PLC在高速卷烟机中的新技术.pdf

口经验交流口 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 1 0 4 1 ． 2 0 1 1 ． 0 6 ． 0 3 1 P L C在高速卷烟机中的新技术 陈永健 闽南理工学院， 石狮 3 6 2 7 0 0 仪器仪表用户 摘要采用可编程控制技术开发了高速卷烟机 P R OT OS的新型电控系统， 取代了原电控系统的继电器， 集成电路的控制方 式提高了系统的集成度、 可靠性及维护性。通过现场总线， 控制设备相互连接起来， 它能够最大限度地发挥和调度现场及设 备的智能处理功能， 它在控制设备和传感器之间提供用户的双向通信能力是以往任何体系机构都无法提供和不可匹敌的。 关键词 P R OF I B US现场总线；高速布尔处理器 ； 人机交互界面 中图分类号 T P 3 3 2 文献标志码 B Ne w h i g h s p e e d c i g r e t t e ma c h i n e PLC t e c hn o l o g y C HEN Y0 n g i i a n Mi n n a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， F u j i a n S h i s h i 3 6 2 7 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Pr o g r a mma b l e L o g i c Co n t r o l l e r t e c h n o l o g y d e v e l o p t P ROT OS c i g a r e t t e ma c h in e n e w h ig h - s p e e d e l e c t r o n i c c o n t r o l s y s t e m ，r e p l a c i n g t h e o r igin a l e l e c t r on i c c o n t r o l s y s t e m O f r e la y s ，i n t e g r a t e d c i r c u it c o n t r o l mo d e i mp r o v e s t h e s y s - t e rn l n t e g r a t io n，r e l i a b i li t y a n d ma i n t a i n a b i l i t y ．T h r o u g h t h e f ie l d b u s，c o n t r o l e q u i p me n t c o n n e c t e d u p，it c a n ma x imiz e a n d s c h e d u le f i e ld a n d e q u i p me n t o f i n t e l l ig e n t p r o c e s s i n g f u n c t i o n，it i n t h e c o n t r o l d e v i c e s a n d s e n s o r s t h e t wo - wa y c o mmu n ic a t i o n b e t we e n p r o v i d e s u s e r s a b i l i t y i s a n y s y s t e m a g e n c i e s a r e u n a b l e t o p r o v i d e a n d c a n n o t b e ma t c h e d ． Ke y wo r d sPROFI BUS f i e ld b u s；h i g h s p e e d b o o l e a n p r o c e s s o ；ma n ma c h i n e in t er f a c e O 引言 P R O T O S机组是目前国内外烟草行业普遍租用的高速卷 接机组 。该机组结构紧凑， 可靠性高， 烟支卷接质量好， 是 我国使用最多的高档机型， 国内目前约有三四百台套。该机 组电控系统以前都是采用多块集成 电路及继电器逻辑完成， 随着 P L C技术、 现场总线技术在工控领域的迅猛发展 J ， 老 控制电路板的逐步停产， 国内众多生产线都面临着 P L C改造。 针对该系统特点， 以下是一种 P L C的改选方案， 介绍了系统的 控制对象及控制任务， 然后分析系统配置及软件设计方案及 实现 。 1 机组系统组成 P R O T O S卷烟机组主机有三个工艺流程 V E烟丝喂入装 置、 S E烟条成形机 、 MA X滤嘴接装机。