具体先容了胎面裁断系统的工作过程，以及控制变量的确定、主要元件的选取和部分控制回路的设计图。
关键词：可编程控制器；P L C ；变频调速；胎面；裁断系统；自动控制
X J - 2 0 0 0轮胎胎面压出设备是集橡胶胎面复合挤出、冷却、裁断于一身的大型生产线，由于该设备只能对胎面进行人工量长、手动切割，劳动强度大、工作效率低，我们决定对其进行技术改造，增加定长自动切割功能。改造后的控制系统采用PL C 和交流变频调速技术相结合的控制方式，具体叙述如下。
1 裁断系统的动作过程
胎面裁断系统结构简图如图1 所示。
图1胎面裁断系统示意图
冷却后的胎面经贮存槽进进皮带运输机，当胎面贮存到一定程度时，光电开关1 J 动作、电机6 M 启动运行，直接装在6 M后轴上的旋转编码器开始脉冲计数，电机6 M 经减速箱带动链条传动，链条又带动辊筒转动，后辊筒拖动皮带向前行进；通过8 4 2 1码设定胎面的长度，当胎面长度达到预设值时，运输带经减速后停止运行。此时压胎面装置向下压紧胎，丝杆从初始端带动刀架快速向另一端行进并裁切胎面，在裁切胎面的过程中，喷水电磁阀动作并向切刀喷水；切割完毕后，压胎面装置升起、刀架抬起；丝杠带动切刀架退回到初始位置并停止运行、喷水电磁阀停止喷水，切刀架压下，一切恢复到初始状态，以便启动。在整个裁切过程中，由于前级运输带的连续运行，在裁断运输带停止运行和切胎面过程中，贮存槽的胎面已慢慢增多，当贮存槽的胎面增至引起光电开关1J 动作时，电机6 M 又重新启动运行，从而反复地自动裁切胎面。若胎面增加到使光电开关2 J 、3 J动作时，运输带会不同程度地加速运行。
2 控制变量的确定
该控制系统包括运输带与胎面裁切前速度配合、各电机拖动电路、胎面运输带的运行控制、胎面长度预置与控制、丝杠与刀架动作控制、切刀喷水控制、压胎面装置控制及加速运输控制，但其关键是胎面长度的控制，那么胎面长度与哪些因素相关呢？在系统示意图（图1 ）中，假定：电机6 M 运转的角速度为ω，电机6 M 所连减速箱的齿轮减速比为z，减速箱输出轴的半径为r1，滚筒与链条传动端轴半径为r2，滚筒的半径为r3。又设：某种规格胎面的长度为L，光电编码器每转一圈的脉冲个数为g 。
那么，可以推导出一条胎面全部经过后，光电编码器脉冲总个数A 的关系式，A = L z r2g /（2 πr1r3）。一旦设备和光电编码器选定好后，z、r1、r2、r3、g 都是常数，设zr2g ／（2 π r1r3）= k 则有A = kL ，把胎面长度L 看作一个自变量x ，那么脉冲总个数A 随胎面长度的变化可用函数关系式f （x ）= k x来表示。
从上式中可以看出，光电编码器的脉冲总个数与胎面长度成正比关系，即脉冲总个数只随胎面长度变化而变化，而与运输带的速度无关。就可以通过光电编码器的脉冲个数来实现胎面的长度控制。
3 主要元件的选取
（1 ）可编程控制器：选择可编程控制器应考虑P L C 的类型、输进输出开关量、C P U处理速度及输出接口电路的输出形式。该系统P L C输进量包括光电编码器计数；运输带与前级运输速度配合的1 J 、2 J 、3 J光电开关信号；刀架限位的4 J ~ 7 J接近开关信号；丝杠、裁刀、运输带、加速辊电源接点信号；各电机过载保护动作信号；胎面长度预置信号及系统启动、停止功能信号共4 0个。输出量包括压胎面、喷水、刀架起落3 个电磁阀线圈动作信号（见图2 ）；各电机启动运行信号和指示信号；P L C与变频器联络信号共2 5 个。考虑到P L C输出需接电磁阀和接触器线圈，要求大电流输出，宜选择继电器输出型，这里选择三菱FX2-80MR 编程控制器。根据输出量和F X2- 80 M R 输出公共C O M 的关系，尚需配置一个8 点的输出模块F X - 8 Y E T。
图2电磁阀、接触器PLC 输出图
（2 ）交流变频调速器：变频调速器的选择应考虑它的控制方式、输进输出信号接线方式及变频器的输进输出电压。在这里选择三肯M F - 5. 5 K 变频器。
（3 ）电机：该系统中共有6 台交流异步电机，丝杠采用YEJ90L-4 1.5kW电磁制动电机；运输带选用YVP132S-4 5.5kW 交流变频电机；裁刀电机4M 选用Y 1 0 0 L2- 4 3 kW；该系统中加速辊筒与前级辊筒尺寸相同、加速辊电机减速比与运输带电机减速比相同，由于运输带采用变频调速器，加速辊电机5 M 选用Y1 3 2 M -4 5 . 5 k W 就可使加速辊运输带的速度大于前级切刀运输带的速度。
