S7-300和S7-400系列PLC组合在双挤出内衬层生产线控制系统中的应用

第ｌ０期　胡建光．ｓ７—３００和ｓ７—４００系列ＰＬＣ组合在双挤出内衬层生产线控制系统中的应用　６２９　Ｓ７—３００和￥７－４００系列ＰＬＣ组合在双挤出内衬层　生产线控制系统中的应用　

胡建光　（杭州朝阳橡胶有限公司，浙江杭州　３１００１８）　

摘要：介绍双挤出内衬层生产线的工艺流程和控制系统。该生产线控制系统采用ｓ７　３００和ｓ７—４００系列ＰＬＣ组　合进行３ＣＰＵ组合控制，上位机采用Ｗｉｎｄｏｗｓ　２０００操作系统进行配方管理，可通过通讯卡与下位机通讯，进行设备状　态显示和报警，为防止上位机故障影响生产，配方同时存于ＰＩ　Ｃ的ＤＢ数据块中，并可用拨码开关进行选择。　关键词：内衬层；轮胎；双挤出生产线；控制系统　中图分类号：ＴＱ３３０．４　４；ＴＱ３３６．１　１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—８１７１（２０１０）１０—０６２９　０４　

西门子ＰＬＣ因其功能强大，多种逻辑编程语　言和模块化编程等优势在复杂控制系统中得到广　泛的应用，在橡胶行业更是如此。由我公司和中　国化学工业桂林工程有限公司共同开发的双挤出　内衬层生产线在控制上汲取了克虏伯等进口设备　的成功经验，避免了其不足，充分考虑了维修使用　上的方便，采用了Ｓ７—３００和Ｓ７—４００系列ＰＬＣ组　合控制，整体开发项目获得中国石油和化学工业　协会科技进步一等奖。　１双挤出内衬层生产线简介　１．１工艺流程　双挤出内衬层生产线由两组主机及一条辅线　构成，１　主机生产过渡层，２　主机生产气密层。　每台主机都由１台供料输送带、１台０２００挤出机　（包括移动小车）、１台压延机、裁切辊和接取辊道　构成。挤出机通过６段温控仪表加热到设定值，　压延机上下辊筒由２段温控仪表加热到设定值。　供料输送带将胶料送入挤出机，通过挤出机的搅　拌、剪切和塑化后通过宽幅口型板给压延机均匀　供料，然后由压延机压出，在裁切辊上得到两边被　裁未收缩宽度的半成品，被裁胶料通过返胶输送　带返回到供料输送带给挤出机供料。１　主机生　产的过渡层，通过１　接取辊道，２　主机生产的气　作者简介：胡建光（１９７６），男，浙江玉环县人，杭州朝阳橡胶　有限公司工程师，主要从事轮胎技术及管理工作。　密层通过２　接取辊道，在对中上坡输送带上以过　渡层为中心对中后，在复合输送带上进行热贴合。　完整的内衬层通过４段风冷输送带及下坡对中输　送带，由裁刀输送带送到１　卷取工位，在工字轮　上卷取，当达到卷取长度后，裁刀输送带自动裁　断，由传递输送带将胶料切换至２　卷取工位。　１．２双挤出内衬层的控制要求　内衬层胶料通过挤出机宽幅口型板给压延机　均匀供料，压出半成品形状由上辊套表面尺寸决　定，半成品厚度由两边辊隙电机调整。由于辊筒　表面受到胶料压力产生变形，变形程度成弧线分　布，加上中间部分的压力和温度较高，胶料膨胀率　也大，因此半成品中间部分相对偏厚，在控制上通　过辊筒轴交叉装置调整。由于过渡层尺寸较为复　杂，应在辊套表面尺寸设计时预先考虑辊筒表面　变形对尺寸的影响，否则容易超出轴交叉的调整　范围。内衬层半成品误差要求为±ｏ．１Ｏ　ｍｎ３．，因　此选择进口高分辨率位移传感器（精度为±０．０１　ｒａｍ）检测辊隙间距和轴交叉位置。采用电子尺　测量确定裁刀位移电机行程，并用数码管在操作　台及现场操作面板上显示。　内衬层胶料压出成型后经过接取辊道及对中　输送带，在复合输送带上贴合，再到４段冷却线，　下坡对中、裁断后再卷取。要求各段之间应有很　好的速度匹配，使胶料不拉伸也不堆积。这就要　求辅线控制有很好的速度整定能力和张力控制能　６３Ｏ　轮胎工业　２０１０年第３０卷　力，以确保不同规格产品质量。在卷取前的输送　带问装有料检光电开关、正切辊和浮动辊。