西门子6ES7223-1BF22-0XA8产品型号

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1 引言 

贴纸铝箔是香烟包装行业的主要包装材料，由铝箔和纸料贴合而成。用于香烟盒的铝箔要分布均匀并且贴涂轻薄，但由于铝箔的柔韧性不强，易折断，所以不能直接把铝箔装在铝料辊上，只能先把铝箔粘贴在不易扯断的塑料膜上，然后再与原料座上的纸张贴合。这样一来，卷取座上卷取的成品就是纸、铝箔和塑料膜三者的合成。但是用于香烟盒中的铝纸却不能含有塑料膜，因为塑料膜是用聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及其他树脂制成的，它不易腐烂，难以分解，并且对人体有害。所以，必须要在复合机后面再接上一个独立的塑料膜剥离机，从而使原料纸和铝箔粘合在一起。工人要先把卷取座上的产品取下来，再运送到独立的剥离机上。这样一来，就会影响产品的生产效率，占用生产车间的空间，增加企业的投入成本。 

2 系统方案及策略 

2.1 系统方案 

针对上述问题，我们提出这样一种解决方法：将剥离机直接添加在复合机后面，使从烘箱里出来的次成品经过剥离机，在此阶段剥离，从而使塑料膜平整地卷取在剥离座上，便于下次使用；纸料和铝箔的贴合物直接卷取在卷取座；并且使剥离机的控制系统与复合机的控制系统相集成，使其成为一个整体，从而节约成本、提高产品的生产效率。因此，改进后的复合机工作结构图如图1所示。

2.2 控制策略 

复合机的放、收卷是一个典型的大时变非线性系统，而且中间经过的生产环节较多，各机组间的张力又相互耦合，因此，若不对生产线的张力进行严格控制，会导致走料的不稳、跳动甚至断料，贴合时的皱褶、拉伸变形，印刷时的不准或重影，卷取时的不平整，影响后续使用等现象的发生从而直接影响到烟箔产品的质量。因此，如何使生产线实现恒张力控制一直是设计人员所关注的重要课题。 

从烘箱出来的次成品经过剥离机后，要将塑料薄膜均匀地卷取在剥离座的剥离辊上，而纸和铝箔要均匀地卷取在成品卷取座上，这就要求塑料膜和成品二者的速度保持一致，并且两者的张力要求恒定。因此，我们需要采用精度较高的变频器和编码器构成一个闭环控制，从而保证卷膜速度与成品卷取速度一致；还需要采用一个精度较高、抗干扰较强的张力传感器构成一个闭环控制，从而保证剥离辊卷膜张力恒定，工作原理如图2所示。

 
图2 剥离座工作原理图

2.3 张力模型分析

 
图3卷膜辊卷绕系统简图

卷膜辊卷绕系统简图如图3所示，设塑料膜张力为f，卷膜辊直径为d0，前一单元m1m2运行中塑料膜线速度为v1，后一单元n1n2运行的线速度变为v2。如果v2>v1，则塑料膜被拉伸，张力f变大；如果v2<v1，则塑料膜将收缩，张力f变小，塑料膜变得松弛。所以，速度v1和v2与张力有密切关系，根据胡克定律，塑料膜张力f为：

式中：ε为塑料膜的弹性模量；σ为塑料膜的截面积；l为传动点之间的距离；t1为工作起始时间，t2为工作当前时间[2]。

由上式可见，塑料膜在作为张力调节对象时，是一个积分环节。控制张力实际就是在控制线速度差v2-v1，所以，从某种意义上来说，张力控制系统实际上就是一种线速度跟踪系统。在启动过程中，假定v1恒定，应该总是控制在v2>v1，以使塑料膜内产生一定的张力，当张力达到合适值时，应该及时调节异步电机使v2稳定，这样，塑料膜就在此张力下稳定运行了[3]。 

