摘要：可编程控制器（PLC）由于其自身的优点在工业生产领域得到广泛应用，西门子S7-300PLC在原有PLC优点基础上，将系统主要组件分模块处理，并增加了标准接口，这极大的扩展了系统的功能。本文以电线生产为例，详细说明了西门子S7-300PLC系统的结构、功能特点。
关键词：西门子S7-300；PLC；工业生产
一、PLC发展现状
（一）概念介绍
可编程控制器（以下简称PLC），是一种应用于工业化生产环境下的数字运算控制控制系统，此系统最大优点是存储器内的程序可根据实际生产需要进行编制，通过程序中的逻辑运算、算术运算、顺序运算、计时、计数等操作指令和数字式或模拟式的输入输出，实现对各类机械生产的控制。
（二）发展历程
传统工业领域控制方法是计算机控制和传统PLC控制。传统PLC控制系统是封闭式结构，不同厂家的PLC系统的硬件互不兼容，编辑程序所用的语言以及指令没有统一，终端用户只能采用统一品牌的PLC控制系统及配套编程语言。产品之间的排他性严重影响了PLC控制系统的普及和发展。
随着工业生产领域自动化的发展规模不断壮大，对控制系统的要求也趋向分散化和复杂化，控制系统的接口远远不能满足生产的需要。一方面，企业在生产过程中需要及时了解生产过程中的准确信息，以便根据实际需求确定生产方案，选择配套的硬件和软件，这就要求控制系统的网络通讯能力增强；另一方面，新型传感器的研发与使用可增加控制系统的功能，这同样需要控制系统具有相互兼容的接口。
二、西门子S7-300PLC应用
（一）西门子S7-300PLC结构
西门子S7-300PLC的系统结构是模拟式中小型控制系统，其组成部分是独立存在的，电源（PS）、中央处理器（CPU）和其他模块通过U形总线控制在系统的标准轨道上，总线连接器插在各个模块背后，电源位于机架的左侧，中央处理器仅靠电源右侧，且处理器右边是可以选择的IM接口，当系统在不需要使用扩展支架时，可以不选择IM接口。S7-300编程软件控制系统时，电源、中央处理器和IM接口模块分别放在1-3号槽上，4-11号槽可以放置其他模块，如数字量输入/输出（DI/DO）、模拟量输入/输出（AI/AO）、功能模块（FM）和通信模块（CP）等。S7-300的中央处理器是系统的核心，负责整个控制系统的中央控制、存储、程序执行，实现其通信功能。中央处理器有四种工作模式：启动（STARTUP）、停止（STOP）、运行（RUN）和保持（HOLD）。在这四种模式中，可以通过MPI接口与其他设备连接，实现功能多样化。
本文以西门子S7-300PLC在电线生产线中的应用为例，详细介绍该系统在实际生产中的应用。
（二）西门子S7-300PLC在电线生产线中的应用
1.电线生产线控制系统功能
在电线生产线中，控制系统主要提供对电线挤塑和电线运动的控制功能，上位机需要对现场设备相关的信息进行采集、分析处理后对各部分组件实施监控功能和报警功能。根据以上要求，在进行程序编程时需要考虑的主要功能为：电线直径检测及挤塑控制系统、牵引传动手放线系统、数据信息采集与处理系统和报警系统。
控制系统采用西门子S7-300 PLC，各部件型号为：中央处理器CPU314、通讯模块IM365、数字及模拟量I/O模块。系统中西门子S7-300 PLC包括西门子硬件及相应软件，能满足一般要求的整体模块，若需要其他扩展功能，可选择相应模块连接到主系统中，增加系统的功能。系统主要控制任务为控制电线输出速度、与上位机进行连接通信、变频调速器控制机故障识别和报警处理等。该系统程序编辑语言简单易懂，易于终端用户使用。
整个系统根据PLC及上位机控制要求进行设计，在提高生产效率的同时，降低了操作难度。上位机提供了可靠的软件支持，能够对生产过程实施全程监测与管理，各部分控制系统简化后的执行指令集中于操作台，便于操作者理解和掌握。
2.控制系统程序设计
挤塑机在工作期间需要设备在6种不同状态下转换：加热、保温、生产、排料、降温、待机状态。当设备处于加热或降温状态时，是过渡环节，温度达到生产需要的温度时进入保温状态，在保温状态中，螺筒温度要保持在预设温度范围内，这既可以避免螺筒温度过高使原料聚乙烯所料焦化，也可减少生产线由待机状态进入生产状态的升温时间，提高生产效率。生产前对聚乙烯温度的观察或生产后对螺筒内废弃物的观察状态为排料状态；通过对挤塑颜色和状态的观察，确定生产前状态，调整满足达到生产要求的条件；及时清空螺筒内剩余的加热好的聚乙烯原料，保证生产的持续进行。6种状态的转化关系可参见图1
图1 生产状态转化关系
电线直径检测及挤塑控制系统包括的功能主要有对电线直径的检测、控制电线冷却风干的条件、电线外皮绝缘耐压性能检测、挤塑机螺塘内部温度分级控制、挤塑机冷却水控制、风机控制、挤塑机电机速度控制、电线直径控制等。数据信息收集及处理系统主要功能为采集包括电线粗细、长度、时间、各部分电机运行状况、其他控制器或执行器在内的现场数据，进行记录并进行分析处理。
由电线生产流程中涉及的6种状态及其转化关系编辑主程序，生产过程要求电线出线速度不变，这需要固定张力调节系统，牵引机速度为生产线的基准速度，前后张力分阶段调整反馈。出线速度控制挤塑机挤塑速度，挤塑机温度分4段分别进行控制。利用水箱水槽循环水温度控制二级冷却作为水冷却系统。主程序可实现电线生产速度调控和挤塑质量及绝缘层质量控制的目的。主程序框架图见图2。
图2 主程序结构框架图
程序说明：系统启动立即进入加热状态，准备生产。螺筒内部温度分为四段由内设的八个RKC温控仪检测并控制，当温度达到预设温度时，系统进入保温状态，若升高螺筒内的预设温度，则系统由保温状态转为加热状态，达到预设温度后重新进入保温的待机状态，准备下步生产。当系统进入生产状态后，PCL控制生产的标志为“1”，此时，牵引电动机启动达到预设出线速度，收放线电机、二级冷却系统、测径仪、挤塑机、火花机以及风干刻字机分别开始进入工作状态。当系统停止工作，进入待机状态时，生产标志为“0”，待机时间根据所用材料耐高温能力确定，耐高温能力强的材料，待机时间可短一些。待机状态结束后，系统若不进入生产或排料状态，则开始降温，达到预设温度值时进入保温状态。
三、总结
西门子S7-300PLC以其灵活、可靠、准确、便捷的优点在各个工业生产领域得到广泛应用，从而带动工业制造业的改革和进步。在今后的发展过程中，各个工业领域企业也将不断研发、引进先进技术，作为企业在市场竞争中取胜的资本。
参考文献：
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[3]宋伯生．PLC编程理论算法及技巧．北京：机械工业出版社，2005：501—602．
论文作者:徐小明
论文发表刊物:《基层建设》2015年11期
论文发表时间:2016/11/8
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