西门子S7－200PLC在分切复卷设备中的应用

摘要:本控制系统主要运用西门子s7－200plc、td200、mm440变频器等产品完成了分切复卷设备中的关键技术问题，取得了满意的效果。

关键词:时序控制;补偿功能

一、项目简介

随着社会的发展，卷式票据的应用越来越广泛，对于此类票据的生产，近年来最主要的方法是在商业票据印刷机上直接印刷，复成大卷，然后在专用的分切复卷设备上分切后复成小卷（成品），这种后工序的处理设备，目前被叫作印刷后处理设备。

我公司的某型号分切复卷机就是应这种要求而设计开发的，该设备主要应用于卷式票据的分切和复卷，适用于卷式出租车票、卷式收银纸及任何需要分切复卷的产品。

该设备控制的难点在于如何实现气动复卷时序自动控制和双层票据票头的对齐功能。

二、控制对象和控制任务

本控制系统的主要任务是实现单、双层票据的分切和复卷。分开来说主要包括：

.高速、无级调速功能

为使产品更有竞争力，要求设备的速度可调且能达到至少100m/s。

.复卷动作时序控制

本系统采用三辊搓纸技术进行复卷，复卷过程主要依靠众多气缸的动作，复卷过程也是在这些气缸的先后动作中完成的。复卷芯管全部套在一根复卷芯轴上，复卷完成机器停止后，复卷控制各部分开始按一定时序工作：先是压卷辊上行，人工取出票据卷，切断纸面，放入下一个带有复卷芯管的复卷芯轴，吹风打开，将纸面带吹向后方，然后压卷辊动作，将纸面压在复卷芯轴之上，此时吹风停止，最后插纸机构动作，将纸带卷芯之中，即可正常运行。以上就是本机复卷部分的工作时序，需要选择合适的元器件对其进行时序控制，达到理想的控制目的。

.票头对齐功能

双层纸的分切复卷当中，必然会产生累积误差，也就是说，每卷票的票尾对齐的话，那么在票头两张纸必然会有一定的偏差，内层纸肯定比外层纸长。用户使用这样的票据时，一般应当是票头对齐，两张纸同时往外出。这都需要在复卷的过程中实现，需要增加一票头对齐装置，并采用合理的方法进行控制。

为实现上述功能，本控制系统选用西门子s7-200plc、mm440／2.2kw变频器和td200各一台，并选用了一台小功率步进电机，变频器主要控制异步电机实现高速和无级调速的功能，plc主要实现复卷动作时序的自动编程控制，plc、td200和步进电机配合可实现票头对齐功能。

三、控制系统硬件构成说明

本控制系统主要由主控、补偿及其余部分组成。

.主控系统

主控系统是整机的控制中枢，能够通过适当的方式接收来自控制元器件的信号，也能够通过适当的方式控制机器的执行元器件。主控系统的选择是整机最重要的一部分，它决定着整机的控制质量，并决定着其它一部分元器件的选择。

本机主控系统最终选择了可编程控制器（以下简称plc）和变频器等元器件，它们可以很好的完成整机的驱动和控制。

plc是整机的核心控制部分，由基本控制单元和基本输出扩展单元组成。基本控制单元有14个输入点、10个输出点（其中有2个通过编程可以产生pwm或者pto脉冲），由于输出点数不够，所以增加了8个点的扩展输出模块。plc的输入主要是开关量和一些控制信号，输出主要和机器的执行部件相连，如气动电磁阀、步进电机驱动器以及继电器等等。由于选用的传感器和气动电磁阀等元器件均为24vdc控制，所以本plc采用晶体管的输出方式。用plc作为整机的主控元器件，能够理想地完成本机所有的控制任务，符合整机对主控系统的要求。

变频器是异步电机的主要驱动源，它和异步电机组成了本机的主要驱动部分。同样的，变频器也是通过一系列的参数设定，接收来自外部的控制信号，从而对异步电机进行各种各样的控制。用变频器来控制异步电机，可以实现无级调速、分段调速、点动、紧急制动等功能，符合整机对驱动部分的要求。

plc可以通过继电器等其它元器件对变频器进行控制，主要可以控制变频器使其对异步电机产生启动、减速运行和停止的控制动作。至于异步电机何时启动、减速运行和停止，则由可编程控制器接受其它部件的信息并通过内部的信息处理来完成。主控系统的主体控制结构可如下简图所示：

.补偿控制系统

为实现技术要求中的票头对齐功能，特设计一补偿机构，其基本原理是：用步进电机驱动一蜗轮蜗杆机构，蜗轮蜗杆和补偿辊相连，补偿辊的上下移动决定着具体的补偿量，需要多少的补偿量，就使步进电机驱动机构给予多少补偿量。

补偿量的大小和许多具体参数有关，实际算出补偿量的理论值和实际值可能有微小的差别，为此，特设定一微量补偿开关，需要补偿时，打开开关，输入补偿值，确认便可。

四、控制系统软件编程思路说明

主控系统中plc联系着整机的控制部分和执行部分，在控制系统中起着纽带和中枢的作用。而控制整个系统运行的则是plc中的程序，控制程序编制的合理与否将直接影响控制系统的性能。

程序结构为主程序、子程序和中断程序，主程序只有一个，主要完成输入信号的处理和复卷时序的控制等内容；子程序有若干个，一般第一个完成初始化设定，其它每一个都实现一个或一组独立的功能，供主程序调用；中断程序也有若干个，每一个可以完成一种中断功能。

对于双层分切机的控制而言，程序的编制主要是围绕控制信号的处理、复卷时序的控制和对人机界面的控制三方面进行的，其中对人机界面的控制主要在数据块中进行，程序块中只完成对其开关量的控制和参数计算，控制信号的处理和复卷时序的控制主要在程序块中进行，控制信号主要是启动、停止、急停等开关信号，复卷时序的控制是程序的主体，其它部分都是围绕这个主体进行的，复卷时序控制的流程图如下所示：

五、总结

本控制系统的难点在于复卷时序控制和补偿功能的实现，通过运用plc内的定时器和时序控制指令来完成复卷时序的自动控制（见附件程序），通过运用文本显示单元td200和plc的互联完成补偿值的设定和当前误差的显示，应该说选用的西门子产品“恰如其分”得完成了其所应当完成的功能，也取得了令人满意的效果。

六、结束语

本设备已经在北京、上海、深圳等地拥有了较多的客户，客户的评价是：可靠性高、性能一流。