PLC在电缆生产过程中的应用.docx
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PLC在电缆生产过程中的应用.docx
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PLC在电缆生产过程中的应用
PLC在电缆生产过程中的应用
作者:
陈建民
摘要:
本文主要介绍PLC的相关知识和在电缆行业的广泛应用,并以西门子S7-200PLC为例介绍硬件组态和程序的编写方法。
关键词:
PLC可编程逻辑控制器电缆模温机S7-200TD400文本显示
目录:
第一章PLC摡述
一、PLC定义
PLC是ProgrommableLogicController可编程逻辑控制器的缩写,它主要有西门子、三菱、台达、欧姆龙、通用、艾默生等品牌的PLC,从其产生到现在,实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃;其功能从弱到强,实现了逻辑控制到数字控制的进步;其应用领域从小到大,实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。
今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高,成为工业控制领域的主流控制设备,在各行各业发挥着越来越大的作用。
二、PLC的特点
1.可靠性高,抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。
使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。
此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样,整个系统将极高的可靠性。
2.配套齐全,功能完善,适用性强
PLC发展到今天,已经形成了各种规模的系列化产品,可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外,PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。
多种多样的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3.易学易用,深受工程技术人员欢迎
PLC是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。
4.系统的设计,工作量小,维护方便,容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时日常维护也变得容易起来,更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。
这特别适合多品种、小批量的生产场合
三、PLC的功能
1.开关量逻辑控制
也叫数字量逻辑控制,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机等。
2.过程控制
也叫模拟量控制,在工业生产过程当中,存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量),PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量,完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
3.运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
一般使用专用的运动控制模块,如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4.数据处理
PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。
数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5.通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着工厂自动化网络的发展,现在的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
甚至利用因特尔网可以实现远程故障处理。
第二章PLC在电缆生产过程中的应用
一、电缆生产设备
1、通信电缆生产设备
主要有:
串联生产线、对绞机、星绞机、成缆机、屏蔽机、铠装机、护套机等
2、电力电缆生产设备
主要有:
拉丝机(包括:
大拉、中拉和小拉)、框绞、管绞、笼绞、绝缘或护套机、交联生产线、成缆机、屏蔽机、铠装机等
PLC几乎在以上每台设备都有使用,它在电缆行业能得到广泛使用也是因为PLC的特点和工业自动化程度不断提高的结果。
二、PLC在电缆生产设备上的应用实例
<一>串联生产线是通信电缆生产过程中最重要的生产设备之一,目前的串联线自动化程度都很高,当然必不可少的用到了PLC,图1是典型的串联生产线的组态形式。
1、上位机通过PROFIBUS数据总线和主控PLC进行数据交换;
2、主控PLC设为主站,其余的PLC、分布式I/O和驱动器都设为从站,它们之间都用PROFIBUS通信线进行数据交换,实现整条生产线正常同步运行;
3、分布式I/O主要是进行挤出机温度压力等数据的采集。
图1
<二>交联生产线是电力电缆生产过程中最重要的设备之一,它主要生产10KV以上的电缆,交联生产线又分悬链生产线和立塔生产线,悬链生产线主要生产10KV~35KV的交联线,而立塔生产线主要生产110KV以上的交联线。
何谓交联线呢?
