西门子模块总代理商-哈尔滨地区

工艺要求简述：由于卷制材料是10几微米的薄膜，要求卷轴平稳起动，均匀加速，以使用张力平稳；中间在某些位置需要停顿，作一些必要的处理，再继续卷绕；和起动一样，停顿或停止时，必须均匀减速，保持张力平稳；要求后圈数准确。
2.控制系统构成
很自然地想到S7-200西门子PLC应该能够实现项目要求的控制功能。S7-200CPU本体已含有高速脉冲输出功能，普通型号的CPU脉冲输出频率达20KHz，而224XP（CN）更是高达100kHz，可以用来驱动步进电机或伺服电机，再由电机直接驱动卷绕主轴旋转，完成工艺所要求的动作。
步进电机在成本上具有优势，但是步进电机的运转平稳性不如伺服电机，而两者的定位精度（圈数）的控制，在本工艺里都可以达到要求。我们考虑先试用步进电机的方案。
步进电机的驱动，实际上是由相应的步进电机驱动器负责的，所以步进电机的相数齿数等等问题由相应的驱动器解决，选择步进电机要考虑的主要是体积、转矩、转速等，不是本文的重点；
西门子PLC向驱动器送的仅为代表速度与位置的脉冲，这里要考虑的是步进电机在规定的转速下是否足够平稳，是否适合作为薄膜卷绕的动力。
我们作了一个模型机进行试验，采用细分型的驱动器，在50齿的电机上达到10000步/转，经17：25齿的同步带减速传动（同时电机的振动也可衰减），结果西门子plc运转很平稳，粗步确定可以达到工艺要求。于是正式试制一台，也获得成功，性能达到工艺要求，目前已经按此方案批量进行改造。
CPU选择224XPCN DC/DC/DC，系统构成如下：
224XP*1、步进电机*2、细分型驱动器*2、TD200*1、LED显示屏*1、编码器*1。
2.1 PTO0（Q0.0）输出一路高速脉冲，负责驱动卷绕主轴的旋转；
2.2 PTO1（Q0.1）输出一路高速脉冲，负责驱动主轴的水平直线移动；
2.3 一个正交增量型编码器装在主轴上，作为卷绕圈数的反馈；
2.4 威纶MT8100ie作为人机界面，用于设定参数

对于一个EU来说，SIPLUS IM 365是经济的扩展办法。它有以下特点：

设计紧凑；
坚固的塑料机壳内包含连接电缆用的接口

安装简单；
接口模块安装在DIN导轨上（插槽3）并和其它模块一样经过总线连接器连接到I/O模块

无故障组态；
接口模块自组态。无需地址分配。

用于状态和故障显示的LED

两个SIPLUS IM 365接口模块中的一个插入到CC中，另一个插入到EU中；两个模块通过一根1m长电缆连接

模块的使用限制；
EU 不连接到 C 总线。因此EU中不能插入C总线站 (CP 和 FM，参见组态帮助)

无单独电源；
EU上的模块由CPU电源供电

技术规范

商品编号

6AG1365-0BA01-2AA0

SIPLUS S7-300 IM365

电源电压
额定值 (DC)
● DC 24 V		在轨道应用中电源符合 EN 50155 标准
输入电流
来自背板总线 DC 5 V，大值		100 mA
功率损失
功率损失，典型值		0.5 W
硬件扩展
每个 CPU 的接口模块数量，大值		1; 1 对
标准、许可、证书
CE 标记		是
UL 许可		是; File E239877
RCM（原 C-TICK）
KC 许可
EAC（原 Gost-R）
轨道应用
● EN 50155		是; 章节 4、5 和 12；无其他适用协议；T1，类别 1，等级 A/B，EN 50155:2007（参见 SIOS 条目 109755985）
环境要求
运行中的环境温度
● 小值		-25 °C; = Tmin
● 大值		60 °C; = Tmax