电气控制系统可分为 四部分 P L C控制柜、 人机界面 I T 8 0 、 C I S烟支检测系统、 S R M 重量控制系统。其中， C I S 、 S R M 由于其复杂的检测及处理过 程， 仍旧采用微处理器控制。但是二者在设计中专门设有工 业总线 P R O F I B U S接口， 可以方便地与 P L C控制柜交换数据。 2 机组硬件配置 2 ． 1 P L C现场 总线主从站结构 每台P R O T O S卷烟机组设立一个主控站， 选用 S I E ME N S s 7 C P U 4 1 4 。 2作为主控 C P U， 下设三个从站 。从站分别位于 P R O T O S 机组的烟丝喂入机 V E 、 烟条成型机 s E、 滤嘴接装机 M A X三个现场。其中， S E、 MA X两个从站还各配有带独立 C P U的功能模块， 用来满足系统高速实时要求。 主从站之间通过 P R O F I B U S现场总线连接， 人机交互界 8 2 EI C Vo 1 ． 1 8 2 0 1 1 No． 6 面I T S 0 、 重量控制系统 S R M、 烟支检测 系统 C I S也都通过 P R O F I B U S 连接。 E T 2 0 0远程模块作为下位来实现所有信号的采集、 运算、 调节， 其特点是模块化、 无排风结构、 易于实现分布、 运行可 靠、 性价比高。选用 C P 5 6 1 1卡为 P L C与工控机 的通信接口 卡。R S 4 8 5 物理结构和 1 8 7 ． 5 k b i t ／ s 的波特率， 传输距离可达 5 0 m， 使用中继器中继距离可达9 1 0 0 m。系统硬件结构示意图 如图 1 所示 。 图 1 系统硬件结构示意图 2 ． 2 主从站结构特点 主控站设计 由西 门子 7 - 4 0 0的 9槽机架、 电源模块及 C P U 4 1 4 组成 ， 负责完成全部控制程序的执行及与远程从站 E T 2 0 0 ， 高速功能模块的通信。 V E从站设计 由3 2 D I 、 3 2 D O、 4 A I 、 4 AO模块组成， 完成烟 丝喂入机部分的数字， 模拟信号的输入输出。 s E从站设计 由3 2 D 1 、 3 2 D O、 4 A I 、 4 A O模块及高速布尔 处理器 F M3 5 2 5一块组成， 完成烟条成形机部分的信号输入 输出及高速脉冲的识别处理。 MA X从站设计 由 3 2 D I 、 3 2 D O、 4 A I 、 4 A O模块及高速布 尔处理器 F M3 5 2 ． 5一块组成， 完成滤嘴接装机部分的信号输 入输出及高速脉冲的识别处理。 欢迎光临本刊网站 h t t p ／ ／ w w w． e ic ． c o m。 o n I I “ 8 0人机界面设计 考虑到现场恶劣环境， 选用了高性能 工业控制机作为硬件平 台， 另选配 C P 5 6 1 1卡作为总线通信 卡。系统时刻监控着各生产纸盘的旋转角速度， 随着纸盘直 径越来越小， 相应的其检测到的角速度会越来越高。一旦系 统判断该纸盘现有直径已达到 I I 8 0设置的准备更换的标准 后， 系统将该纸盘旋转到备用位置继续运行 ， 同时给出更换纸 盘的告警信号 ， 提醒操作工安装好新纸盘。随着纸盘直径的 继续变小， 直到达到 I T 8 0 设置的停止使用的标准后 ， 此时准 备工作已就绪。 C I S系统及 S R M系统设计 废烟的分析判别 、 烟支的重量 核定控制过程都是相当复杂的处理过程。一方面， 对实时响 应要求很高； 另一方面， 在传感器信号分析处理过程 中， 计算 任务较重 。因此， P L C难与实现这一过程， 需另外开发两个独 立模块 C I S 、 S R M完成上述操作。 3系统软件设计 3 ． 1 主控 C P U 4 1 4 _ 2的逻辑控制程序 主控 C P U控制程序 由 O B I 、 O B 4 0组成。其 中， O B 1 为 P L C的循环扫描程序， 顺序执行 P R O 2 T O S机组起动／ 停止等 工艺流程及其他一些逻辑控制功能； 0 1 3 4 0为中断程序， 一旦 有中断事件发生， 系统立即中止 O B 1和运行状态， 转而执行 0 1 3 4 0中断程序。系统中 O B 4 0完成纸接头烟支的处理工作。 西门子 F C模块利用 O B 1循环扫描程序如图2 。 可见， 只有当 M1 5 0 ． 0为 1 ， MI 5 0 ． 1为 0是功能块 F C I 5 0 才能被调用。整数 比较指令的应用如图 3所示。当 I N 1大于 I N 2时 ， 位存储区 M 3 8 9 ． 0为 1 。 图 2 西 门子 F C块通过 OB 1来调用 图 3 整数 比较指令的应用 3 ． 2 高速布尔处理器模块选择 采用西门子 P L C系列产品中最新研制的高速布尔处理模 块 F M 3 5 2 - 5 。