1. 引言
隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)擴(kuò)展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。PLC是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置，它的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，是當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要設(shè)備之一。【1】PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PLC在其他領(lǐng)域，例如民用和家庭自動(dòng)化的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。
卷板機(jī)是機(jī)械加工中的重要設(shè)備，應(yīng)用范圍廣泛，可廣泛應(yīng)用于石油、石油化工、制藥、冶金、造紙、電力、食品及輕工等工業(yè)領(lǐng)域。我們研發(fā)的卷板機(jī)電氣控制系統(tǒng)具有直觀性、可靠性和較高的性價(jià)比，已經(jīng)大量應(yīng)用在大型船廠和空調(diào)加工廠，經(jīng)應(yīng)用證明具有很好效果，提高工人工作效率，產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。
2. 工藝流程
本文所討論的四輥卷板機(jī)上輥旋轉(zhuǎn)為機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，下輥和側(cè)輥升降為液壓傳動(dòng)，操作采用電氣集中控制，該機(jī)一次上料能完成板料兩端的預(yù)變及卷制筒形，弧形工件，還可以對(duì)金屬板料進(jìn)行一定的整形和校平工作，有直接預(yù)彎，省事、省料之功效，上輥、下輥、側(cè)輥兩端固定旋轉(zhuǎn)編碼器，將輥旋轉(zhuǎn)次數(shù)轉(zhuǎn)換成六路高速脈沖信號(hào)，傳送到PLC實(shí)現(xiàn)邏輯功能。自動(dòng)控制要求主要有方便的任意點(diǎn)位置的定位，機(jī)械本體系統(tǒng)參數(shù)修整設(shè)置，故障診斷提示功能，簡(jiǎn)潔高效的系統(tǒng)操作提示及報(bào)警可在操作面板上顯示，系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止以及急停可在任何狀態(tài)下進(jìn)行。經(jīng)過(guò)分析，需要六路高速輸入通道，可以采用兩個(gè)性能穩(wěn)定、成本低廉的西門子S7-200系列的PLC就可以滿足要求。
3. 控制系統(tǒng)硬件配置
PLC選用S7-200 PLC的型號(hào)為CPU226 DC/DC/24輸入/16輸出，自帶4個(gè)兩相高速計(jì)數(shù)器（30KHz），兩個(gè)RS485接口。
人機(jī)界面選用SOLT500D-C彩色觸摸屏，可以與市場(chǎng)上主流PLC廠家的PLC直接通訊（正是由于其兼容性強(qiáng)才決定選用此產(chǎn)品），還可以通過(guò)MODBUS協(xié)議跟單片機(jī)直接通訊。SOLCN觸摸屏軟件esol5.8，支持離線模擬功能，在沒(méi)有觸摸屏的情況下，可以在電腦上模擬編輯好的程序，使用起來(lái)非常方便。
4. 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及功能
系統(tǒng)的軟件主要由觸摸屏參數(shù)設(shè)置和流程實(shí)時(shí)檢測(cè)及PLC采集現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行邏輯控制。觸摸屏軟件主要有系統(tǒng)圖、工藝參數(shù)實(shí)時(shí)顯示、參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)簡(jiǎn)介、報(bào)警、診斷等畫面，這些畫面可以讓工人直觀方便的掌握機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)，也可以方便用戶進(jìn)行后期的設(shè)備維護(hù)。如圖4、圖5、圖6所示部分子畫面。 
PLC采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，進(jìn)行邏輯控制，實(shí)時(shí)輸出控制量，達(dá)到控制目標(biāo)。控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系在STEP7—Micro/WINV4.0環(huán)境下設(shè)計(jì)PLC的梯形圖，實(shí)現(xiàn)邏輯自動(dòng)控制。下面給出部分主要程序的梯形圖。
4.1 PLC 程序設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)需要輸入六路高速計(jì)數(shù)信號(hào)，一個(gè)S7-200 PLC不能滿足要求，通過(guò)兩個(gè)西門子PLC組網(wǎng)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。兩個(gè)PLC組網(wǎng)的通信程序可以由S7-200指令向?qū)У腘ETR/NETW功能創(chuàng)建，在每個(gè)掃描周期內(nèi)使用SM0.0即可在主程序中調(diào)用此子程序。

（圖1）
旋轉(zhuǎn)編碼器是高速脈沖信號(hào)，PLC低速輸入端口無(wú)法捕捉，必須使用內(nèi)置高速脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)器，圖1中，Network1為從PLC高速計(jì)數(shù)器HSC0,HSC1,HSC2將接收的旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖信號(hào)傳入主PLC的讀緩沖區(qū)VD300,VD304,VD308中,在主PLC中進(jìn)行邏輯控制。Network2為數(shù)據(jù)在主PLC處理后傳送至從PLC讀緩沖區(qū)。

