李 強(qiáng)，陳茂林，趙良皓

（天津鞍鋼天鐵冷軋薄板有限公司，天津300308）

0 引言

S7-400 PLC由于具有抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定可靠性高、故障率低等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)今的工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了S7-400 PLC在天津鞍鋼天鐵公司重卷機(jī)組的應(yīng)用情況及常見的故障處理方法。

1 S7-400 PLC的概念及系統(tǒng)組成

1.1 S7-400 PLC的概念

S7-400 PLC采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，可靠耐用，同時(shí)可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，使用戶能夠根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或升級時(shí)，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。

1.2 西門子PLC的系統(tǒng)組成

S7-400 PLC自動化系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。它所具有的模板的擴(kuò)展和配置功能使其能夠按照每個(gè)不同的需求靈活組合。下面對重卷機(jī)組中使用的各種模塊進(jìn)行介紹。

1.2.1 電源模板

選用PS407模板，通過背板總線給S7-400模板供電，輸入電壓：120/230VAC。

1.2.2 CPU模板

選用CPU 416-2DP模板，內(nèi)置Profibus DP接口使其能作為主站直接連接到Profibus DP現(xiàn)場總線；Profibus網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸率最大可到12M。

1.2.3 高速計(jì)數(shù)模板

用于帶鋼卷取長度（重量）檢測與控制，選用FM350-2智能性8通道模塊，可通過集成數(shù)字輸入端直接連接門控信號，具有比較功能和能夠通過集成數(shù)字輸出端輸出響應(yīng)。最大計(jì)數(shù)頻率200 kHz。

1.2.4 數(shù)字量輸入模板

用于開關(guān)量的輸入，工作電壓DC24V。

1.2.5 數(shù)字量輸出模塊

用于開關(guān)量的輸出，工作電壓DC24V，晶體管型輸出。

1.2.6 通訊處理器

用于將S7-400連接到Profibus和工業(yè)以太網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)PLC、交流變頻器和HMI工程師站通訊減輕CPU的通訊任務(wù)，進(jìn)一步增加連接性能。通過通訊處理器提高了S7-400的通訊能力，作為ET200分布式I/O系統(tǒng)或交流變頻器的主站，與編程器和人機(jī)接口設(shè)備通訊。

1.2.7 擴(kuò)展接口模塊

用于ET-200模塊化I/O站與Profibus DP網(wǎng)絡(luò)的連接。

1.2.8 分布式I/O

ET200模塊化I/O站：用于安裝在操作臺等I/O點(diǎn)較為集中的電氣設(shè)備。

2 S7-400 PLC的應(yīng)用及故障處理

鞍鋼天鐵重卷檢查機(jī)組用于將來料帶卷經(jīng)切邊、檢查后進(jìn)行重卷、分卷。S7-400 PLC是利用STEP7的硬件組態(tài)工具HW Config進(jìn)行組態(tài)和參數(shù)化（如圖1所示）。系統(tǒng)的編程語言為LAD和FBD混合編程，既可以縮短編程和調(diào)試時(shí)間，又節(jié)約了程序的優(yōu)化時(shí)間。

圖1 S7-400組態(tài)圖

以上卷小車的自動上卷程序?yàn)槔?，對S7-400 PLC程序的應(yīng)用情況進(jìn)行分析。本段程序主要介紹了上卷小車如何從存料臺或交接鞍座連接到鋼卷，經(jīng)過對鋼卷的測寬和測徑，最后把鋼卷穿進(jìn)開卷機(jī)的芯軸。

程序1為上卷小車從存料臺或交接鞍座連接到鋼卷的過程（見圖2）。首先，程序通過兩個(gè)限位開關(guān)來判斷接取鋼卷的位置，之后通過限位開關(guān)和比較功能塊來實(shí)現(xiàn)鋼卷的定位，從而完成接取鋼卷的動作。

程序2為上卷小車在接取鋼卷后測量鋼卷寬度的過程（見圖3）。首先，程序通過測寬光柵上升沿和下降沿的變化，獲得橫移編碼器的兩個(gè)數(shù)值＃width1_1和＃width1_2，然后將兩個(gè)數(shù)值做減法，可得到＃width1_3，即鋼卷的寬度。

程序3為上卷小車在接取鋼卷后測量鋼卷半徑的過程（見圖4）。首先，程序通過上卷小車測徑完成點(diǎn)1＃光電開關(guān)，得到上升編碼器的一個(gè)數(shù)值MD1460，之后通過上卷小車測徑完成點(diǎn)1＃光電開關(guān)的下降沿變化，得到上升編碼器的另一個(gè)數(shù)值MD1464，MD1460 減去 MD1464 得到數(shù)值#temp3_6。根據(jù)公式sin1.396263＝R/（#temp3_6－R），計(jì)算出鋼卷的半徑R（MD1450）。上卷小車測徑完成點(diǎn)2＃光電開關(guān)的動作和計(jì)算原理同1＃相同。

程序4為上卷小車將鋼卷穿進(jìn)開卷機(jī)芯軸的過程（見圖5）。首先，將4130減去#width_half（鋼卷寬度的一半），得到數(shù)值#L_x；再用#width1_2減去DB12.DBD8，得到數(shù)值 #L_act；最后，用 #L_x 減去#L_act，得到了數(shù)值#Lx_Lact（上卷小車到開卷機(jī)芯軸的實(shí)際行走距離）。根據(jù)數(shù)值#Lx_Lact與MD140（HMI上卷小車標(biāo)定）的比較，得出鋼卷在開卷機(jī)芯軸的實(shí)際位置。

圖2 上卷小車從存料臺或交接鞍座連接到鋼卷的過程圖

圖3 上卷小車在接取鋼卷后測量鋼卷寬度的過程圖

圖4 上卷小車在接取鋼卷后測量鋼卷半徑的過程圖

圖5 上卷小車將鋼卷穿進(jìn)開卷機(jī)芯軸的過程圖

在日常維護(hù)中出現(xiàn)的常見問題及處理方法：每年對S7-400的電池進(jìn)行更換，以免在長時(shí)間斷電的情況下造成程序丟失。S7-400對運(yùn)行環(huán)境的溫度要求比較高，必須保證在低于40℃的環(huán)境中運(yùn)行。自投產(chǎn)以來，S7-400曾出現(xiàn)過CPU所有指示燈閃爍、CP443故障燈亮、電源模塊指示燈正常的故障現(xiàn)象，通過將電源模塊斷電，拔出儲存卡，重新通電，CPU恢復(fù)正常，說明為儲存卡（CF）損壞，將其更換即可。另外，還曾出現(xiàn)過CPU一直處于STOP狀態(tài)，重新通電后仍不能恢復(fù)正常，通過更換CPU模塊重新組態(tài)后，恢復(fù)正常。

3 結(jié)束語

本文主要對S7-400 PLC的組成和硬件進(jìn)行了介紹，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)例說明了S7-400 PLC的應(yīng)用過程，以及S7-400 PLC一些常見故障問題的處理方法。只有不斷掌握硬件和程序，才能解決現(xiàn)場出現(xiàn)的各種故障問題。