交联线就是将可交联的绝缘塑料在高温高压氮气中进行一系列反应,由平行分子结构产生交叉网状结构,交联过程有的又叫做硫化过程。
交联线生产流程:
导体从放线架放出——储线器(储线器的作用是在正常生产时将导体储满,当中途放线换盘接线时,储线器吐线,实现不间断生产)——上牵引——机头(内屏挤出机+绝缘挤出机+外屏挤出机,一般三层共挤,架空线才不用外屏)——硫化管(正常生产时内部充10MP左右氮气,温度加到450℃左右(当然由工艺来定),绝缘线芯在此进行硫化反应,实现交联过程)——冷却管(将交联线芯冷却,35KV以下一般用水冷却,110KV以上用氮气冷却)——下牵引(上下牵引的同步运行,实现将整条线芯悬链(立塔是拉直)在硫化管中央)——辅助牵引——收线。
国内较多的白城智能(PLC控制)交联生产线的典型控制组态如下···
上位机
温控分布式I/O
主控PLC
分布式I/O
放线1
驱动
器
放线2
驱动
器
储线
驱动
器
上牵
引驱
动器
下牵
引驱
动器
辅牵
引驱
动器
收线1
驱动
器
收线2
驱动
器
氮气循环系统
水循环系统
内屏温控
绝缘温控
外屏温控
硫化管温控
交联生产线涉及的东西较多,每一部分都会影响到设备的运行及产品的质量。
机头温控也是关键控制点之一,借此控制点,为了让大家更深一步了解如何利用PLC来控制一台电缆设备,我们接下来利用西门子S7-200为例来逐步阐述如何组态如何编程。
例:
题目:
利用西门子S7-200PLC和TD400对交联生产线的三台模温机进行控制,正常情况下生产线由1#和3#模温机对注塑机的机头内屏、绝缘和外屏加温,当其中一台有故障时马上启动2#备用机,当水温度加到要求温度时备用机阀打开代替故障模温机给机头加温。
要求自动判断故障,自动切换,不影响机头温度,从而不影响到产品质量。
1、硬件组态
要实现要求控制功能,可以选择西门子S7-200系列CPU226XP的PLC一个,EM231温控模块一个,另外选择一个TD400文本显示器,用来设定和显示温度,启动和停止模温机以及显示故障信息等。
硬件组态示意图见图2。
1)由PLC(包括温度模块)采集三个模温机的信息和控制指令,然后由程序控制输出指令去控制模温机。
2)模温机的启动停止是属于开关量控制,外部的启动停止和故障信息都属开关量输入。
3)热电偶感应到温度信号,通过EM231温度模块采集到PLC中,然后和设定温度进行比较,通过PID闭环控制,实现模温机的温度过程控制。
图2
PLC布线图见图3_A和图3_B,布线规范请参见《S7-200可编程控制器系统手册》等相关手册。
图3_A
图3_B
PLC布线说明:
I0.0整线运行
I0.11#模温机启动
I0.21#模温机排气
I0.31#模温机失电
I0.41#泵故障
I0.51#水位低
I0.61#安全温度
I0.71#泵运行
I1.02#模温机启动
I1.12#模温机排气
I1.22#模温机失电
I1.32#泵故障
I1.42#水位低
I1.52#安全温度
I1.62#泵运行
I1.7
I2.03#模温机启动
I2.13#模温机排气
I2.23#模温机失电
I2.33#泵故障
I2.43#水位低
I2.53#安全温度
I2.63#泵运行
I2.7
AIW01#模温机水温度
AIW22#模温机水温度
AIW43#模温机水温度
AIW6
Q0.01#泵启动
Q0.11#加温
Q0.21#加水
Q0.31#冷却
Q0.41#排气
Q0.52#泵启动
Q0.62#加温
Q0.72#加水
Q1.02#冷却
Q1.12#排气
Q1.23#泵启动
Q1.33#加温
Q1.43#加水
Q1.53#冷却
Q1.63#排气
Q1.7总报警
2、程序的编写
要编写控制程序,你必须熟悉编程指令,相关指令集请参考《S7-200可编程控制器系统手册》等相关手册,在此不再一一说明。
编程指令一般有梯形图、逻辑块图和语句等,根据各人的习惯可以任意选择一种进行程序的编写,它们之间往往可以相互转换。
以下就是模温机控制的语句指令程序,供参考。
主程序
网络1
LDSM0.0//调用SBR1子程序//1#模温机控制
CALLSBR_1:
SBR0
网络2
LDSM0.0//调用SBR2子程序//2#模温机控制
CALLSBR_2:
SBR2
网络3
LDSM0.0//调用SBR3子程序//3#模温机控制
CALLSBR_3:
SBR3
网络4
LDSM0.0//调用SBR4子程序//报警
CALLSBR_4:
SBR4
子程序
//SBR_11#模温机控制
网络1
LDSM0.1//初始化累加器//清零
MOVW0,AC0
网络2
LDSM0.0//标准化温度
MOVWAIW0,AC0
DIV10,AC0
MOVWAC0,VW300
网络3
LDSM0.0//调用温度PID控制功能模块
CALLPID0_INIT:
SBR1,VW300,VD1000,M0.0,0.0,Q0.1
网络4
LDNI0.5//加水
=Q0.2
网络5
LDNQ0.2
TOFT37,20
网络6
LDNI0.0
LDI0.0//泵运行
AW>=AIW0,1100
OLD
AT37
AI0.1
AI0.4
=Q0.0
网络7
LDNI0.0//打开热水阀
LDI0.0
AW>=AIW0,1100
OLD
AQ0.0
=Q2.0
网络8
LDI0.1//加温
AI0.5
AI0.6
AI0.7