F M3 5 2 - 5自带一个板载处理器、 一个 F P G A， 并 且以并行的方式执行代码， 从而胜于标准的可编程控制器。 在扫描时间上， 效率和可靠性都得到提高。在硬件接 口上， 它 设计有 1 5个高速输入点， 输入频率最高达 2 0 0 k H z ； 8个高速 输出点， 对于电阻负载开关频率最快可达 2 0 k H z 。正是 由于 这些优势， 使得在大型控制系统中它可给用户提供独立和非 常快捷 的处理器控制 。 F M3 5 2模块既可作为一个 E T 2 0 0 M标准 P R O F I B U S D P 总线的从站运用在分布式系统中， 也可在任何 P L C系统中作 为一个单机控制器。F M3 5 2 - 5的用户程序可与 s 7主站 C P U 交换 1 6个输入字节、 1 6个输出字节的数据量 ， 这也是用户程 序编写主要考虑的一点。 3 ． 3 高速布尔处理器用户程序 高速布尔处理器 F M 3 5 2 - 5中使用 F P G A执行的用户程 序， 对于实时性要求高的功能如盘纸拼接， 机器时钟处理， 烟 只跟踪等功能放在 F M 3 5 2 5模块的程序块 中完成。考虑到 F M 3 5 2 5与主控 C P U交换数据有限的缺陷， 像纸接头烟只的 处理任务则在主控 C P U 4 1 4 2的中断程序 O B 4 0中实现 儿 。 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 口经验交流口 其建立通信程序如下 C AL L “ I - No r ma l ”． ” No r ma l DB” R u n M1 ． 1／ ／ 君动 F M 3 5 2 - 5 O n e S c a n M1 ． 2／ ／ F M3 5 2 - 5单次扫描 L AD D R I n L 2 5 6／ ／ F M3 5 2 - 5输入逻辑地址 L A D D R O u t I C2 5 6／ ／F M3 5 2 5输出逻辑地址 C P U O u t M1 0 0 ． 0／ ／ C P D发送的命令， 从 MB 1 0 0开始 的 1 4个字节 C P U - I n M1 2 0 ． 0／ ／ C P U接收 F M 3 5 2 - 5返 回信息， 从 MB 1 2 0开始的 1 4个字节 E r r o r M1 ． 3／ ／ 通信故障位 S t a t u s MW2／ ／ 通信状态位 L W 1 6 5／ ／ 将脉冲周期命令发送到 F M 3 5 2 - 5 T M W 1 1 0／ ／ 与 C P U - O u t ． C P P e r i d o l 相对应 M1 ． 1为 1时通信建立 ， F M 3 5 2 - 5运行， 并将 W 1 6 5发送 到 F M3 5 2 5的数据接收区 C P U O u t ． C P - P e r i d o l中， 这样当 F M 3 5 2 - 5第一个输入信号 为 1时， 第一个输 出点 为 1 0 k H z 频率。 由于 F M 3 5 2 - 5 并行扫描以及应用于非常快的响应 ， 以及 F M 3 5 2 - 5 是门阵列， 所以模块并没有预留程序调试接口L 6 j ， 为 了便于用户对程序的调试， 软件提供 了模拟调试功能 D E ． B U G ， 模拟调试功能模式是通过调用 F B 3 0实现的。 3 ． 4 人机界面 I I 8 0上的用户程序 工控机 I T 8 0上同时运行有组态软件 MC G S应用程序的 V B用户程序。I T 8 0利用组态软件 MC G S的驱动程序与 s 7 4 0 0 P L C在 P R O F I B U S总线上进行数据通信 ， 包括底层数据 采集和发送操作指令。这种方式使通信程序和组态软件构成 一 个完整的系统， 保证了系统高效地运行。MC G S应用程序 主要完成部分操作员界面的绘制工作， 包括生产参数校正界 面及部分底层生产数据实时显示界面。 V B用户程序形成全部生产报告。通信程序一方面从重 量控制系统 S R M获取烟支信息 ； 另一方面通过 V B与组态软 件接口， 间接获取 P L C控制系统提供的生产数据信息。 4总结 P L C控制的P R O T O S卷烟机具有以下功能 1 起动停止流程， 通过 I T 8 0 设置各个参数控制所有工序 的执行。在正常开机时， 若按下任意一个紧急停机按键 ， 机器 立即停下， 故障显示器显示相应故障。 2 系统根据检测到的机器鼓轮旋转脉冲进行处理运算， 实时地给出机器生产速度信号。 3 机器运行时每一个停机故障都将被系统检测到并送上 位机 显示 。 4 通过人机界面 I T 8 0设置具有 自动清洗功能。 5 具有进刀及告警功能。 