基于PLC的复合板生产线报警装置的研究

甄天作

【摘要】 随着我国城市化的加快，不锈钢钢板的需求量也越来越大。在这么大的市场需求下，如果采用居高不下成本的爆炸法生产复合板，势必会造成市场竞争没有优势。

【关键词】 复合板 PLC 报警

一、复合板生产的概述

复合板是用焊接法生产的不锈钢钢板，焊接法是将两层钢板加上中间层夹心层，钢板和夹心层之间采用以滚柱焊接的方式，利用高温将夹心层和外层不锈钢相接触的地方融化，从而粘合到一起。焊接法是一种生产成本低，效率高的复合板生产工艺，用该工艺生产复合板一但实现，将带来不可估量的社会效益。

1、复合板生产工艺介绍。不锈钢复合板的基本生产工艺包括：开卷、对接、整平、除锈脱脂、敷料复叠，再到复合主机进行复合，最后再整平、两面抛光、剪切，最后形成成品复合板。复合主机主要是采用焊接的方式来实现钢板的复合。

2、复合板生产的参数指标。主复合机（1）板厚度输入：a.上复层 b.下复层 c.基层 （三层厚度等阻值调节）

调节范围：复层≤1.5mm；基层≤5mm。（2）板材质输入：a.上复层 b.下复层 c.基层 （三层厚度等阻值调节）调节范围：复层≤1.5mm；基层≤5mm。

3、控制系统的要求 。（1）主复合机要在各个从站ET200M与PLC之间采用PROFIBUS-DP进行通信并且采用 PLC控制。（2）控制室要利用工业以太网模块CP343来完PC机与PLC之间的进行通讯。（3）S7-300和西门子TC35i无线发射模块相连，TC35i模块将生产线实时的信息反馈到指定的手机上。

二、可编程控制器（PLC）概述

1、PLC的特点。PLC的主要特点是：①抗外界干扰能力较强，较稳定。②编程简单，使用方便。③采用模块化结构。④设计、施工与投产的周期较短，方便维护。⑤丰富的I/O接口。⑥不占空间、重量轻，节能。

2、PLC的应用领域。目前，PLC在国内外已广泛应用于各各行业，使用情况大致可归纳为如下几类：（1）开关量的逻辑控制；（2）模拟量控制；（3）运动控制；（4）过程控制；（5）数据处理；（6）通信及联网。

3、 PLC的基本结构。PLC内部主要由中枢部分CPU、存储单元、（I/O）接口、电源模块、程序编辑器、扩展接口和通信单元模块等几部分组成。。

三、设备的报警系统

1、报警系统的作用。由于这次研究的是新工艺生产复合板，国内还没有，买家怕亏本所以和生产线生产厂家签订的是以复合板计件付费，即生产一件复合板给一件的钱。但是生产线远在外地，厂家没办法对生产线的实时数据和实时防护。由此，产生了远程发送数据和报警装置的设计。报警装置主要是怕主控制柜被撬开，内部结构被人为的撬开研究，从而泄露了生产线的设计。

2、报警系统的硬件组成。报警系统的实现主要是依靠振动传感器来采集控制信号的，可以说振动传感器是报警装置的关键部件。

1） 振动传感器简介。振动传感器大多是利用一些具有压电效应的材料制作的，它是将压力信号转变成电信号的一种转换装置，它主要用于检测冲击力或者加速度。

2） 振动传感器的分类。按照其用途可把振动传感器分为以下几种：（1）按机械接收原理分：相对式、惯性式。

（2）按机电变换原理分：电涡流式传感器、电动式传感器、压电式传感器、电阻式传感器、电感式传感器、光电式传感器、电容式传感器。（3）按所测机械量分：测量位移的、测量速度的、测量加速度、测量力的、测量扭矩的感器。（4）按物理原理可分为发电式传感器和电参数传感器。发电式传感器都是根据电磁感应原理来工作的。