=M0.0
网络9
LDNI0.1//排气
AI0.2
LDNI0.0
ANI0.1
ANT101
OLD
=Q0.4
网络10
LDNI0.0
ANI0.1
TONT101,250
网络11
LDW>=AIW0,1300//冷却
SQ0.3,1
网络12
LDSM0.0
DTIVD1000,VW500
网络13
LDW<=AIW0,VW500
RQ0.3,1
网络14
LDNI0.3//启动备用模温机
ONI0.4
OW<=AIW0,1200
AI0.0
=M1.0
网络15
子程序
//SBR_22#模温机控制
网络1
LDSM0.1//初始化累加器//清零
MOVW0,AC1
网络2
LDSM0.0//标准化温度
MOVWAIW2,AC1
DIV10,AC0
MOVWAC0,VW302
网络3
LDSM0.0//调用温度PID控制功能模块
CALLPID1_INIT:
SBR2,VW302,VD1004,M0.0,0.0,Q0.6
网络4
LDNI1.4//加水
=Q0.7
网络5
LDNQ0.7
TOFT38,20
网络6
LDNI0.0
LDI0.0//泵运行
AW>=AIW2,1100
OLD
AT38
AI1.0
OM1.0
OM1.1
ALD
AI1.3
=Q0.5
网络7
LDNI0.0//打开热水阀
LDI0.0
AW>=AIW2,1100
OLD
AQ0.5
LPS
LDI1.0
LDM1.0
AW>=AIW2,1100
OLD
ALD
ANQ2.0
=Q2.1
LPP
LDI1.0
LDM1.0
AW>=AIW2,1100
OLD
ALD
ANQ2.3
=Q2.2
网络8
LDI1.4//加温
AI1.5
AI1.6
=M0.1
网络9
LDNI1.0//排气
AI1.1
LDNI0.0
ANI1.0
ANT102
OLD
=Q1.1
网络10
LDNI0.0
ANI1.0
TONT102,250
网络11
LDW>=AIW2,1300//冷却
SQ1.0,1
网络12
LDSM0.0
DTIVD1004,VW502
网络13
LDW<=AIW2,VW502
RQ1.0,1
网络14
网络15
子程序
//SBR_33#模温机控制
网络1
LDSM0.1//初始化累加器//清零
MOVW0,AC2
网络2
LDSM0.0//标准化温度
MOVWAIW4,AC2
DIV10,AC2
MOVWAC2,VW304
网络3
LDSM0.0//调用温度PID控制功能模块
CALLPID2_INIT:
SBR3,VW304,VD1008,M0.2,0.0,Q1.3
网络4
LDNI2.4//加水
=Q1.4
网络5
LDNQ1.4
TOFT39,20
网络6
LDNI0.0
LDI0.0//泵运行
AW>=AIW4,1100
OLD
AT39
AI2.0
AI2.3
=Q1.2
网络7
LDNI0.0//打开热水阀
LDI0.0
AW>=AIW4,1100
OLD
AQ1.2
=Q2.3
网络8
LDI2.0//加温
AI2.4
AI2.5
AI2.6
=M0.2
网络9
LDNI2.0//排气
AI2.1
LDNI0.0
ANI2.0
ANT103
OLD
=Q1.6
网络10
LDNI0.0
ANI2.0
TONT103,250
网络11
LDW>=AIW4,1300//冷却
SQ1.5,1
网络12
LDSM0.0
DTIVD1008,VW504
网络13
LDW<=AIW4,VW504
RQ1.5,1
网络14
LDNI2.2//启动备用模温机
ONI2.3
OW<=AIW4,1200
AI0.0
=M1.1
网络15
子程序
//SBR_4报警
网络1
LDI0.1
LPS
ANI0.7
=M10.0
LPP
AI0.0
LPS
AW<=VW300,120
=M10.1
LPP
AW>=VW300,130
=M10.2
网络2
LDNI0.3
ONI0.4
ONI0.5
ONI0.6
OM10.0
OM10.1
OM10.2
=M0.5
网络3
LDSM0.0
LPS
ANI0.3
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_0:
V1058.7
LRD
ANI0.4
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_1:
V1058.6
LRD
ANI0.5
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_2:
V1058.5
LRD
ANI0.6
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_3:
V1058.4
LRD
AM10.0
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_4:
V1058.3
LRD
AM10.1
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_5:
V1058.2
LPP
AM10.2
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_6:
V1058.1
网络4
LDI1.0
LPS
ANI1.6
