王德卿 張延杰

摘 要：本文介紹了西門子300PLC在上位機控制系統(tǒng)在電線生產線上的應用，詳細說明了上位機控制系統(tǒng)的構成及程序設計，同時也對上位機監(jiān)控實時軟件方案進行了闡述和分析。

關鍵詞：西門子300PLC 上位機控制系統(tǒng) 電線生產線

采用西門子300PLC上位機控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)上位機監(jiān)控界面友好，為生產的預防以及發(fā)生事故時的診斷提供大量原始資料；還有就是利用大量的數據采用數據挖掘技術以提高控制精度以提高生產設備的生產效率；還可以利用上位機的強大的運算功能來實現(xiàn)先進控制算法如遺傳算法以及神經網絡算法等以提高控制效果。隨著計算機技術的不斷發(fā)展進步，以及硬件價格的不斷下調，越來越多的控制系統(tǒng)采用上位機進行監(jiān)控。采用上位機控制可以實現(xiàn)數據的無紙化保存和傳輸，以節(jié)約能源和生產開支等。

1上位控制系統(tǒng)的特點

整個系統(tǒng)基于PLC及上位機控制設計，能更方便進行生產、提高生產效率、降低操作復雜度。操作臺集中簡化各部分控制。上位機提供了軟件支持，能夠實現(xiàn)完善的監(jiān)控功能，進行管理并提供友好的人機接口。在實際應用中，操作者對生產線操作通過上位機實現(xiàn)。所有的系統(tǒng)參數報警故障信息等都可以通過上位機監(jiān)控。進一步提高了系統(tǒng)集成度可靠性，降低了其復雜性。應用上位計算機高速運算能力及高級語言編程軟件實現(xiàn)整個監(jiān)控畫面，上位機與PLC實時通信參與控制，可脫離現(xiàn)場設備實現(xiàn)模擬生產，實現(xiàn)實驗與生產雙重目標。

2上位控制控制系統(tǒng)構成

PLC控制系統(tǒng)在設備現(xiàn)場主要實現(xiàn)兩大控制功能，電線擠塑控制和電線運動控制。上位機實現(xiàn)對現(xiàn)場設備信息的采集處理，以及對各部分設備的報警監(jiān)控?？梢园凑展δ芊譃榫€徑檢測及擠塑控制系統(tǒng)、牽引傳動手放線系統(tǒng)、報警及處理控制系統(tǒng)、數據信息處理系統(tǒng)。線徑檢測及擠塑控制系統(tǒng)包括：電線直徑檢測、電線冷卻風干控制、絕緣層耐壓檢測、擠塑機螺堂內部溫度四級控制、擠塑機冷卻水系統(tǒng)及風機控制、擠塑機電機速度控制、電線直徑（擠塑機出料）控制；牽引傳動手放線系統(tǒng)包括：牽引機電機速度控制、生產電線長度測量、電線張力控制、放線及收線電機力矩控制；報警及處理系統(tǒng)各部分的報警信息檢測及處理，這部分包括：牽引收放線電機過載、擠塑電機過載、擠塑機缺料即溫控故障、變頻器或直流調速器故障報警、火花機及風機報警等；數據信息處理系統(tǒng)主要是采集現(xiàn)場數據（電線直徑、生產長度及時間、各電機運行狀態(tài)、各控制器狀態(tài)、各執(zhí)行器狀態(tài)）并進行記錄。

3控制系統(tǒng)在電線生產上的應用

擠塑機運行生產時，要保持設備在6種狀態(tài)間變換：加熱狀態(tài)、保溫狀態(tài)、排料狀態(tài)、生產狀態(tài)、待機狀態(tài)、降溫狀態(tài)。其中加熱和降溫是過渡環(huán)節(jié)。在溫度達到設定值進入保溫狀態(tài)，在此狀態(tài)中保持螺筒溫度在設定范圍，這可以避免非生產情況下長時間高溫加熱而使聚乙烯塑料燒焦，也可避免溫度過低縮短生產線進入生產狀態(tài)所需的升溫時問。排料狀態(tài)是在生產前后用來觀察聚乙烯溫度或排出螺筒內廢料。在進入生產狀態(tài)前可以通過排料觀察擠塑顏色和狀態(tài)，調整達到要求條件。在生產后螺筒內會存有剩余的加熱好的聚乙烯原料，排料狀態(tài)能夠清空螺堂，保證下次生產的順利進行根據電線生產過程中這6個狀態(tài)的轉換關系設計的主程序。生產過程中要求線速度恒定，恒張力調節(jié)系統(tǒng)；牽引機速度為全線基準速度，前后張力分段反饋調節(jié)。擠塑機擠塑速度以線速度為基準，擠塑機溫度分4段獨立控制。水冷卻系統(tǒng)采用水箱水槽循環(huán)水溫度控制二級冷卻。這保證電線生產速度直觀調控，又保證擠塑質量與電線絕緣層的質量。