（4 ）光电编码器、光电开关及接近开关：光电编码器将电机转速转化为脉冲信号在P L C内进行计数，该编码器选用L E C - 6 B M - G 2 4 V 。1 J ~ 3 J光电开关安装于切刀运输带前端与前级胎面运输带后真个贮存槽内，胎面在两条运输带之间的贮存量使光电开关相应动作，从而通过P L C使切刀运输带相应地改变速度，这里选E3J-R4M1光电开关共3 套。接近开关4 J ~ 7 J装于切刀架上，用于刀架抬起和放下裁切胎面、返回及停止的限位，选用TL-2E-X10E1共4 个，感应有效间隔为1 0 m m。光电编码器、光电开关及接近开关的工作电压均为D C 2 4 V 。
（5 ）电磁阀：本控制系统有3 个电磁阀，压胎面电磁阀1 D F的作用是胎面长度达到预设值且切刀运输带停下后，使压胎面装置着落压住胎面以便切刀切割；切刀喷水电磁阀2 D F是裁刀在切割胎面过程中对裁刀进行喷水；刀架运动电磁阀3 D F 使刀架抬起和放下。1 D F 、2 D F 选用DF1-1AC220V；3DF 采用QZ23JD2-L 双控电磁阀，A C 2 2 0 V 。
（ 6 ）接触器及热继电器： 该系统中2 Q S~5QS 断路器选用西门子3VU1640、380V系列；1 K M ~ 5 K M接触器和继电器分别选择西门子3TF3110、3TF4322、3TF4622，线圈电压为220V系列；该设计中的1 F R ~ 5 FR 共5 个热继电器采用西门子3 U A 5 2 0 0 及3 U A 5 2 4 0 系列。
4 控制电路设计
控制电路主要包括电源回路、电机回路、变频器控制电路、可编程控制器的控制及外部接线。参见图3 、图4。
图3变频器与PLC接线图
图4变频器外部接线图
5 结语
可编程控制器和变频调速器在产业过程控制中的应用非常广泛，本系统的控制也适用于其它类似的定长裁切系统。当然，该控制系统亦可采用PL C 与直流调速相配合的控制方式，本设计只是其中的一种。
MCGS软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，用来帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户的制定方式运行，并进行各种处理，完成用户组态用户设计的目标和功能。组态环境和运行环境的关系如下图所示：
由MCGS生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分组成。如下图所示
MCGS的五大组成部分
MCGS组态软件建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，可以完成不同的工作，且具有不同的特性。
（1）主控窗口
主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓、运行流程、菜单命令、特性参数和启动特性等内容，是应用系统的主框架。在主窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，主控窗口负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。
（2）设备窗口
设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境。设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。设备窗口通过设备构件吧外部设备的数据采集进来，送人实时数据库中的数据输出到外部设备。一个应用系统只有一个设备窗口，运行时，系统自动打开设备窗口来管理和调度所有设备构件正常工作，并在后台独立运行。
（3）用户窗口
用户窗口主要用于设置工程中人机交互的界面。其中可以放置三种不同类型的图形对象：图元、图符和动画构件。图元和图符对象为用户提供了一套完善的设计制作图形画面和定义动画显示与操作模块，用户可以直接使用。通过在用户窗口内放置不同的图形对象来搭建多个窗口，用户可以构件各种复杂的图形界面，以便用不同的方式实现数据和流程的可视化。
组态工程中的用户窗口，多可以定义512个。的用户窗口均位于窗口内，其打开时窗口可见，关闭时窗口不可见。允许多个用户窗口处于打开状态，其位置、大小和边界等属性可以随意改变或设置。
（4）实时数据库
