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基于S7-300PLC的纸张质量控制系统

　　2.3硬件配置

　　根据控制系统的要求，采用s7-300系列的plc来进行组态。对于控制系统的plc，首先，由于控制系统的i/o点数（本系统为110个点）不多，程序量不大，通过经验公式计算所需存储器容量（存储器容量（kb）=（1.1～1.25）×（di×10+do×5+ai/a0×100）/1024），根据存储器容量大小选择主控模块为cpu314即可。

　　供电模块：10a的ps307；中央处理器（cpu）：选用cpu314；模拟信号输入：所有的现场参数，由各自的变送器进行检测，通过相应的变送器转换为4～20ma的标准信号与plc系统的模拟量输入通道连接。选用模块为sm331/ai8（2块）；开关量输入：主要是一些控制按钮、急停按钮、限位开关、行程开关等，选用sm321di16（2块）；模拟信号输出4～20ma的调节信号通过d/a模块输出，完成各回路中的调节器的控制。阀门采用气动调节阀，通过电气阀门定位器接受4～20ma电流调节信号。选用模块为sm332/ao8（2块）；开关信号输出：包括一些运行状态显示、报警等。选用模块为sm322/do32（1块）；通讯模块：选用r485接口的cp340（1块）。为了保证控制系统运行可靠稳定，在信号的采集和控制通道中充分采用系统隔离技术。所有现场传感器信号通过隔离器或配电器进入plc的模拟信号采集通道，所有现场的开关信号及阀门的控制信号采用中间继电器隔离。

　　2.4系统控制回路

　　（1） 上浆浓度控制回路

　　影响定量的只要因素是进入冲浆泵的纸浆浓度和流量，浓度通过浓度的自动控制系统来调节。

　　（2）上浆流量控制回路

　　将流量计和相应的控制阀安装在冲浆泵的入口的管道上，实现对上浆流量的控制。根据一定的定量控制算法，改变流量设计值的大小。定量阀采用btg公司的，流量计采用横河ae215mg-as2-pnj-ain/br/sct。

　　（3）蒸汽压力控制回路

　　本系统为三段供汽方式的8缸纸机，采用分段控制方式。分别对施胶前烘缸组（2缸）和施胶后烘缸组（6缸）压力进行顺序控制和定值控制，实现纸张水分的控制。

　　（4）定量水分测控系统

　　定量和水分仪的探头安装在o型扫描架上，随扫描架的来回移动对纸张连续扫描检测，检测信号通过网络传输给计算机进行处理。并在计算机屏幕上实时显示定量水分横向分布图和和纵向趋势图。与此同时计算机通过检测值和设定值之间的偏差根据一定的控制算法发出控制信号，分别调节定量阀和烘缸蒸汽阀，使定量水分保持相对稳定。

　　（5）纸机车速显示和调节

　　从纸机传动部变频器和增量式编码器组成车速的调节系统，并把车速信号传输给计算机显示，通过检测信号和设定信号之间的偏差发出调节控制信号，保持车速稳定。

　　2.5os站（操作员站）的功能设计

　　（1） 组态设计、仿真调试、监控和控制操作。

　　（2） 与现场控制站连接通讯，实现系统的分散控制。

　　（3）完善的系统应用软件，进行工控软件的二次开发，提供人机监控操作界面。为保证控制系统运行稳定，在信号的采集和控制通道采用系统隔离技术，传感器信号通过隔离器进入plc的模拟信号采集模块，所有逻辑信号和阀门控制信号采用施奈德中间继电器隔离，保证控制系统与现场仪表的完全隔离。该控制系统所有的压力、流量、液位、浓度、温度等信号以动态的形式在计算机上显示。系统的各个控制参数、工艺参数及生成的数据库自动的存贮在计算机中，便于实时查询。

3系统控制策略

　　纸张生产过程中，定量和灰分的调节是一个大时滞、大惯性、强耦合、非线性的复杂控制过程。传统的pid很难对其进行有效的控制。本系统利用智能控制策略结合pid控制很好的解决了纸张定量和水分的控制。

　　3.1系统功能

　　系统具有定量和水分的测量及控制，横向定量曲线的输出，绝干浆流量控制。plc根据定量水分的设定值和检测值之间的偏差，按一定的控制规律发出控制信号，分别调节定量阀的开度和和烘缸蒸汽压力的大小，保持定量水分的稳定。