系統(tǒng)啟動，首先進入加熱狀態(tài)。4段8個RKC溫控儀分別采集并按設定控制螺筒內部溫度，PLC獲得模擬量溫度值。當螺筒溫度達到設定保溫溫度，系統(tǒng)停止加熱進入保溫狀態(tài)。這時可以根據生產需要設定螺筒溫度，系統(tǒng)設定溫度高于保溫溫度系統(tǒng)進入加熱狀態(tài)，達到設定溫度后進人待機狀態(tài)。這時已經為生產準備好了。當PLC控制的生產標志位為1，系統(tǒng)進入生產狀態(tài)。牽引電機啟動達到設定線速度，收放線電機產生張力力矩，二級冷卻運行，測徑儀將線徑信號反饋到控制環(huán)節(jié)調節(jié)擠塑機轉速，火花機風干刻字機開始運行。生產標志位為0，系統(tǒng)保持待機狀態(tài)，因所用不同塑料耐高溫能力有差異，待機時間也有所不同。如果待機結束后，系統(tǒng)沒有進入生產或排料狀態(tài)，則進入降溫狀態(tài)，螺筒內部溫度降低，轉為保溫狀態(tài)。擠塑機速度控制是系統(tǒng)控制中的重要環(huán)節(jié)，控制的好壞直接決定了產品的質量。所生產的電線線徑就是通過擠塑機速度調節(jié)實現(xiàn)的。系統(tǒng)在設置恒定線速度下，根據設定的線徑標準與測徑儀反饋控制擠塑機擠塑。牽引機速度也可以在生產中進行調節(jié)，這就要求擠塑機速度要跟隨線速度變化自動調節(jié)。出于教學方便，設定值可由上位機或現(xiàn)場設備設置，并且根據設定值的變化，要采用合適的加速度以符合系統(tǒng)要求，這樣可以避免出現(xiàn)電流沖擊或過載現(xiàn)象。在加速度調節(jié)的過程中，實際值保持在一個設定值誤差范圍內即可，可以避免頻繁波動情況的出現(xiàn)。系統(tǒng)應用二倍加速度作為其誤差范圍。這樣的控制方法在實際運行中效果較好，生產穩(wěn)定。而在排料狀態(tài)下，不要求速度穩(wěn)定性，可用較高的加速度運行。在生長過程中，牽引機線速度和擠塑機的加減速要配合保持速度的平穩(wěn)上升。應用PLC實現(xiàn)速度控制，PLC運算可靠性離、實時性好、準確方便?？刂瞥绦蛐枰O定初始線速度、擠塑機初始速度。初始速度是剛進入生產狀態(tài)的所要求的速度，此時速度值低，點擊力矩運行不穩(wěn)定，線徑控制難。因此，在起始的2—3S內不進行線徑反饋控制。在進入正常生長狀態(tài)后，可以通過上位機或現(xiàn)場控制環(huán)節(jié)改變線速度設定值，系統(tǒng)統(tǒng)過程需自動調整產生生產加速度，這時反饋控制進一步保證線徑恒定符合生產要求。線徑保持PI控制，并且可以根據不同生產要求線徑和不同速度調整P、I值，以達到最佳控制效果。在進入排料狀態(tài)后，可以給定排料速度和加速度。

4結束語

以SIEMENS 300系列PLC及上位機綜合控制電線生產線，可以達到較好的生產效果和教學目的。正常生產時，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。在教學時可以分步運行，說明各個控制環(huán)節(jié)及設備功能。上位機界面友好，操作方便。

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