摘要：本文以西門子S7-CPU313C型PLC為例，詳細(xì)介紹了一個典型的工業(yè)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、成熟實用且具有極強(qiáng)的擴(kuò)展性能，可用于多種工業(yè)控制系統(tǒng)。
    Abstract：This article makes the usage of the SIEMENS S7-CPU313C PLC as a living example, introduces one of the typical industrial control system, This control system is full natural ,practicably and has a small size, it can be used for many kinds of industry device.
    關(guān)鍵詞：PLC、人機(jī)界面、變頻調(diào)速
    Keyword: PLC, Human Machine Interface, Frequency speed adjustment.
一、前言
    隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，控制技術(shù)日臻完善和成熟，作為工業(yè)控制核心部件的PLC，其控制功能越來越強(qiáng)，體積越來越小，運行也越來越高速可靠；人機(jī)界面（HMI）徹底打破了傳統(tǒng)的按鈕、信號燈等操作模式，使設(shè)備操作界面更加通俗友好、靈活多樣，其強(qiáng)大的存儲功能和通訊能力，給設(shè)備的制造和使用者帶來了難以想向的實惠和便捷，取代傳統(tǒng)設(shè)備操作界面已是大勢所趨；目前用于普通電機(jī)調(diào)速的變頻器，其控制技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了早期單一的V/F控制方式，快速朝著無傳感矢量化、直接轉(zhuǎn)距控制等方向發(fā)展，使其在各行各業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。
二、設(shè)備工藝流程
    AP-5022全自動邊封包裝機(jī)是在引進(jìn)、消化國外同類設(shè)備的基礎(chǔ)上，由我公司自行設(shè)計、開發(fā)生產(chǎn)的全自動高速三邊封口設(shè)備，可廣泛用于食品、制藥、衛(wèi)生、文教等行業(yè)相關(guān)物品的收縮薄膜包裝。
    AP-5022的運動機(jī)構(gòu)主要由三部分組成。其中供膜電機(jī)和收膜電機(jī)用來控制收縮薄膜的供給和廢膜的回收，由變頻器驅(qū)動并實現(xiàn)無級調(diào)速；進(jìn)料和出料傳送帶各由一臺電機(jī)驅(qū)動，通過變頻調(diào)速，使進(jìn)料、出料速度在0-40米/分鐘之間連續(xù)可調(diào),以適應(yīng)各式各樣的包裝物體；橫向封切電機(jī)用于控制橫封封刀的上、下運動，縱向封刀上、下運動的控制則由汽缸控制實現(xiàn)。
    AP-5022全自動邊封包裝機(jī)的模擬量有溫度和速度兩類。溫度控制回路分別將縱、橫兩個方向的封切溫度信號經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)化為4-20mA信號供PLC采樣；通過人機(jī)界面設(shè)定的傳送帶運行速度信號，經(jīng)PLC數(shù)字運算，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成0-10V的信號，送到變頻器模擬量輸入端，控制傳送帶的運轉(zhuǎn)速度。
三、硬件配置
     根據(jù)上述的設(shè)備工藝流程以及考慮到設(shè)備的擴(kuò)展性以及設(shè)備出口要求，決定采用SIEMENS公司的S7-CPU313C緊湊型PLC及TP170B人機(jī)接口界面作為該設(shè)備控制系統(tǒng)的核心控制器件，具體配置框圖如圖1所示。

    
    圖中S7-CPU313C是西門子公司近期推出的結(jié)構(gòu)緊湊型、性價比極高的高性能CPU模塊，其本身帶有集成的24DI/16DO、4通道模擬量輸入、1通道Pt100熱電阻輸入和2通道模擬量輸出，運算速度快；其模擬量輸入、輸出信號可通過編程軟件選擇靈活選用±10V、0-10V、±20mA及0/4-20mA等信號類型，滿足多種應(yīng)用需要。另外該CPU模塊支持S7-300系列多種功能模塊如高速計數(shù)模塊、定位模塊等，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活、方便。
    圖中TP-170B采用32位微處理器，基于WINOOWs CE操作平臺，運行高速可靠，支持多達(dá)500屏用戶界面、1000個變量、100種用戶配方，可存儲多至1200條產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)，滿足用戶多種應(yīng)用需要。
    多點MPI接口集成在S7-CPU313C上，可通過PROFIBUS接頭同時和S7-PLC、編程器或人機(jī)界面（HMI）進(jìn)行通訊，一般（默認(rèn)）傳輸速率為187.5kbps，也可以指定19.2 kbps的傳輸速率，是一種連接十分方便、通訊高速可靠、簡單實用的通訊網(wǎng)絡(luò)。
四、軟件控制
    本機(jī)的軟件設(shè)計包括兩個部分，其一是PLC控制程序，其二是人機(jī)界面控制畫面。PLC控制程序是本機(jī)控制的核心部分，結(jié)合西門子S7系列PLC結(jié)構(gòu)化編程的特點，PLC程序控制結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計如圖2所示：

    

    圖中組織模塊OB1是對應(yīng)于循環(huán)執(zhí)行的主程序的程序塊，它是STEP 7程序的主干。其他大多數(shù)OB則對應(yīng)于不同的中斷處理程序。與每一個OB緊密相連的是它對應(yīng)的類型和優(yōu)先級。OB1的優(yōu)先級比較低，它的優(yōu)先級是1，因此OB1通?？偸强梢员黄渌鸒B中斷。
    控制功能模塊FC1-FC8，根據(jù)目前設(shè)備所處的運行狀態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)的控制功能，完成設(shè)備上各對應(yīng)設(shè)備的動作；溫度控制功能模塊FC10、FC11的控制功能是讀入設(shè)備橫、縱兩個方向的當(dāng)前溫度信號，經(jīng)D/A變換和數(shù)字處理，其結(jié)果與設(shè)定溫度比較，用其比較的結(jié)果，控制橫、縱兩個方向加熱器的開關(guān)，加熱器的開關(guān)頻率和響應(yīng)速度可通過設(shè)定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)實現(xiàn)。
    共享數(shù)據(jù)模塊DB100用來存儲設(shè)備當(dāng)前運行狀態(tài)和工作方式，主要包括橫、縱兩個方向封切溫度設(shè)定值和實際值、進(jìn)/出料帶的運行速度的設(shè)定值以及各需要調(diào)整定時器、計數(shù)器的設(shè)定值等，其存儲的數(shù)據(jù)可被各功能模塊隨時調(diào)用。
五、結(jié)束語
    目前AP-5022型全自動邊封包裝機(jī)，工作高速可靠并已批量生產(chǎn)，出口國外。上述硬件配置成熟、高效，可用于多種工業(yè)控制場合。

參考文獻(xiàn)：
1、SIEMENS 《SIMATIC STEP7 V5.3編程》 2004年12月
2、SIEMENS 《S7-300/400梯形圖邏輯編程》 2004年1月
3、SIEMENS 《TP170A/B設(shè)備手冊》 2001年12月
4、《S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)》 ，廖常初主編 2005年1月