浮动　辊一端装有位置气缸和压力气缸及重锤，由比例　阀控制气压的压力气缸和重锤及浮动辊质量共同　控制加在浮动辊上的合力矩，确保浮动辊始终贴　在胶料上，并使产品在各段之间保持合适的张力　而不拉伸。上位机用配方对比例阀的张力进行管　理，以适应不同段之间和不同胶料、不同产品、不　同生产线速度对张力的不同要求。同时在浮动辊　的一侧安装线性位移传感器检测浮动辊的摆动位　置，并将其转化为标准的０～１Ｏ　Ｖ电压信号输入　模拟量模块，计算出速度整定值。而光电开关检　测到物料有否，决定是否将速度整定值叠加到下　一段。在卷取工位除了浮动辊还有超声波检测卷　径，转为０～１０　Ｖ电压信号后，计算出整定值以抵　消卷取过程中卷径对速度的影响。　在内衬层生产线中挤出机和压延机驱动选用　西门子６ＲＡ７０调速器，速度链交流电机驱动选用　三菱Ａ系列变频器，并通过总线传输数据，确保　信号的准确。　１．３双挤出生产线控制系统　国内外内衬层生产线通常采取单挤出冷贴合　的方法，冷却方式采取辊筒水冷。本工作开发的　双挤出内衬层生产线采取双挤出热贴合、风冷方　式。控制系统硬件设计也充分考虑到控制系统结　构和规模特点，结合工艺控制要求和维修要求，选　用２个Ｓ７—３１７—２ＤＰ　ＰＬＣ和１个Ｓ７—４１４—２ＤＰ　ＰＬＣ　分别对两组主机和辅线进行独立控制，传动部分　选用西门子６ＲＡ７０直流调速器和三菱Ａ系列变　频器及Ｅ系列变频器。通过西门子Ｐｒｏｆｉｂｕｓ总　上位机ＷＩＮＣＣ　ＥＴ２９０Ｓｌ　Ｊ交流　笪Ｊ　变频　ｌ器１３　Ｌ　辅线　线方式实现ＰＬＣ和ＰＬＣ之间、ＰＬＣ主站和现场　ＥＴ２００Ｓ分站之间、ＰＬＣ与调速器和变频器之间　的网络通讯；温控系统通过ＲＳ４８５串口与主机　ＰＬＣ网络通讯。为达到维修方便的要求，可以选　择单台主机或双台主机和辅线联动功能。在一台　主机出现较大故障检修时，另一台主机和辅线仍　然能够生产，以供给原冷贴合内衬层生产线使用。　与硬件相对应，３部分ＰＬＣ程序相对独立又　组合在一起。采用西门子模块化编程适应大编程　量和复杂的工艺流程要求，由主程序调用不同功　能子程序和功能块，并调用专门的功能块实现　ＰＩ　ｃ之间的通讯。方便了程序的编写、修改、调　试和维护。　１．４控制流程　控制系统中３个西门子ＰＬＣ　ＣＰＵ和上位机　通过通讯卡组成高层的Ｐｒｏｆｉｂｕｓ网络，每一个　ＣＰＵ的２个ＤＰ端口各带１条底层的Ｐｒｏｆｉｂｕｓ　网络线，其中一条网络线联结分站，一条网络线联　结调速器和变频器。另外，１　主机通过通讯卡　ＣＰ３４０和ＲＫＣ温控表组成ＲＳ４８５网络通讯，也　可使ＲＫＣ温控表直接和上位机ＲＳ４８５串口通　讯。主机控制采用Ｓ７—３１７－２ＤＰ　ＣＰＵ，辅线控制　采用Ｓ７—４１４—２ＤＰ　ＣＰＵ，分站采用ＥＴ２００Ｓ。控制　系统结构如图ｌ所示。　１．５上位工控机对生产线的监控　上位机采用研华科技股份有限公司工控机，　操作系统采用微软的Ｗｉｎｄｏｗｓ　２０００操作系统，　监控软件采用ＷＩＮＣＣ组态软件。通过内插的　ＣＰ５６１１和３个ＰＬＣ　ＣＰＵ的通讯卡网络相连，实　现上位机和任何一个下位机直接通讯。组态软件　

醐　Ｉ调速ｌ　Ｊ温控Ｉ　Ｉ　７台　Ｉ△ｌ△ｌ　ｌ口Ｉ　ｌ口ｌ　

图１双挤出内衬层控制系统结构　

直流　调速　器２　第１０期　胡建光．ｓ７—３００和ｓ７—４００系列ＰＩ　Ｃ组合在双挤出内衬层生产线控制系统【１１的应用　６３１　主要实现两个功能：①配方管理；②设备状态的显　示和报警。主要实现挤出、压延、生产线速度的设　定和实际值显示，浮动辊的位置设定和实际值显　示以及压力设定，卷取垫布张力的初始值设定、卷　取长度设定，挤出、压延各段温度的设定和实际值　显示，产量计算及报警等功能。为防止上位机出　现故障后影响生产，配方同时存在ＰＬＣ的ＤＢ数　据块中，并可用拨码开关进行选择。　

