西门子6ES7334-0KE00-0AB0型号介绍

西门子6ES7334-0KE00-0AB0型号介绍

  复卷机是一种重要的造纸生产机械，通常安装在紧接造纸机的后面，其车速应为纸机速度的2-3倍，一般为1500-1800m/min,较高达3000m/min以上，引纸时，要以较高车速的1：100运行。为保证在复卷过程中不断纸和松纸，必须保证纸幅的张力恒定；为保证成品纸内紧外松的品质，必须对前后底辊电机进行负荷分配控制，并对压纸辊进行压力控制。因此，复卷机对电气传动系统的主要性能要求是线速度长期稳定，速度可调且调速范围宽，具有快速响应的特点。

    传统复卷机的控制以直流传动为主，采用直流数字控制系统。由于直流电机换向器及电刷的原因，在稳定条件下，复卷机的设计车速只能达到1800m/min，数字式调节器的精确度仍限于较高速度的0.08%左右，满足不了高速纸机的配套要求。随着复卷机生产工艺和车速的不断提高，对复卷机生产过程进行实时控制和监测的要求也越来越高。为了减少复卷机生产现场与控制室之间的大量布线，提高信号的传输速度和质量，以PLC为控制单元，变频器为执行单元、OP操作面板为操作单元组成全数字现场总线复卷机交流传动控制系统已成为复卷机交流改造的有效途径。

    1．控制系统组成及硬件配置

    复卷机的传动系统可以分为两个部分，其一是卷取部分，另一个是放卷部分。放卷部分有1台放卷电机，卷取部分有2台卷取电机，这两组电机依靠纸幅张力联系在一起，如图1所示，具体说，放卷电机的作用是提供一个反向力矩，在放卷的过程中拉紧纸。吧卷取部分看为一个整体，则卷取电机用来克服放卷电机所提供的方向力矩，拉平纸幅并卷取纸卷。

    根据复卷机工艺要求，利用Profibus-DP总线组成如图1所示的复卷机三级控制系统结构图。系统控制以PLC为核心，3台6SE70变频器和人机界面OP挂在Profibus-DP总线上。Profibus-DP现场总线主要用于现场级的高速，解决自动控制系统（如PC、PLC等）通过高速串行总线与分散的现场设备（如远程I/O，变频器、电磁阀等）之间的通信任务。传动系统**级为变频器主要完成对前后底辊电机实现负荷分配控制，控制两电机的转矩按设定曲线运行，对放卷电机实现复合恒张力闭环控制；传动系统*二级为PLC控制系统，主要完成压纸辊压区压力控制和对整个复卷机的操作控制。传动系统*三级为上位优化控制系统，采用OP270作为上位机用于对整个复卷机传动点进行操作和监控。

    系统采用主从结构，PLC和OP270操作面板为主站，变频器、ET200M为从站。主站在总线上向从站发送数据并向从站索取数据，从站只有当主站发出请求时才能和主站进行数据交换。从站必须设置DP地址，区分各个从站。现场的传感器信号和各种控制信号接到临近远程ET200M上，并通过Profibus-DP总线与控制器PLC交换信息；退纸辊、前后底辊电机采用西门子矢量变频器调速，通过变频器实现对电机的实时控制。分散的现场备以Profibus-DP总线形式连接成可以相互沟通信息，共同完成控制任务的网络系统，形成控制功能彻底下方到现场的全分布网络集成式新型控制系统。

    为了满足一定的性价比，系统配置上采用了这样的解决方案：

    （1）PLC选用高性能的SIMATICSS7-300,CPU为315-2DP,带有两个Profibus-DP现场总线接口。它是该控制系统的一类主站，主要完成总线通信控制与管理。

    （2）OP270操作面板作为该系统二类主站，完成各站点的数据读写和故障诊断等。它是高性能液晶彩色操作面板，通过RS485口与Profibus-DP总线相连，全中文的擦破做界面方便工人的操作。

    (3)分布式I/OET-200M，它是一个模块化的Profibus-DPI/O从站，通过IM153接口模板连接Profibus-DP，负责信号采集和输出。根据复卷机控制要求，远程I/O需配置3个DI模板，3个DO模块，2个AI模块和2个AO模块。其寻址方式如同任何SIMATICS7-300CPU集中方式或扩展单元中I/O的寻址方式一样，即I/O模板可以直接用指令寻址或经过程映像来访问。

    （4）3台变频器均选用西门子公司的6SE70矢量变频器（全数字交流调速装置），通过CBP2（Profibus通信板）作为从站接入Profibus-DP现场总线上。6SE70变频器的矢量控制，可以提高复卷机的动态响应能力，克服由于加减速的变化引起的速度波动，保复卷器的张力恒定和速度的稳定性。6SE70变频器的自由功能块和BICO技术，可以实现灵活的组态设计，完成工艺复杂的控制要求

2、控制系统软件设计
    2.1控制程序结构

    S7-300系列PLC的编程语言是STEP7。STEP7用文件块的形式管理用户编写的程序及程序运行所需的数据。如果这些文件块是子程序，则可以提供调用语句，将它们组成结构化的用户程序。这样，PLC的程序组织明确，结构清晰，易于修改。

