西門子中小型PLC系統(tǒng)S7-300簡介及硬件/網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

建筑是人類生活的基礎(chǔ)設(shè)施和基本條件之一，隨著生活水平的提高和人類社會的發(fā)展，人們對建筑的需求越來越迫切，建筑工程的規(guī)模和數(shù)量在不斷增長。在我國的建筑行業(yè)中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的建筑還占有相當大的比重。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑中，鋼筋是整個建筑的骨架，它由主鋼筋和箍筋等構(gòu)成。箍筋的形狀和尺寸跟主鋼筋的設(shè)計有關(guān)系，并且它的用量要比主箍筋的用量多許多倍。但在現(xiàn)實的箍筋生產(chǎn)中，箍筋的生產(chǎn)有兩部分組成：一種是校直裝置，另一種是彎箍成型的裝置。當前的簡易彎箍設(shè)備遠遠不能滿足大批量、多品種的加工模式，工人的勞動強度大，生產(chǎn)效率低，人工成本很高。

二 S7-300簡介及硬件/網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

SIMATIC S7-300是德國西門子（Siemens）公司生產(chǎn)的模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。S7-300系統(tǒng)通過各種單獨的模塊之間的組合可進行構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)；S7-300的指令系統(tǒng)具備高速（0.6~0.1μs）的運算速度；S7-300支持用浮點數(shù)和反三角函數(shù)運算，能夠有效地進行更為復雜的算術(shù)運算；S7-300通過統(tǒng)一的Step 7軟件方便、簡單的給所有模塊進行組態(tài)和參數(shù)賦值；S7-300具備多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復制和修改；S7-300具備強大的通信功能，它多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)，多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。

彎箍的過程中涉及到了大量的計算，我們需要一種能支持強大運算功能的PLC，西門子的S7-300正好符合我們的要求。西門子的Step 7 ProfessionalV5.4 SP3 編程軟件支持LAD，STL和FBD三種編程語言，并且支持三種編程語言的混編，大大的提高了編程的效率。

所以針對箍筋生產(chǎn)的現(xiàn)實情況，考慮到使用環(huán)境為高粉塵、高電磁干擾，已超出了工控機的承受范圍，我們選擇了一種用先進的、成熟的S7-300 PLC主要核心、以觸摸屏為人機界面（HMI）、以安川交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為執(zhí)行機構(gòu)的方案進行自動化箍筋生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計。

以S7-300為核心的控制系統(tǒng)包含CPU314C-2DP（CPU）、FM354（驅(qū)動牽引部分的控制器）、FM353（彎曲部分的控制器）、SM321（輸入模塊，反饋各種執(zhí)行機構(gòu)的動作完成位置是否正確和控制信號）、SM322（輸出模塊，控制各種電磁閥的動作）構(gòu)成，如下圖所示：

S7-300與觸摸屏的連接網(wǎng)絡(luò)我們選擇MPI，CPU314C-2DP的MPI地址設(shè)為2，SM354的MPI地址設(shè)為3，SM353的MPI地址設(shè)為4，HMI的地址設(shè)為1，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)如下圖所示：

三 工作原理

根據(jù)箍筋生產(chǎn)的實際情況，我們采用將校直裝置和彎箍成型裝置放置在一起的方案。校直部分主要由橫、豎兩排矯直輥組成，通過輥子的擠壓來去掉鋼筋的彎曲應(yīng)力，如下圖所示。為了方便用戶的調(diào)整，上半部分的矯直輥的位置可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同直徑的鋼筋。

校直裝置由一個11KW的交流伺服電機來牽引，牽引的同時完成送料。

彎曲部分采用繞彎的方式，以一個軸為中心，另一個軸臂圍繞此軸旋轉(zhuǎn)，如下圖所示。整個彎曲部分可以一彎曲時的鋼筋為中心伸出/退回，也可以進行順時針/逆時針的旋轉(zhuǎn)。彎曲的速度和角度有定位模塊FM353來控制，實現(xiàn)了高速、精確定位

旋轉(zhuǎn)部件的也由以一個7.5KW交流伺服電機來牽引。

當箍筋加工完成后，由普通的三相異步電動機通過曲柄連桿機構(gòu)帶動剪刀把鋼筋剪斷，然后進行下一個循環(huán)。

四 軟件的實現(xiàn)

S7-300 PLC系統(tǒng)編程軟件選用STEP 7 Professional V5.4 SP4編程軟件包（為了能FM354、FM353對進行設(shè)置，我們要安裝四門子提供的Simatic S7 FM353/FM354 Parameterization Version 4.03.04），采用模塊式的面相對象的思想進行編程，完成硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、PLC程序編制、測試、調(diào)試和文檔處理。

由于STEP 7 Professional V5.4 SP4支持在同一個塊內(nèi)同時使用LAD，STL和FBD三種編程語言。對于系統(tǒng)中的邏輯控制選用梯形圖編程，構(gòu)成FC塊，實現(xiàn)各機組執(zhí)行機構(gòu)的電氣控制和工序邏輯功能；對于數(shù)據(jù)處理的部分則采用語句表編程，構(gòu)成FB塊。浮點數(shù)運算和反三角函數(shù)的運用極大地簡化了檢測盤上的外部旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖信號的輸入與鋼筋送進長度之間之間的換算關(guān)系，實現(xiàn)較為復雜的算術(shù)運算和邏輯、定位控制等功能，具體的程序結(jié)構(gòu)見下圖。

其中OB 100是熱啟動組織塊，系統(tǒng)啟動就調(diào)用OB 100，主要作用是初始化各種數(shù)據(jù)并且把內(nèi)部存儲的各種狀態(tài)復位;OB1是主程序塊，它調(diào)用各種FC和FB更新來自MPI總線上的數(shù)據(jù)塊中的的數(shù)據(jù)，控制伺服驅(qū)動器完成定位，控制各個閥的動作，來完成箍筋制作的動作。

五、結(jié)論

經(jīng)過調(diào)試，PLC和交流伺服系統(tǒng)在該設(shè)備中工作正常穩(wěn)定，一臺本設(shè)備的生產(chǎn)效率大約是采用傳統(tǒng)方式的20倍。它簡化了箍筋加工的流程，極大的提高了生產(chǎn)效率，改善了工人的工作環(huán)境，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，適應(yīng)當前箍筋柔性化生產(chǎn)的方向。

參考文獻

［1］李建興，可編程邏輯控制器應(yīng)用技術(shù)，機械工業(yè)出版社，2004

［2］楊自厚， 自動控制原理， 冶金工業(yè)出版社， 1985。

［3］西門子S7-300編程手冊

［4］安川伺服說明書

［5］建設(shè)部人事教育司，鋼筋工，中國建筑工業(yè)出版社，2003。

［6］S7-300 PLC在冷彎設(shè)備中的應(yīng)用 張衛(wèi)國
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