该系统具有使用方便灵活、 可靠性高、 抗干扰能力强及易 于维护等优点 ， 它利用了P L C 构建复杂的工业过程控制网络 ， 该项技术将成为当代工业自动化的主流。口 参考文献 [ 1 ]宋德玉． 可编程控制器原理及应用系统设计技术[ M] ． 北 京 冶金工业出版社 ， 2 0 0 3 5 2 ． E I C VO I ． 1 8 2 0 1 1 No． 6 8 3 口经验交流 口 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． is s n ． 1 6 7 1 - 1 0 4 1 ． 2 0 1 1 ． 0 6 ． 0 3 2 仪器仪表用户 基于 3 C 2 4 4 0的嵌入式耐磨钢板 自动堆焊机 李勇， 李辰光， 王书华， 张文 辽宁工程技术大学 电气与控制工程学院， 葫芦岛 1 2 5 1 0 5 摘要 针对堆焊生产对设备自动化要求的提高。 提出了以AR M9 2 0 T内核的 3 C 2 4 4 0微处理器控制 CO 气体保护焊机的自 动堆焊系统， 该控制系统包括硬件设计、 软件设计等方面。硬件电路设计主要是以S 3 C 2 4 4 0芯片控制各方向步进电机带动 焊枪移动， 同时配备人机交互界面， 操作简单。软件设计用 C语言进行编程。软硬件结合， 实现堆焊的自动控制和手动调 节。系统运行证明， 该系统操作方便， 自动化程度高； 堆焊过程连续， 生产效率高， 系统运行稳定。 关键词 3 C 2 4 4 0 ； C O 气体保护焊；平面堆焊；自动控制 中图分类号 T P 2 7 3 文献标志码 B Ba s e d o n 3 C2 4 4 0 e mb e d d e d s t e e l we a r r e s i s t a n t a u t o ma t i c we l d i n g ma c h i n e LI Yo n g ， L I Ch e n g u a n g， W ANG S h u h u a， Z HANG W e n D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l a n d C o n t r o l E n g i n e e r i n g ， L i a o n i n g T e c h n i c a l U n i v e r s i t y ， H u l u d a o 1 2 5 1 0 5 ， C h i n a Ab x t r a c t Be a i me d a t t h e imp r o v e me n t o f t h e r e qu ir e me n t i n a u t o ma t io n i n p r o d u c t io n e q u ip me n t ． Th i s p a p e r d e s ig n s t h e a u t e ma t i c we ld i n g s y s t e m o f CO2 g a s - s h i e l d we l d i n g ma c h in e c o n t r o l e d b y t h e3 C2 4 4 0 mic r o p r o c e s s o r wh i c h is t h e c o r e o f t h e a r m9 2 0 T． Th e c o n t r o l s y s t e m d is c u s s e d i n c l u d e s t h e d e s i g n o f t h e h a r d war e a n d s o ft wa r e． Th e h a r d wa r e c i r c u it d e ‘ s i g n is p r i ma r i ly t o c o n t r o l t h e s t e p p e r mo t o r o f a ll d i r e c t i o n s mo v in g t h e we l d in g g u n a s t e p p r o mo t e b y t h e c h i p o f 3 C2 4 4 0 ． Th e s y s t e m i s e q u i p e d wi t h t h e Ma n - ma c h i n e i n t e r a c t i o n wi t h in t er f a c e a s we l l wh i c h is s i mp le t o o p e r a t e． Th e s o ft wa r e d e s i g n i s p r o gr a me d i n t h e C l a