２　程序设计　双挤出内衬层生产线控制系统的程序分为辅　线程序、ｌ　主机程序和２　主机程序３个独立的　部分。３个程序并列在总程序下，并分存于下位　机各自的ＣＰＵ中，可以在上层网络上监视、修改　所有程序，也可在下层网络上对各自部分独立操　作。１　主机和２　主机程序结构相同，但全线生　产线速度以１　压延机辊筒表面线速度为基准，　２　压延机对２　接取辊进行速度跟随。只有在２　主机和辅线单独联动时，速度才以２。压延机辊筒　表面线速度为基准进行跟随。３部分程序的编程　思路相同，均采用西门子ＳＴＥＰ７编程软件模块化　编程，其中单纯逻辑控制采用梯形图（ＬＡＤ）编　写，含有数据处理部分采用语句表（ＳＴＩ　）编程。　每部分控制程序均以循环执行主程序一一组织块　ＯＢ１开始，依次调用各子程序功能，一般子程序　功能还要调用其它功能块才能实现设备某部分逻　辑控制（如压延机上的动作控制）或特定能力（如　压延机上的驱动器控制字和状态字的读写）。除　ＯＢ１之外，程序还调用ＯＢ３４（循环中断）、Ｏ・Ｂ３５　（循环中断）、０１３８０（循环滤波）、ＯＢ８２（循环滤　波）、ＯＢ８５（编程顺序错误）、ＯＢ８６（机架故障）、　ＯＢ１００（热重启）实现模块的滤波和系统重启等，　主机程序流程和辅线程序流程如图２和３所示。　下面根据设备工艺流程，对速度链的整定程　序设计做进一步介绍。　在正常全线联动情况下，１　压延机辊筒表面　线速度通过ＰＩ　Ｃ之问的通讯把数据传给接取辊，　复合输送带的速度等于接取辊的速度加上速度整　定值，该值通过浮动辊装置检测后计算得到，后面　情况类似。速度整定流程如图４所示。浮动辊上　的线形位移传感器将位移信号转化为０～１０　Ｖ的　

——Ｉ主机主程序　ｌ　ＯＢ１　

报警　ＦＣｌ　中心控制　ＦＣ２　配方管理ＦＣ２０２，ＦＣ２０３，ＦＣ２０４　操作台运行指示灯　ＦＣ３９　Ｉ　

与ｓ７—４１４—２ＤＰ　ＰＬＣ及上位机通讯ＰＣ２００，ＦＣ５０　

挤出机驱动及液压驱动、动作控制　ＦＣ５，ＦＣ２６，ＦＣ２８　挤出机移动小车控制　ＦＣ２２　压延机驱动及液压驱动、动作控制　ＦＣｌ２，ＦＣ２７，ＦＣ２９　压延机辊隙及轴交叉调整　ＦＣ１４，ＦＣ１６　裁切辊、返胶输送带驱动控制　ＦＣ２１　修边刀架控制及刀宽调节　ＦＣｌ１，ＦＣ１５　

加减速控制　ＦＣ５３　模拟量输入实际值标准化　ＦＣ５２　模拟量输出及显示　ＦＣ５４　宽度设定值校正　ＦＣ５６　设定值最后校正　ＦＣ５７　主机速度跟随　ＦＣ５５　主操作台显示　ＦＣ８１　挤出机／压延机操作面板显示　ＦＣ８２，ＦＣ８３　

供料输送带控制　ＦＣ３　ＲＫＣ温控表报警　ＦＣ７　ＲＫＣ温控表测试　ＦＣ１２７　

图２主机程厚流程　电压信号，０　Ｖ对应浮动辊的最高点，１Ｏ　Ｖ对应　

浮动辊的最低点，输入现场分站的ＡＩ模块进行　Ａ／Ｄ转换后给程序进行计算。考虑到机械位置　的偏差和速度偏移影响及不同半成品对位置控制　的不同要求，因此不用５　Ｖ对应位置作为浮动辊　平衡位置，而是在配方中下载一个百分比值对应　浮动辊的平衡位置。若光电开关检测到无料，则　该段的速度整定值为零，若有料，且电机运转，浮　动辊由位置气缸打到工作位，则该段速度整定值