3）振动传感器的选择。振动传感器一般大都采用压电式的加速度传感器。（1）压电式加速度传感器的基本原理。我们所说的压电加速度计就是这里的压电式加速度传感器。它也属于惯性式传感器。它的材料是具有压电效应的物质如石英晶体，这种材料在加速度计受到振动时，由于里的变化从而导致了电信号的变化。并且被测加速度与力的变化是成正比例关系的（当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时）。压电式传感器输出的信号必须得经过放大电路经过阻抗变换以后，才能送给检测电路并将信号输送给指示仪表或记录器等控制系统。因为压电式传感器的输出电信号非常微弱，并且本身还有比较大的内阻。（2）压电式加速度传感器的应用领域。随着技术的改进，现在笔记本电脑里也内置了加速度传感器。这样一来笔记本电脑就能实时的监测出笔记本在使用中的振动状态，并据此智能的选择硬盘的运行状态。这样在很大程度上减少了硬盘的损害，从而尽可能的保护硬盘里面的相关数据。另外在数码相机或摄像机里加上速度传感器可以检测拍摄时候手部的振动情况，并根据这些振动参数，自动调节相机的聚焦从而得到效果最佳的照片。加速度传感器的应用远远不止这些，其主要应用在一些精密的检测仪表或勘测中，比如检测地震，系统报警，工程测量、地质勘测、公路、高铁的振动测试与分析以及大厦结构的动态特性上。

3、报警系统的软件。报警系统是在控制柜中装上振动传感器，假如人为的撬开控制柜，振动传感器检测到一个信号脉冲。然后传感器给PLC一个信号，PLC得到振动传感器的信号之后启动自毁程序，格式化PLC内存，发并乱写一个新程序进行覆盖，以防止控制柜被撬开后，人为地把PLC程序复原。再格式化PLC内存、程序自毁的同时，并将控制柜发生的事通过TC35i无线模块发送到远程的手机上。使生产线生产厂家及时的知道生产线出线了事故，从而不会造成公司的经济损失。报警装置可以使生产线即使在很远的地方也可以安全的运行，即使生产线出线了什么问题我们在远方也可以实时的知道，便于采取下一步行动，保护了公司的利益。

四、系统软/硬件配置

1、主站的选择。在监测金属复合板的生产线的系统中，可以用Siemens公司CPU315-2DP的S7-300PLC作为一类主站。西门子公司生产的CPU315-2DP是针对于中等规模控制系统的一种PLC，它的扩展性能较好特别是通信能力很强。CPU315-2P带两个通信接口，利用这两个接口便可以在工业以太网系、PROFIBUS和MPI三者之间相互通信。PROFIBUS-DP接口使用九针D型插头。通信线为屏蔽的双绞线，传输的速度最高可达到12Mbps。并且可以以以太网方式连接，但此时必须得选择CP443-1卡作为S7-300 PLC与PC机的通讯接口卡。

2、从站的选择。西门子ET200是目前自动化解决方案中比较关键的一部分，西门子ET200系列分布式I/O即可以满足各行业的分布式解决方案：无论是紧凑型的，还是模块化结构；不管是纯数字I/O接口型系统，还是采用驱动技术的成套分布式系统；也不管是安装在控制柜中，还是直接安装在苛刻的工业环境中。

3、上位机的选择。上位机则可使用工控机，另外再配一个三星显示器，这样可清晰地显示各种图形和文字。研华工控机不但能够在线对系统进行监测和自动复位，而且它在可靠性、实时性、扩充性、软硬件兼容性等方面也占有优势。

五、 PLC的通信

通信方式：一般来说一个大型自动化项目往往需要若干个相互之间独立的控制PLC站组成，并且彼此独立的PLC站之间是需要有信号联系的。HMI系统相要利用网络对各PLC站进行控制，那么这些控制信号的采集过程及归档是需要通过PLC之间的相互通讯功能来实现的。西门子工业通讯网络提供了工业以太网、PROFIBUS/MPI和ASI等网络，他们应用于不同通讯要求的通信网络。工业以太网一般适用通讯数据量较大、传送距离较长的单元级和管理级的网络。工业以太网不能很好的保证数据传输的实时性要求的原因是他采用的是CSMA/CD协议。同时它还是一种非确定的网络系统，单点的故障容易扩散，造成整个网络的瘫痪。

PROFIBUS是一种串行，多分支网络，有很高的实时性、较高的安全性和稳定性。PROFIBUS分为PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA三种。由于数据通信量不是很大故一般选用PROFIBUS-DP网络，它可以满足单元级站点的通讯，又可以满足于现场I/O站直接通信。

参 考 文 献

[1] 秦益霖.西门子S7-300 PLC应用技术.北京：电子工业出版社，2007.

[2] 李方园.西门子S7系列PLC电气控制精解.北京：化学工业出版社，2010.

[3] 刘建昌，于洪磊，辛红，杜平等.S7-300/400PLC工业网络通信技术指南.北京：机械工业出版社，2009.

[4] 宋建伟.基于PLC控制的主扇风机自动监控系统的设计：（硕士学位论文）.成都：电子科技大学，2010.

[5] 姚白莹.基于PLC控制的生活污水处理控制系统的设计：（硕士学位论文）.兰州：兰州大学，2010.