为了使塑料膜卷取的均匀平整，我们要求塑料膜的卷取线速度和系统的工作速度保持一致，设系统的工作速度为v，所以变频器接收的控制电压的一部分u1可由以下公式得到： 

u1=kv×v 

其中，kv为比例系数。 

在收卷过程中假定v2恒定，则线速度v2=π×d2×n2，v2将随卷径d2的增大成正比例增大，张力f也成正比例增大，这样很容易引起卷绕过程中塑料膜的过度拉伸而导致变形甚至断裂。

 
图4 系统网络结构图

所示，在工作过程中，为了使张力保持恒定，则要求卷膜线速度并不完全与系统工作速度一致，变频器接收的控制电压的另一部分u2可由以下公式得到： 

u2=kx×upid 

其中，kx为pid输出限副比例，upid为pid输出电压值[4]。 

卷径公式d2如下： 

d2=n×d×2+d0 

其中，n为计数器计数个数，d为塑料膜厚度，d0为初始卷径。 

即可得到变频器接受的控制电压为： 

u=u1+u2=kv×v+kx×upid 

3 系统实现 

3.1 系统硬件配置 

由于原复合机的控制器采用siemens公司的s7-300 plc cpu313c完成较复杂的控制，tp27触摸屏作为人机界面，方便地实时观测系统的运行情况，设置各种参数。所以，对于后续的剥离机我们也选择相同型号的控制器，从而简化通信程序，提高程序的可靠性。由于s7-300 plc cpu313c自带有24di、16do、5ai和2ao，而剥离座的控制i/o比较少，故不需要添加额外的输入输出模块，此外，还包括控制器电源模块ps307。鉴于本系统对通信的速率要求不高，同时通信数据量也不大，我们采用简单经济的mpi通信，实现剥离座plc与原系统plc之间，剥离座plc与原系统触摸屏之间的通信[5]，其网络结构如图4所示。带动卷膜辊的电机，我们选择西门子公司的基本异步电机；变频器选择西门子通用的micromaster440变频器。 

3.2 软件设计 

系统的编程采用siemens公司的step7 v5.3实现，编程语言用到了梯形图(lad)和语句表(stl)两种，分别完成逻辑控制和数值处理功能；触摸屏采用siemens公司的protool v6.0进行组态。剥离座控制系统流程图如图5所示。

 
图5 程序流程图

该系统主要的软件模块有：pid算法、张力微调功能、自动控制功能、通信功能、电机运行功能、张力滤波功能、角速度电压功能等。其中，把pid算法和张力滤波功能都放在了ob35中断功能块中，这样可以实时获得pid输出电压值和实际张力值；对于通信功能，我们使用step7 v5.3中自带的系统功能sfc67和sfc68，这样可以使通信功能更加方便，编程更加简洁；在求卷膜辊的角速度电压时，要用到塑料膜的实时卷径，于是我们使用了step7 v5.3中自带的高数计数模块sfb47，对当前的卷膜次数进行计数，进而计算出当前的卷径。 

pid算法是这个控制系统的核心，它直接决定这个系统的精度高低甚至稳定与否，本系统采用应用工业上广泛而成熟的积分分离pi控制算法。它的控制思想为：为了减少积分校正对控制系统动态性能的影响，需要在控制开始阶段或是大幅值变化时，取消积分校正；而当实际张力值与设定值的误差小于一定值时，恢复积分校正作用，以消除稳态误差。积分分离式算法可以保持积分的作用，同时减小超调量，改善控制系统的性能。 

4 结束语 

本文是一个实际项目完成后的一些总结和提炼，从湿式复合机的生产工艺流程入手，针对当前复合机在印刷行业中的不足，对其进行了部分改进，从而大大提高了生产效率，减少企业投入成本。本文中所画出的一些原理示意图和结构流程图是实际系统的简化，而并非实际系统的真实结构。本系统采用siemens s7-313c型plc作为控制器，实现了塑料膜与成品协调一致地均匀卷取。软件设计采用模块化设计思想，程序结构清晰，为以后的维护和改进带来了方便。pid算法控制是剥离座运行的核心，也是影响塑料膜是否平整的主要因素。运行结果表明，改进后的复合机控制系统运行正常，性能良好，塑料膜和成品能够均匀平整地收卷，与未改进之前相比，能够节省大量时间，提高了产品的生产效率。

<v1，则塑料膜将收缩，张力f变小，塑料膜变得松弛。所以，速度v1和v2与张力有密切关系，根据胡克定律，塑料膜张力f为：

一.前言

　　西门子系列PLC在数字控制系统中有着广泛应用，控制系统有时会发生出现故障而未能及时排除而影响生产.随着设备使用年限的增加，设备故障率会逐年递增.