2.5 一个LED显示屏用于显示实时的卷绕圈数。在实际生产中，工人需要时时参考卷绕的进度，LED显示比LCD醒目，所以这里放置了一个自制的LED显示屏。LED屏和PLC的连接方式，可参考本人在2003年的专家论文集中的文章。
3.控制系统完成的功能
3.1 控制系统首先要实现的功能，是卷绕的平稳起动、加速、减速、平稳停止。在新版的S7-200中，支持高速输出口PTO0/PTO1的线性加/减速，通过MicroWin的向导程序，非常容易实现。实际上，以目前的情况，线性加减速只能使用向导生成的程序，Siemens没有公开独立可使用的指令。
3.2 使用位置控制向导生成以下四个西门子plc的子程序（CPU内的PTO，不包括专用模块的情况），以PTO0为例：
3.2.1 PTO0_CTRL：每周期调用一次，可以控制PTO0的行为；
3.2.2 PTO0_MAN：可以控制PTO0以某一频率输出脉冲，并且可以通过程序随时中止（减速或立即中止）；
3.2.3 PTO0_RUN：运行(在向导中生的)包络，以预定的速度输出确定个数的脉冲，也可以通过程序随时时中止（减速或立即中止）。
3.2.4 PTO0_LDPOS：装载位置用，本例使用相对位置，所以不必装载。
本例的工艺要求，输出脉冲数可变（圈数可设定），又要在工艺允许的情况下尽可能地按指定的速度运行，也要随时能够减速停止，包括人工手动的停车要求。直接使用PTO0_MAN和PTO0_RUN都无法直接满足要求，以下来研究配合辅助手段如何实现。
3.3 的位置（圈数）控制
3.3.1 PTO0_RUN + 中断
卷绕定位与圈数控制，达到0.1圈以内的精度即可，以10000步/转的细分驱动器，0.1圈相当于1000脉冲。假使PTO正以高100kHz速度输出脉冲，以1ms的时间响应中断，脉冲的误差约为100个，所以从理论上说，中断方式把脉冲误差控制在1000个以下完全可以。无恒速阶段，当PTO0_MAN指令RUN=1允许脉冲输出时，脉冲序列从低速（起始速度，本例设为100p/s，很小，可以认为0）线性加速，加到指定速度speed后保持匀速，当收到减速停止RUN=0命令时，线性减速，至低速后停止。
所以，我们只要在脉冲输出前计算出停止指令执行的位置，并在此位置设置西门子变频器的中断以便执行减速停止指令，就可保证输出的序列脉冲个数在要求的误差范围内。
计算过程：
本例加速和减速的斜率是相同的，比较简单，如果两个斜率不同，计算稍麻烦一点，原理差不多。
3.3.1.1 用向导生成一个高速单速包络，从生成的PTO0_DATA中找出加速和减速脉冲数（可以参考3.3.2节的描述），如果加减速斜率相同，这两个数应该是一样的，由于计算精度的关系，差几个脉冲也属正常。这个数据在程序中可以作为常数使用。
3.3.1.2 如果目标脉冲数大于加速和减速脉冲数之和，表示脉冲输出可以加速到高速，有恒速阶段，那么中断位置=目标脉冲数-减速脉冲数；
3.3.1.3 如果目标脉冲数不大于加速和减速脉冲数之和，无恒速阶段，包络变成一个等腰三角形（两边斜率相同的情况），那么中断位置=目标脉冲数/2。
3.3.1.4 更进一步，水平恒速的速度可变，就象本案的情况，卷绕速度是可设定的，而且这个速度受机械/电机高限速、薄膜高线速的限制，取三者中的小值，然后才能确定西门子变频器加速到该速度所需的脉冲数，通过简单的数学计算即可获得。
段3：终减速脉冲数，VD1063。依我的经验看，这个终减速脉冲数始终为1。在向导中，只能生成有限的包络，如果目标脉冲数任意的，我们只好修改包络里面的数据了。加速段和减速段的脉冲数不方便改，因为线性加减速的指令并不清楚，所以只好修改恒速段的脉冲数。实践证明，修改恒速段的脉冲数，可以非常容易且准确地控制输出脉冲数。唯一的限制是，总的脉冲数，必须大于加减速段+终减速段脉冲数之和，也即恒速段的脉冲不能小于1。
4.项目运行
首台设备改造完成于2005年12月，至目前已有6台投入运行，效果达到预期的目标，保证了产品质量的一致性，生产效率也有提高，工人劳动强度明显降低。