n g u a g e ． Th e c o mb i n a t i o n o f t h e h a r d wa r e a n d s o ft wa r e a c h i e v e s t h e a u t o ma t i c c o n t r o l a n d ma n u a l a d j u s t me n t o f t h e w e l d i n g ． T h e p r a c t i c a l o p e r a t io n s h o w s t h a t t h e s y s t e m h a s c o n v e n ie n c e in o p e r a - t i o n ， w e l d i n g p r o c e s s o f c o n t i n u o u s ， h i g h r e l ia b i l it y ， g o o d s t a b i l ity， h ig h d e g r e e a u t o ma t i z a t io n ， h i g h e ff ic i e n c y ， s t a b l e p e r - f o r ma n c e． Ke y wor d s3 C2 4 4 0；CO2 g a s s h i e l d e d we ld i n g；we l d i n g i n p la n e；a u t o ma t ic c o n t r o l O 引言 随着科技的不断进步， 各种机械设备对耐磨钢板的需求 越来越大。目前 ， 常用的耐磨钢板是在韧性、 塑性较好的普通 低碳钢或者低合金钢表面通过堆焊方法复合一定厚度的硬度 较高、 耐磨性优良的合金耐磨层而制成的板材产品 J 。传统 的人工堆焊效率低下， 劳动强度大， 不能满足日益增长的产品 需求。针对这一现状 ， 研制了一种基于 3 C 2 4 4 0的嵌入式耐 磨钢板自动堆焊机。通过主控芯片 3 C 2 4 4 0对步进电机进行 控制， 利用步进电机的高精度、 无累计误差的优点带动焊机自 动在钢材表面进行堆焊 J 。 1 S 3 C 2 4 4 0芯片简介 3 C 2 4 4 0是三星公司为手持设备和一般类型应用提供的 高性价比和高性能的 1 6 ／ 3 2位 R I S C微处理器。它采用 1 6 ／ 3 2 位 A R M 9 2 0 T内核。A R M9 2 0 T实现 了 MMU， A MB A， B U S和 H a r v a r d高速缓冲体系结构， 每行 8字节长度的独立 1 6 k B指 令缓存和数据缓存。 3 C 2 4 4 0片上资源非常丰富， 主要包括 独立的 1 6 k B指 令／ 数据缓存、 L C D控制器 、 S D R A M控制器、 4 通道 D M A 、 3 通 道 U A R T 、 I I C总线、 I I S总线、 看门狗 、 8 通道 l O比特 A D C和触 摸屏接 口、 P WM定时器 、 P P L片上 时钟发生 器、 具 有 日历功 能 的 R T C和音频编解码器接口等。 2 耐磨钢板 自动堆焊机硬件设计 耐磨钢板 自动堆焊机的硬件主要由 3 C 2 4 4 0处理器、 人 机交互模块、 急停电路模块、检测电路模块、 步进电机驱动器 [ 2 ]阳宪惠． 工业数据通信与控制网络[ M] ． 北京 清华大学出 版社 ， 2 0 0 3 1 2 2 ． [ 3 ]廖常初． 7 - 3 0 0 ／ 4 13 0 P L C应用技术[ M] ． 北京 机械工业出 版社 ， 2 0 0 5 1 9 5 ． [ 4 ]汪志峰． 可编程控制器原理及应用[ M] ． 西安 西安电子科 技在学出版社 ， 2 0 0 9 2 5 5 ． [ 5 ]景林， 郭建钢． 可编程控制器网络技术及应用[ M] ． 北京 中 国林业出版社， 2 0 0 0 3 2 3 ． 8 4 E l C V0 1 ． 1 8 2 0 1 1 NO． 6 [ 6 ]刘卫忠． 西 门子 7 - 3 0 0 P L C在纸厂污水处 理中的应用[ J ] ． 机电工程技术 ， 2 0 0 5， 3 4 8 3 3 5 ． [ 7 ]王伟． 可编程控制器的使用及其维护[ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 5 3 5 5 ． 作者简介 陈永健 1 9 8 2 一 ， 男， 硕士研究生， 实验师， 研究方向电气 与 自动化 。 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 6 - 1 9 欢迎光临本刊网站 h t t p ／ ／ w w w． e i c ． c o rn． c n