　　目前的现场诊断方式为现场工程师通过编程器和PLC相连，读取PLC的诊断信息及在线查看PLC内程序的运行状态.根据读取的PLC的诊断信息及PLC内程序的运行状态判断故障原因，提出维修方案.电控系统的维修一般相对比较简单，主要就是更换损坏的部件，而难点就是需要确诊故障位置.常规方法需要工程师必须到现场，工程师或技术员到现场后有时遇到较难判断的故障需要外聘专家到场协助诊断而造成时间延误，影响生产.为保证系统安全，选择一种适合现场条件的远程诊断方案尤为关键.

　　二.采用Modem拨号的bbbeService远程诊断

　　该方案是SIEMENS PLC远程访问的标准配置，也是现场应用简洁可靠的方式.

　　即工程师站（ES）和远程的PLC站之间是通过Modem拨号进行连接的.一般笔记本都自带Modem拨号，将固定电话的电话线插入笔记本，利用安装在笔记本中的西门子bbbeservice软件进行拨号连接，如图1所示.

　　该方案在远程连接侧使用已安装西门子PLC编程软件Step 7的编程笔记本，利用笔记本自带的MODEM插入电话线进行拨号连接.拨号连接软件为SIEMENS bbbeService软件，如图2所示，新建远程Plant站，输入名称和远程拨号的电话号码.

　　在Step 7编程软件中设置通讯连接为“TS Adapter”,现场设备准备好后就可以进行拨号连接，如图3所示为Step 7软件通讯口设置.

　　现场PLC侧配置带串口的MODEM和西门子TS Adpter,将MODEM连入电话网，TSAdapter和MODEM通过各自的RS232串行通讯口连接，TS Adapter的MPI口接入PLC的MPI口，设备上电后通知远程可以拨号连接，连接后即可进行编程监视操作.

　　这种方案的优点在于配置简单，价格便宜.缺点在于连接速度受限，只是拨号上网的速度，而且容易出现连接中断的现象.需注意的是电话网好为直播程控电话，电话中不要挂接分机或传真机，以免造成数据连接冲突.

　　三.利用互联网采用QQ远程协助或远程桌面进行连接的远程诊断

　　“QQ远程协助”是腾讯QQ推出的一项方便用户进行远程协助帮助好友处理电脑问题.

　　“远程桌面”是bbbbbbs XP系统附带提供的一种简单的远程控制的方法.远程协助中被协助方的计算机将暂时受协助方（在远程协助程序中被称为专家）的控制，专家可以在被控计算机当中进行系统维护.安装软件.处理计算机中的某些问题.或者向被协助者演示某些操作.

　　两种方法都可以进行远程诊断，需要远程方有一台能上网的电脑，现场PLC侧接有编程电脑，将编程电脑连接上互联网.

　　“QQ远程协助”操作连接简单，“远程桌面”连接较为繁琐，连接速度和可靠性都受限于互联网，本身差别不大，所以推荐使用“QQ远程协助”.

　　“QQ远程协助”需要在现场PLC侧的编程电脑上安装QQ软件，通过连接后即可远程控制操作编程电脑，以方便工程技术人员在不能及时赶赴现场时查找处理故障.

　　四.结语

　　根据西门子PLC远程诊断可靠性方面考虑，选择一种适合现场条件的远程诊断方案进行远程诊断，协助现场人员解决处理故障，对控制系统应用尤为重要.

　　文中介绍了远程连接西门子PLC的两种简单实用方法，能便捷的提供远程诊断服务.这样不仅能节约人力和物力成本，同时也能为系统用户提供更为快捷的维护服务，减少系统用户的损失.