    在系统中，复卷机的控制程序主要由组织块OB、系统功能SFC、功能FC和数据块DB等4中程序快组成。

    组织块OB是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序运行。不同的OB有不同的功能。设计中组织块有OB1、OB82、OB4、OB5、OB86、OB100、OB122。OB1是用作主表程序循环的，它用来设计主循环程序的结构。OB82是诊断中断程序，诊断接收来自有诊断能力的模块（如：模拟输入模块）。OB84是CPU硬件故障中断，OB85是优先级错误中断，OB86是机架错误中断，OB87是通信错误中断。OB100属于启动组织块，是暖启动用的。OB122是访问错误组织块，属于故障处理组织块。

    系统还用到SFC14、SFC15这两个系统功能块。SFC14、SFC15是作为Profibus-DP通信用的系统功能块，SFC14是用来读取从站的信息数据，SFC15是PLC用来对从站发送数据的。它的应用是通过编制程序快FC时调用的。

    FC是自定义程序块，其中包括过程控制、数据处理、辅助设备控制、变频器控制和通信控制等模块。其程序结构如图2所示。

       数据块DB用来存放用户程序运行所需的大量数据或变量，它也是实现各程序块之间交换、传递和共享数据的重要途径。该设计有5个数据块，用来存放复卷机运行过程中的设备状态或工艺参数，例如：电机的运行、停止或故障指示数据（数字量），电机的速度、电流、纸幅的张力数据（模拟量）等。在编程阶段，要先用STEP7软件定义数据块，定义内容包括数据块号及块中的变量。

    2.2各程序块功能

    本着结构化的程序设计思想，PLC程序分成图2所示的几个功能模块，这些模块分别对应系统的某些控制功能，它们在功能的编程逻辑组合上既有一定的相对独立性，又可以供其他模块使用。辅助设备和工艺联锁控制模块FC1是简单的开关量控制，主要对复卷机的辅助设备（如：吹边风机、卸纸架电机、抱闸、退纸架电机和电磁阀等）的操作控制及指示灯逻辑控制，这个程序块采用梯形图编程。

    模拟量采集与处理模块FC2主要是对工艺过程中的模拟量参数进行采集、显示与存储。模拟量包括参数设置（如张力、速度给定等）和各种反馈信号（如电机的速度、电流和转矩）等，同时对采集量进行线性化处理，并转换成十进制数，对输入进行限幅、报警，对一些重要的域值进行标记。

    卷纸控制FC3主要实现纸长、卷径的控制功能，以便复卷机根据检验到的这两个值按纸长或卷径停车。变频器FC4主要对3台变频器进行控制，该模块接受外部输入指令（如速度给定），并把该指令输入到变频器中，以使变频器根据工艺要求控制电动机的运行。

    变频器通信程序块FC5主要用来调用系统功能块SFC14和SFC15，以便读出和写入变频器中的数据。

    过程控制模块FC6、FC7和FC8主要实现张力、负荷分配和压力控制。其中张力和负荷分配控制是由变频器完成的，PLC在这里只对相关的值进行采集、计算和简单的处理。如当进行张力控制时，该模块计算卷径和动态补偿转矩，然后把这些量提供给放卷辊电机的变频器，控制变频器按照设定的张力、自动输入的车速转换为电机的转速输入到变频器，或将转矩微调的给定送到变频器，使变频器控制前后两个底辊电机的出力情况。压纸辊压力控制包括压纸辊压力计算、纸卷半径计算等。

    2.3各功能模块之间接口设计

    如上所述，复卷机控制程序是由几个功能模块组成的，由于控制系统数据交换。有些功能模块之间又有许多联系，需要进行数据交换。因此，数据在程序中已经不仅仅是位的信息。而是以字节或字为单位的信息。数据量的扩大使原来的标志位不敷使用，所以使用数据块DB代表标志位的功能。在编程序时首先定义一个共享数据块，提高程序的代码效率，缩短代码长度。但是，现场必须对数据块进行很好的管理，防止对数据块的非法引用或修改。具体就是：明确数据块每个单元的作用；尽可能减少对数据块各个单元的修改入口，保持数据的清洁；对数据进行校验和保护，防止意外错误。

    该设计使用的数据块DB有：DB1模拟量数据使用；DB2计数器模板内部使用；DB3临时数据存储；DB10共享数据块（任何FB、FC、OB均可读写存放在共享数据块中的数据；DB11变频器相关数据。

    2.4、PLC与OP270之间的接口设计

    PLC与OP270之间除了通过Profibus-DP总线进行的电气连接外，更重要的是和数据上的联系。OP270是一个被动的显示器，它显示的一切数据和具有的控制功能都要通过PLC为其提供。在OP270中不用编写通信程序而只要简单组态连接参数就可以连接到PLC上。所以PLC只需对它们之间传送的数据进行优化即可。其内容为：数据的准备、显示格式的调整、控制逻辑的准备。对于OP而言，PLC内部所有的数据（包括所有数据块、输入、输出点、机器状态信息等）是透明的，也就是可以通过对OP的合理组态来获得PLC中的所有有用信息。但是考虑到这种方式所花费的代价和系统性能的损失，在PLC中将数据合理地组织，以便于检索，提高