=M20.0
LPP
AI0.0
LPS
AW<=VW302,120
=M20.1
LPP
AW>=VW302,130
=M20.2
网络5
LDNI1.2
ONI1.3
ONI1.4
ONI1.5
OM20.0
OM20.1
OM20.2
=M0.6
网络6
LDSM0.0
LPS
ANI1.2
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_7:
V1058.0
LRD
ANI1.3
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_8:
V1059.7
LRD
ANI1.4
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_9:
V1059.6
LRD
ANI1.5
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_10:
V1059.5
LRD
AM20.0
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_11:
V1059.4
LRD
AM20.1
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_12:
V1059.3
LPP
AM20.2
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_13:
V1059.2
网络7
LDI2.0
LPS
ANI2.6
=M30.0
LPP
AI0.0
LPS
AW<=VW304,120
=M30.1
LPP
AW>=VW304,130
=M30.2
网络8
LDNI2.2
ONI2.3
ONI2.4
ONI2.5
OM30.0
OM30.1
OM30.2
=M0.7
网络9
LDSM0.0
LPS
ANI2.2
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_14:
V1059.1
LRD
ANI2.3
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_15:
V1059.0
LRD
ANI2.4
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_16:
V1060.7
LRD
ANI2.5
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_17:
V1060.6
LRD
AM30.0
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_18:
V1060.5
LRD
AM30.1
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_19:
V1060.4
LPP
AM30.2
CALLTD_ALM_1012:
SBR6,Alarm0_20:
V1060.3
网络10
LDM0.5
OM0.6
OM0.7
=Q1.7
文本显示
文本显示利用TD400和S7-200连接来实现,组态方法如下图所示:
1、起始地址
VB1012~VB1769
2、用户菜单
3、报警
Alarm0_01#模温机失电
Alarm0_11#模温机泵故障
Alarm0_21#模温机水位低
Alarm0_31#模温机超安全温度
Alarm0_41#模温机泵未启动
Alarm0_51#模温机超温
Alarm0_61#模温机低温
Alarm0_72#模温机失电
Alarm0_82#模温机泵故障
Alarm0_92#模温机水位低
Alarm0_102#模温机超安全温度
Alarm0_112#模温机泵未启动
Alarm0_122#模温机超温
Alarm0_132#模温机低温
Alarm0_143#模温机失电
Alarm0_153#模温机泵故障
Alarm0_163#模温机水位低
Alarm0_173#模温机超安全温度
Alarm0_183#模温机泵未启动
Alarm0_193#模温机超温
Alarm0_203#模温机低温
结束语:
PLC不仅仅使用在电缆行业,它几乎可以用在各个行业,诸如钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等等。
21世纪,PLC会有更大的发展,产品的品种会更丰富、规格更齐全,通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求,PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分,将在工业控制领域发挥越来越大的作用
参考书目:
1、《PLC在工业控制中的应用》
网络提供
2、《S7-200可编程控制器系统手册》
SIMATIC西门子公司提供
2007年9月版
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- PLC 电缆 生产过程 中的 应用
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