息集成化和網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集的需要，這里使用的S7-300已經(jīng)預(yù)留了數(shù)據(jù)采集端口刺彩，在程序中也進(jìn)行了相應(yīng)的處理迷郑。這無疑又增強(qiáng)了機(jī)組的生命力。
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