西門子S7—300PLC應用

摘要：可編程控制器（PLC）由于其自身的優點在工業生產領域得到廣泛應用，西門子S7-300PLC在原有PLC優點基礎上，將系統主要組件分模塊處理，并增加了標準接口，這極大的擴展了系統的功能。本文以電線生產為例，詳細說明了西門子S7-300PLC系統的結構、功能特點。

關鍵詞：西門子S7-300；PLC；工業生產

一、PLC發展現狀

（一）概念介紹

可編程控制器（以下簡稱PLC），是一種應用于工業化生產環境下的數字運算控制控制系統，此系統最大優點是存儲器內的程序可根據實際生產需要進行編制，通過程序中的邏輯運算、算術運算、順序運算、計時、計數等操作指令和數字式或模擬式的輸入輸出，實現對各類機械生產的控制。

（二）發展歷程

傳統工業領域控制方法是計算機控制和傳統PLC控制。傳統PLC控制系統是封閉式結構，不同廠家的PLC系統的硬件互不兼容，編輯程序所用的語言以及指令沒有統一，終端用戶只能采用統一品牌的PLC控制系統及配套編程語言。產品之間的排他性嚴重影響了PLC控制系統的普及和發展。

隨著工業生產領域自動化的發展規模不斷壯大，對控制系統的要求也趨向分散化和復雜化，控制系統的接口遠遠不能滿足生產的需要。一方面，企業在生產過程中需要及時了解生產過程中的準確信息，以便根據實際需求確定生產方案，選擇配套的硬件和軟件，這就要求控制系統的網絡通訊能力增強；另一方面，新型傳感器的研發與使用可增加控制系統的功能，這同樣需要控制系統具有相互兼容的接口。

二、西門子S7-300PLC應用

（一）西門子S7-300PLC結構

西門子S7-300PLC的系統結構是模擬式中小型控制系統，其組成部分是獨立存在的，電源（PS）、中央處理器（CPU）和其他模塊通過U形總線控制在系統的標準軌道上，總線連接器插在各個模塊背后，電源位于機架的左側，中央處理器僅靠電源右側，且處理器右邊是可以選擇的IM接口，當系統在不需要使用擴展支架時，可以不選擇IM接口。S7-300編程軟件控制系統時，電源、中央處理器和IM接口模塊分別放在1-3號槽上，4-11號槽可以放置其他模塊，如數字量輸入/輸出（DI/DO）、模擬量輸入/輸出（AI/AO）、功能模塊（FM）和通信模塊（CP）等。S7-300的中央處理器是系統的核心，負責整個控制系統的中央控制、存儲、程序執行，實現其通信功能。中央處理器有四種工作模式：啟動（STARTUP）、停止（STOP）、運行（RUN）和保持（HOLD）。在這四種模式中，可以通過MPI接口與其他設備連接，實現功能多樣化。

本文以西門子S7-300PLC在電線生產線中的應用為例，詳細介紹該系統在實際生產中的應用。

（二）西門子S7-300PLC在電線生產線中的應用

1.電線生產線控制系統功能

在電線生產線中，控制系統主要提供對電線擠塑和電線運動的控制功能，上位機需要對現場設備相關的信息進行采集、分析處理后對各部分組件實施監控功能和報警功能。根據以上要求，在進行程序編程時需要考慮的主要功能為：電線直徑檢測及擠塑控制系統、牽引傳動手放線系統、數據信息采集與處理系統和報警系統。

控制系統采用西門子S7-300 PLC，各部件型號為：中央處理器CPU314、通訊模塊IM365、數字及模擬量I/O模塊。系統中西門子S7-300 PLC包括西門子硬件及相應軟件，能滿足一般要求的整體模塊，若需要其他擴展功能，可選擇相應模塊連接到主系統中，增加系統的功能。系統主要控制任務為控制電線輸出速度、與上位機進行連接通信、變頻調速器控制機故障識別和報警處理等。該系統程序編輯語言簡單易懂，易于終端用戶使用。

整個系統根據PLC及上位機控制要求進行設計，在提高生產效率的同時，降低了操作難度。上位機提供了可靠的軟件支持，能夠對生產過程實施全程監測與管理，各部分控制系統簡化后的執行指令集中于操作臺，便于操作者理解和掌握。

2.控制系統程序設計

擠塑機在工作期間需要設備在6種不同狀態下轉換：加熱、保溫、生產、排料、降溫、待機狀態。當設備處于加熱或降溫狀態時，是過渡環節，溫度達到生產需要的溫度時進入保溫狀態，在保溫狀態中，螺筒溫度要保持在預設溫度范圍內，這既可以避免螺筒溫度過高使原料聚乙烯所料焦化，也可減少生產線由待機狀態進入生產狀態的升溫時間，提高生產效率。生產前對聚乙烯溫度的觀察或生產后對螺筒內廢棄物的觀察狀態為排料狀態；通過對擠塑顏色和狀態的觀察，確定生產前狀態，調整滿足達到生產要求的條件；及時清空螺筒內剩余的加熱好的聚乙烯原料，保證生產的持續進行。6種狀態的轉化關系可參見圖1

圖1 生產狀態轉化關系

電線直徑檢測及擠塑控制系統包括的功能主要有對電線直徑的檢測、控制電線冷卻風干的條件、電線外皮絕緣耐壓性能檢測、擠塑機螺塘內部溫度分級控制、擠塑機冷卻水控制、風機控制、擠塑機電機速度控制、電線直徑控制等。數據信息收集及處理系統主要功能為采集包括電線粗細、長度、時間、各部分電機運行狀況、其他控制器或執行器在內的現場數據，進行記錄并進行分析處理。

由電線生產流程中涉及的6種狀態及其轉化關系編輯主程序，生產過程要求電線出線速度不變，這需要固定張力調節系統，牽引機速度為生產線的基準速度，前后張力分階段調整反饋。出線速度控制擠塑機擠塑速度，擠塑機溫度分4段分別進行控制。利用水箱水槽循環水溫度控制二級冷卻作為水冷卻系統。主程序可實現電線生產速度調控和擠塑質量及絕緣層質量控制的目的。主程序框架圖見圖2。

圖2 主程序結構框架圖

程序說明：系統啟動立即進入加熱狀態，準備生產。螺筒內部溫度分為四段由內設的八個RKC溫控儀檢測并控制，當溫度達到預設溫度時，系統進入保溫狀態，若升高螺筒內的預設溫度，則系統由保溫狀態轉為加熱狀態，達到預設溫度后重新進入保溫的待機狀態，準備下步生產。當系統進入生產狀態后，PCL控制生產的標志為“1”，此時，牽引電動機啟動達到預設出線速度，收放線電機、二級冷卻系統、測徑儀、擠塑機、火花機以及風干刻字機分別開始進入工作狀態。當系統停止工作，進入待機狀態時，生產標志為“0”，待機時間根據所用材料耐高溫能力確定，耐高溫能力強的材料，待機時間可短一些。待機狀態結束后，系統若不進入生產或排料狀態，則開始降溫，達到預設溫度值時進入保溫狀態。

三、總結

西門子S7-300PLC以其靈活、可靠、準確、便捷的優點在各個工業生產領域得到廣泛應用，從而帶動工業制造業的改革和進步。在今后的發展過程中，各個工業領域企業也將不斷研發、引進先進技術，作為企業在市場競爭中取勝的資本。

參考文獻：

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