西门子PLC S7—300在药芯焊丝轧拉一体机上的应用

陈春旺

摘 要：随着国内药芯焊丝生产行业的技术不断发展，生产药芯焊丝的关键设备药芯焊丝成型机逐步采用轧拉一体机形式。本电气控制系统就是根据当前的需要而设计的，将轧丝成型及拉丝工艺集成在一体，主要应用西门子S7-300 PLC、触摸屏PWS6A00T-P、ACS550变频器、台达伺服控制器、编码器等电器元件实现药芯焊丝轧拉一体机设备中的运行功能，具有很好的可靠性，操作性。

关键词：西门子PLC S7-300；触摸屏；变频器；控制系统；直线位移传感器

一、项目简介

客户属于药芯焊丝生产企业，根据客户的工艺要求，药芯焊丝轧拉一体机主要有以下几部分组成：（1）钢带主动放带装置。（2）放线张力控制装置。（3）钢带加热、清洗、烘干装置。（4）钢带轧制成型装置。（5）药粉送粉装置。（6）药芯焊丝拉丝装置。（7）收线张力控制装置。（8）药芯焊丝收线装置。

我公司设计的药芯焊丝轧拉一体机在运行过程中要保证钢带在放线张力控制装置处保持恒定的张力，减少对整机速度的影响。在整机升速和降速过程中，设备运行平稳，且具有操作方便性。

二、硬件配置

为提高电气控制系统的可靠性及满足实现控制要求，选择西门子紧凑型PLC S7-300系列作为控制系统核心部件。

PLC数字量输入点数的统计：（1）在操作方面根据需要有启动按钮、停止按钮、计米按钮、急停开关、自动＼＼手动选择开关、轧丝加速按钮、轧丝减速按钮、拉丝点动按钮、轧丝前联旋钮、轧丝后联旋钮、拉丝前联旋钮、拉丝后联旋钮等元件。（2）测量钢带速度、长度。（3）变频器、变频电机风机热继电器报警及伺服控制器报警输入信号。共需95个输入点。

PLC數字量输出点数的统计：（1）设备运行指示灯、设备故障指示灯。（2）轧丝、拉丝、收线、放线变频器启停控制、送粉伺服控制器启停控制。（3）拉丝、收线、放线刹车电磁阀控制。共需29个输出点。

PLC模拟量输入点数的统计：（1）拉丝罐处摆臂直线位移传感器。（2）放线张力控制装置处直线位移传感器。（3）收线张力控制装置处直线位移传感器。共需7路输入。

PLC模拟量输出点数的统计：（1）轧丝、拉丝变频器速度输入信号。（2）收线、放线变频器速度输入信号。（3）送粉伺服控制器速度输入信号。共需14路输出。

经以上分析，选用西门子S7-300 PLC系列中的CPU313C及扩展模块，如下：

（1）CPU313C 6ES7 313-5BG04-0AB0 1个

（2）SM321 6ES7 321-1BL00-0AA0 3个

（3）SM322 6ES7 322-1BL00-0AA0 1个

（4）SM331 6ES7 331-7FK02-0AB0 1个

（5）SM332 6ES7 332-5HF00-0AB0 1个

（6）SM332 6ES7 332-5HD01-0AB0 1个

CPU313C是一种紧凑型CPU，用于对过程处理能力和响应时间要求很高的应用。CPU313C集成24个数字量输入，16个数字量输出，4路模拟量输入，2路模拟量输出，可最多连接31个扩展模块。64KB高速RAM和MMC（最大8M）程序装载存储器。具有3个计数器（最高30KHZ），3个通道用于频率测量（最高30KHZ）。具有PID控制器功能。具有多点接口（MPI）通讯和编程口。

触摸屏选用台湾海泰克品牌，型号为PWS6A00T-P。用于显示钢带运行速度，焊丝成品长度、重量，直线位移传感器数值。设定点动速度，设定联动速度，设定整机速度，设定轧丝轧辊速度配方，设定拉丝罐焊丝线径配方，药粉送粉配方等参数。

变频器选用ABB品牌的ACS550系列变频器。

送粉伺服控制器选用台达品牌的ASD系列控制器。

三、程序软件设计

按照设备运行功能的要求，绘制设备控制系统的电气原理图。

根据系统所需要的控制功能，利用西门子STEP 7 V5.5 编程软件进行编辑程序，主要功能有：（1）手动送粉功能。（2）自动送粉功能。（3）钢带速度控制功能。（4）放带速度PID控制功能。（5）放带速度PID控制功能。（6）轧辊、拉丝罐速度控制功能。（7）自动计米停车功能。（8）故障报警处理功能。（9）各电机刹车电磁阀控制功能。（10）各电机变频器控制功能。（11）编码器测速功能。（12）与触摸屏通讯功能。

通过海泰克触摸屏HITECH_ADP V6.5.0 编辑软件编写相应的人机界面程序。

四、设备调试

将制作完成的电气控制柜与设备上的电气元件用电线、电缆按施工规范连接完毕，再用万用表检查确认无误后上电。将编写好的西门子S7-300 PLC程序及触摸屏程序下载到相应控制器里。再将各变频器及送粉伺服控制器的参数根据需要设定好。通过触摸屏查看拉丝罐之间摆臂位置处的直线位移传感器的数值，并设定摆动最大值和最小值。将所需要的设备运行速度及轧丝、拉丝工艺配方等参数输入到触摸屏内。

按照生产焊丝操作流程逐步进行调试，同时在触摸屏里修正各变频器控制参数，使拉丝模具处的摆臂位置和收、放线张力轮的摆动量尽量小和平稳。然后测量成品药芯焊丝的药粉填充率，通过调整触摸屏里送粉配方参数使之满足生产要求。通过校正计米，计重停车等参数，实现设备在自动运行状态下，达到设定重量后自动停车功能。

通过以上的操作，完成若干工字轮药芯焊丝生产工作，在设备操作及运行平稳性等方面均达到设计要求。

五、结语

上述药芯焊丝轧拉一体机自2010年12月在北京金威焊材有限公司运行至今，运行正常。通过以上应用，说明西门子PLC S7-300在药芯焊丝轧拉一体机控制系统的硬件及软件设计应用上都具有很好的效果和经济价值。

参考文献：

[1]廖常初.S7-300/400PLC应用技术（第1版）[M].北京：机械工业出版社，2005：21-34.