变频器和可编程在造纸复卷机中的应用二

2、控制系统软件设计
    2.1控制程序结构

    S7-300系列PLC的编程语言是STEP7。STEP7用文件块的形式管理用户编写的程序及程序运行所需的数据。如果这些文件块是子程序，则可以提供调用语句，将它们组成结构化的用户程序。这样，PLC的程序组织明确，结构清晰，易于修改。

    在系统中，复卷机的控制程序主要由组织块OB、系统功能SFC、功能FC和数据块DB等4中程序快组成。

    组织块OB是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序运行。不同的OB有不同的功能。设计中组织块有OB1、OB82、OB4、OB5、OB86、OB100、OB122。OB1是用作主表程序循环的，它用来设计主循环程序的结构。OB82是诊断中断程序，诊断接收来自有诊断能力的模块（如：模拟输入模块）。OB84是CPU硬件故障中断，OB85是优先级错误中断，OB86是机架错误中断，OB87是通信错误中断。OB100属于启动组织块，是暖启动用的。OB122是访问错误组织块，属于故障处理组织块。

    系统还用到SFC14、SFC15这两个系统功能块。SFC14、SFC15是作为Profibus-DP通信用的系统功能块，SFC14是用来读取从站的信息数据，SFC15是PLC用来对从站发送数据的。它的应用是通过编制程序快FC时调用的。

    FC是自定义程序块，其中包括过程控制、数据处理、辅助设备控制、变频器控制和通信控制等模块。其程序结构如图2所示。

       数据块DB用来存放用户程序运行所需的大量数据或变量，它也是实现各程序块之间交换、传递和共享数据的重要途径。该设计有5个数据块，用来存放复卷机运行过程中的设备状态或工艺参数，例如：电机的运行、停止或故障指示数据（数字量），电机的速度、电流、纸幅的张力数据（模拟量）等。在编程阶段，要先用STEP7软件定义数据块，定义内容包括数据块号及块中的变量。

    2.2各程序块功能

    本着结构化的程序设计思想，PLC程序分成图2所示的几个功能模块，这些模块分别对应系统的某些控制功能，它们在功能的编程逻辑组合上既有一定的相对独立性，又可以供其他模块使用。辅助设备和工艺联锁控制模块FC1是简单的开关量控制，主要对复卷机的辅助设备（如：吹边风机、卸纸架电机、抱闸、退纸架电机和电磁阀等）的操作控制及指示灯逻辑控制，这个程序块采用梯形图编程。

    模拟量采集与处理模块FC2主要是对工艺过程中的模拟量参数进行采集、显示与存储。模拟量包括参数设置（如张力、速度给定等）和各种反馈信号（如电机的速度、电流和转矩）等，同时对采集量进行线性化处理，并转换成十进制数，对输入进行限幅、报警，对一些重要的域值进行标记。

    卷纸控制FC3主要实现纸长、卷径的控制功能，以便复卷机根据检验到的这两个值按纸长或卷径停车。变频器FC4主要对3台变频器进行控制，该模块接受外部输入指令（如速度给定），并把该指令输入到变频器中，以使变频器根据工艺要求控制电动机的运行。

    变频器通信程序块FC5主要用来调用系统功能块SFC14和SFC15，以便读出和写入变频器中的数据。

    过程控制模块FC6、FC7和FC8主要实现张力、负荷分配和压力控制。其中张力和负荷分配控制是由变频器完成的，PLC在这里只对相关的值进行采集、计算和简单的处理。如当进行张力控制时，该模块计算卷径和动态补偿转矩，然后把这些量提供给放卷辊电机的变频器，控制变频器按照设定的张力、自动输入的车速转换为电机的转速输入到变频器，或将转矩微调的给定送到变频器，使变频器控制前后两个底辊电机的出力情况。压纸辊压力控制包括压纸辊压力计算、纸卷半径计算等。

    2.3各功能模块之间接口设计

    如上所述，复卷机控制程序是由几个功能模块组成的，由于控制系统数据交换。有些功能模块之间又有许多联系，需要进行数据交换。因此，数据在程序中已经不仅仅是位的信息。而是以字节或字为单位的信息。数据量的扩大使原来的标志位不敷使用，所以使用数据块DB代表标志位的功能。在编程序时首先定义一个共享数据块，提高程序的代码效率，缩短代码长度。但是，现场必须对数据块进行很好的管理，防止对数据块的非法引用或修改。具体就是：明确数据块每个单元的作用；尽可能减少对数据块各个单元的修改入口，保持数据的清洁；对数据进行校验和保护，防止意外错误。

    该设计使用的数据块DB有：DB1模拟量数据使用；DB2计数器模板内部使用；DB3临时数据存储；DB10共享数据块（任何FB、FC、OB均可读写存放在共享数据块中的数据；DB11变频器相关数据。

    2.4、PLC与OP270之间的接口设计

    PLC与OP270之间除了通过Profibus-DP总线进行的电气连接外，更重要的是和数据上的联系。OP270是一个被动的显示器，它显示的一切数据和具有的控制功能都要通过PLC为其提供。在OP270中不用编写通信程序而只要简单组态连接参数就可以连接到PLC上。所以PLC只需对它们之间传送的数据进行优化即可。其内容为：数据的准备、显示格式的调整、控制逻辑的准备。对于OP而言，PLC内部所有的数据（包括所有数据块、输入、输出点、机器状态信息等）是透明的，也就是可以通过对OP的合理组态来获得PLC中的所有有用信息。但是考虑到这种方式所花费的代价和系统性能的损失，在PLC中将数据合理地组织，以便于检索，提高OP的效率，降低网络的通信负担，同时可以降低程序的调试时间，并可以减轻维护的负担。具体说数据的组织就是将通信的数据放入DB数据块中。