实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心，是MCGS系统的核心。它将MCGS工程各个部分连接成有机的整体。本窗口内定义的不同类型和名称的变量，将作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。
MCGS用实时数据来管理所有的实时数据。从外部设备采集来的实时数据送入实时数据的报警处理和存盘处理。实时数据库所存储的单元，不单单是变量的数值，还包括变量的特征参数（属性）以及对该变量的操作方法（设置报警性、报警处理、存盘处理等）。这种将数值、属性和方法封装在一起的数据称为数据对象。实时数据库采用面向对象的技术，不仅仅为其他部分提供服务，还为系统各个功能部件提供数据共享。
（5）运行策略
运行策略是对系统运行的流程实现有效控制的手段。本窗口主要完成对工程运行流程的控制。包括编程控制程序（if……then脚本程序）和选用各种功能构件，例如数据提取、定时器、配方操作和多媒体输出等。
运行策略本身是系统提供的一个框架，里面放置有策略条件构件和由策略构件组成的策略的定义，使系统能够按照设定的顺序和条件操作实时数据库，控制用户窗口的打开、关闭并确定设备构件的工作状态等，从而实现对外部设备工作过程的jingque控制。
一个应用系统有三个固定的运行策略：启动、循环策略、和退出策略，用户也可以根据具体需要创建新的用户策略、循环策略、报警策略、事件策略、热键策略，并且用户多可创建521个用户策略。启动策略在应用系统开始运行时调用，退出策略在应用系统退出运行时调用，循环策略由系统在运行过程中定时循环调用，用户策略供系统中的其他部件调用
PCS 7过程控制系统在某污水处理厂中的应用
工程概述：
----该工程设计规模为日处理污水50万吨, 主要收集某市区的城市污水及某县极大部分的工业废水和生活污水。该工程由预处理工段、生化处理工段、物化处理工段、污泥堆埋场和公用工程工段组成。
----上海西门子工业自动化有限公司负责为某污水处理厂建立全厂自动化控制系统。承接的工程范围包括：硬件供货，系统集成，技术支持,客户培训等。还负责高压配电系统的数据采集工作，其中使用了有联网通信功能的西门子智能继电保护器7JS6.
控制对象：
----控制现场设备(泵、阀门等)的开、关、停、运转; 电动阀门的开启、关闭;关键设备的连锁;实现污水/稳流格栅池/调节池/提升泵房/厌氧池/中沉池/曝气池/二沉池/凝聚沉淀池/污泥浓缩池/污泥脱水/填埋场整个污水处理过程的生产自动化。
系统配置：
----采用 SIEMENS公司先进的 PCS 7 过程控制系统作为全厂的自动化系统硬件平台。整个系统由5套PCS7现场控制器（其中一套为 AS417H冗余系统），4台操作员站，1台工程师站组成。在中央控制室，设置一台大型模拟控制屏，通过串行接口由挂接在光纤以太网上的一台S7-400 可编程控制器驱动，提供动态显示生产流程实时信息以及全部报警功能。
系统功能：
PCS7拥有良好的用户界面及强大的系统功能块库，能大大节省系统编程组态的时间和费用。
系统的所有硬件都基于统一的硬件平台, 所有软件也都全部集成在 SIMATIC 程序管理器下, 具有同样统一的软件平台。
系统大量采用了新技术, 在网络配置上使用标准的工业以太网和 PROFIBUS 网络。
PCS 7 过程控制系统消除了 DCS 和 PLC 控制系统的界限, 真正实现了仪控和电控的一体化。
通过冗余的 10 Mbps 光纤环网(工业以太网)相连接,分别将信号传送至中央控制室, 全厂主要机泵等运转设备的开、停和故障信号都将在过程控制系统和中央控制室的大型模拟屏上显示。
采用 SIEMENS 高速以太网光纤通信模块 OSM, 大大加强了网络抗电磁干扰的能力, 省去了采用普通双绞线连网所必须考虑的防雷击及过电压保护的措施, 使得控制系统安全可靠, 风险系数大大降低。
自动化系统的现场控制站采用带有带电热插拔特性的 SIMATIC ET200M 分布式输入/输出控制站,允许控制站中的信号模块在系统运行的情况下插拔, 而无需停止系统,大大提高了系统的可靠性。
系统所有的分布式远程I/O分站和170多套SIPOS 电动执行机构通过PROFIBUS-DP现场总线与系统控制器进行通信，高通信速率可达12Mbps。
PROFIBUS-PA使得用一对双绞线即可完成仪表数据上传及供电。
系统开放性强，易于连接到企业管理网，可与常见的办公软件进行数据交换，可大幅度地降低工程设计，维护费用