　　（1）调浆箱上浆浓度的自动检测和控制，克服了中浓浆浓度的变化对纸张定量的影响。

　　（2）烘干部烘缸汽压的自动检测和调整，克服了外来汽压的波动对纸张水分的影响。

　　（3）crt显示纸张定量水分的工况数据历史记录。根据纸张定量水分的设定值和测量值之间的差值，控制浆流阀的大小和及蒸汽压力阀的动作，保正产出高质量的纸张。

　　（4）根据工艺，通过电脑键盘设定控制参数和设定值。

　　（5） 系统操作规范有手动和自动两种方式，可根据需要自动切换

保证大精度和速度 

Twins 牌燃气设备配件在国际家用电器制造商生产的煤气灶和烤箱中广泛应用。这些零部件由位于意大利北部的Beocom公司开发和建造的机器上加工。大约 20 年前，Beocom开发了台全自动串联式安装和测试设备，它具有两个并行排列的测试站，其 Twins 品牌名称由此而来。这一创新产品奠定了公司长期成功的基础。近，Beocom采用倍福的集成式 PLC 和运动控制解决方案完成了一条全新的用于加工小型煤气设备零部件的连续生产线。 

“在我们刚开发好时，这款自动串联式测试装置大的创新特点是在两个工作站之间，零部件的拾放是相对独立的。”与 Franco Borsi一起于 1995 年共同创立Beocom公司的 Ivan Omodei说道。“虽然自动串联装置在当时并不是什么是新事物，但以前只有在两个加工操作都完成后才能拾取零部件，因此周期时间也比较长。转向使用基于PC 控制平台后，我们能够基于时序主站逻辑分别缩短周期和控制时间。” 

近，Beocom开发了一条用于安装在燃气配件中的金属套管加工（铣削、切削、车削、钻孔、螺纹切削，等等）的连续生产线。这些组件负责确保煤气设备的密封性，这也是为什么这些组件要采用黄铜棒以大精度加工。“我们的连续生产线基于电子控制回转工作台原理，反之，它也可以从我们扎实的自动化组装和测试机器的知识中受益。”Ivan Omodei说道。吞吐量不断变化，但每天通常是在数千个零部件范围内变化，这要取决于工件的尺寸和加工要求。零部件被自动放在输送工位上。这实际上消除了配置修改后的停机时间并显著提高了生产效率。

 
图1 以旋转式表盘和分度机形式呈现的连续生产线用于加工煤气设备的小型零部件

Beckhoff的嵌入式控制器集成 PLC 和运动控制 

倍福的 CX2030 嵌入式控制器用作连续生产线的控制单元。它不仅监测分布式 I/O 点，而且还控制 31 根轴的运动同步。AM8000 系列伺服电机采用单电缆技术，并实施了直线电机。由传感器、转换器和执行器构成的整套外设通过EtherCAT连接。使用温度和振动传感器可以为整个连续生产线监测测得的值。除了防护等级为 IP 20 的EtherCAT I/O 端子模块之外，还使用了坚固耐用的 IP 67 现场总线端子盒，它们直接安装在机器上。安全解决方案通过TwinSAFE I/O 端子模块，它们可以直接插接在嵌入式控制器后面。HMI 硬件用的是一台 15 英寸的 CP3915 远程多点触控控制面板。定制的面板连接到一个符合人体工程学机器操作的可移动安装臂上。

 
Twins 连续生产线的中央控制柜概览图，煤气设备的小型零部件就是在这个生产线上加工而成的总共使用了 
15 个双通道和 2 个单通道 Ax5xxx 系列EtherCAT伺服驱动器用于控制这些轴

由于控制架构基于标准组件，Beocom为连续生产线开发完整的应用软件。Ivan Omodei自豪地指出该软件提供了传统 NC 控制器所不具备的功能。 

Beocom将基于 PC 的控制技术作为标准 

公司创始人 Ivan Omodei列出了一系列现在将倍福基于 PC 的控制技术作为其机器标准的原因。“我们以前使用的解决方案不再具有竞争力。早在 2011 年，我们就给我们的机器配备了倍福控制平台。我们很快意识到它非常适合用于满足我们在性能、速度和精度方面的要求。组装和测试线由多个子组件构成，因此集中式 PC 控制系统让我们能够利用全部集成所有组件获得佳性能。此外，EtherCAT作为高速通讯系统能够保证数千个机器边缘数据点的快速、一致性的信号传输。 

据 Ivan Omodei所述，另一个亮点是基于 PC和EtherCAT的控制技术所具备的诊断能力。“EtherCAT让我们能够将诊断**定位到各个 I/O 点，而不是整个网段。基于 PC 的控制平台，也可以轻松地进行远程故障诊断。例如，我们可以检测是否真的有问题或者由于错误操作或机器设置触发了报警，这种情况经常出现。除此之外，高性能的嵌入式控制器，加上合适大小的存储介质，能够实现**的产品跟踪。