（圖2）
控制系統(tǒng)參數(shù)非常重要，如果由于意外突然斷電丟失數(shù)據(jù)，將會(huì)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程造成很大的損失，為了防止此類情況的發(fā)生，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了六路高速計(jì)數(shù)器的掉電保持程序。圖2為從PLC的高速計(jì)數(shù)器HSC0的掉電保持程序，HSC0的傳輸數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)VD1000在傳遞給主PLC的讀緩沖區(qū)同時(shí)傳入存儲(chǔ)區(qū)SMD38,置位SMB37，指定高速計(jì)數(shù)器HSC0。將PLC數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)區(qū)中。其它高速計(jì)數(shù)器同樣做此設(shè)計(jì)。人機(jī)中的配方數(shù)據(jù)寄存器長(zhǎng)度為32K（32768）字節(jié)。斷電保存類型。主要用于與PLC指量交換數(shù)據(jù)，如用于生產(chǎn)工藝控制數(shù)據(jù)的保存及重新設(shè)置等。用戶必須自動(dòng)計(jì)算配方地址的使用情況，不允許重復(fù)使用同一地址。【2】

（圖3）
本系統(tǒng)采用了速肯觸摸屏作為人機(jī)界面，圖3為觸摸屏控制高速計(jì)數(shù)器HSC0清零功能，觸摸屏操作的清零按鈕對(duì)應(yīng)的PLC地址M31.0，當(dāng)觸摸屏按鍵動(dòng)作時(shí)，M31.0的值相應(yīng)改變，將存儲(chǔ)區(qū)SMD38,VD1000清零，SMB37置位，從而實(shí)現(xiàn)了清零效果。觸摸屏的其他功能也是指定相應(yīng)PLC存儲(chǔ)區(qū)地址即可。
4.2觸摸屏畫面設(shè)計(jì)

（圖4）

圖4為觸摸屏手動(dòng)狀態(tài)的界面，左側(cè)實(shí)時(shí)顯示三個(gè)輥的坐標(biāo)值，右側(cè)為三個(gè)輥?zhàn)鴺?biāo)的圖形化顯示，下側(cè)為油泵電機(jī)和主電機(jī)的工作狀態(tài)。當(dāng)按下手動(dòng)按鈕后，觸摸屏界面如圖5所示，三輥的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變?yōu)樽詣?dòng)鎖定狀態(tài)，不可進(jìn)行手工操作。

（圖5）

在工作過(guò)程中出現(xiàn)任何異常情況，可按操作臺(tái)上的急停按鈕進(jìn)入急停狀態(tài)，來(lái)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。外部信號(hào)或操作失誤自動(dòng)進(jìn)入報(bào)警畫面，也可手動(dòng)進(jìn)入查看。報(bào)警時(shí)外部紅燈點(diǎn)亮，且屏幕上報(bào)警菜單閃爍，提示設(shè)備故障點(diǎn)。故障排除后自動(dòng)返回。如果出現(xiàn)主電機(jī)過(guò)熱，油泵電機(jī)過(guò)熱，三輥運(yùn)動(dòng)超行程時(shí)，也會(huì)自動(dòng)彈出報(bào)警界面，如圖6，圖7所示，避免不必要的損失。

（圖6） （圖7）
4.3系統(tǒng)調(diào)試
主站PLC RS-485接口與速肯觸摸屏COM0用電纜直接連接通信，兩個(gè)PLC直接設(shè)成主站從站后通過(guò)RS-485進(jìn)行通訊。筆記本用PC/PPI電纜線與PLC連接，下裝系統(tǒng)的PLC程序，運(yùn)用SIEMENS Mananger軟件的在線監(jiān)控功能，在線監(jiān)控PLC程序的運(yùn)行狀態(tài)，完成系統(tǒng)調(diào)試。
根據(jù)生產(chǎn)的需要，可以對(duì)各輥的上行程保護(hù)位置設(shè)定，直接輸入需要修正的數(shù)值。電機(jī)啟動(dòng)延時(shí)，（即電機(jī)停止后，慣性運(yùn)行的時(shí)間段）調(diào)整時(shí)應(yīng) >實(shí)際時(shí)間，單位為100ms。頻敏分離時(shí)間（即電機(jī)帶頻敏啟動(dòng)器運(yùn)行的時(shí)間，根據(jù)電機(jī)實(shí)際額定速度接近到達(dá)時(shí)間而定），調(diào)整時(shí)應(yīng) <實(shí)際需要時(shí)間，單位為100ms。位置比與跟蹤誤差值修正，默認(rèn)脈沖/位置比設(shè)置為1，自動(dòng)跟蹤誤差設(shè)置為1。
5. 結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)WB12N-12X2500卷板機(jī)型卷板機(jī)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)，具有投資小，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，可靠性高，目前該控制系統(tǒng)在多家空調(diào)生產(chǎn)廠家，大型船廠等地方，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，獲得滿意的效果。