金清
吉林烟草工业有限责任公司延吉卷烟厂 吉林延吉 133000
摘要：随着工业4.0的发展，企业需要提高设备系统自动化水平，降低其生产劳动成本，高效生产，高效管理，提高竞争力。基于此，本篇文章对西门子PLC的S曲线的实现与应用进行研究，以供参考。
关键词：西门子PLC；S曲线；实现与应用
引言
S7－1500PLC是西门子新一代高性能产品，性能大幅提升，功能更加强大，系统响应速度快。所以，将其应用到工业生产中尤为重要。
1西门子PLC简介
西门子PLC是德国西门子公司生产的可编程二进制控制器，在很多行业中都有应用。1975年，德国西门子公司将SIMATICS3产品投放市场，至此引起了强烈反响。1979年，西门子推出了S5，对比S3，S5更加智能，因为S5高效应用了微处理器设备，此后历经几年的发展，又出现了以S5作为基础的U系列产品，一直到1994年，S7的出现，给PLC系统产品的迅猛发展奠定了基础，1996年PCS7体系被推出。PLC控制体系操作相对简单，整个体系的编程也不复杂，工作效率非常高，系统的可靠程度理想，系统自身的硬件设施并不复杂，没有太多的活动以及连接电子元件，所以即便出现运行故障，也容易修复，同时系统自带特殊的设计，例如断电保护、信息保护等，这就使PLC控制体系在实际的生产应用中变得更加安全，更为可靠。PLC控制体系操作简单，系统的灵活程度高，所以在具体操作中体现的灵活性优势很显著。
2工作原理
西门子PLC控制体系在变频器驱动电机中的应用，主要在三大阶段有所体现。PLC输入采样操作，这一阶段的PLC会通过扫描的方式完成相关数据、输入状态等的系统读取，采集工作顺利完成之后，将数据输入之后的两大阶段，也就是用户程序的执行阶段以及输出刷新阶段就此完成；PLC用户程序的执行阶段，在执行操作的时候，通过梯形的模式，从上到下展开程序的扫描，而在梯形的具体分级中，则通过自左到右的顺序完成对应扫描，在此基础上展开运算得出结果，自动进行刷新，将对应的RAM储存体系中的数据找出来，将I/O映像中所对应的状态找出，然后将待执行的指令完成输出。PLC刷新输出，才是PLC的真实输出，当用户将具体阶段执行完毕之后，PLC的CPU将与I/O映像相对应的数据搜索出来，在此基础上将锁存的电路完成输出，最后使得命令直接传达到对应的设备之中，完成目标指令的执行操作。
3基于西门子PLC的S曲线的实现与应用
3.1动态惯量补偿
用电机拖动如托辊、提升带等刚体做旋转运动时，在加、减速过程中，为确保被控对象对速度给定的跟随性能，需要按下式对旋转的控制对象进行惯量补偿：M=I·aω=I·av/r其中aω=dω/dtav=dv/dt式中：M为需要补偿的转矩，N·m；I为转动惯量，kg·m2，可以根据实际拖动对象的形状和材质直接积分计算得到；aω为角加速度，rad/s2；av为线加速度，m/s2；r为转动半径，m；ω为角速度，rad/s；v为线速度，m/s。实际工程项目中，通常按照实际生产工艺要求对拖动对象进行加、减速运动测试，再根据实测转矩的百分数折算惯量补偿值。下图为现场某托辊从45m/min加速到190m/min的速度、电机额定转矩百分比曲线。其中转矩曲线中位置①和位置③分别为低速和高速时的摩擦转矩，位置②和位置①的差值为需要补偿的加速转矩Mnor。
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生产运行过程中按照下式进行动态惯量补偿：M=Mnor·YA/YAnor·Me式中：YAnor为惯量测量时的加速度；YA为生产时S曲线程序块输出的实际加速度；Me为电机额定转矩。在惯量测量时，应进行多点多次测量，取平均值应用。
3.2定位停车
工程项目中，经常需要准确定位停车。这就需要知道S曲线从当前速度按照给定斜率降到零速需要运行的距离L。程序块按照下式计算停车距离：L=L1+L2+L3其中L3=(J×TRD3)/6
L2=[J×TRD×TD×(TRD+TD)]/2
L1=J×TRD2×(TU+1)/2
当NRM单位为m/s时，输出L单位为m；当NRM单位为m/min时，输出L除以60后单位为m。L为按照S曲线斜率至少需要预留的停车距离。多级S曲线串联应用时，取最长单级S曲线的停车距离L做定位控制。定位时从L+dL的位置开始启动定位停车程序，dL为停车余量。给定度V按下式计算：V=V0××k式中：V0为降速前的初始速度；Lact为停车程序启动后运行的距离，可由程序块输出YP处理得到；k为比例调节系数，用于根据生产工艺要求做比例调节。
4其他应用
4.1烟箱物流系统软件设计
自动化物流控制软件在TIAportal平台上开发，主要包括对S7-1500PLC控制程序、TP1200触摸屏界面和上位机监控界面等设计。PLC程序用于烟箱出入库的自动控制以及对控制台、触摸屏或上位机监控请求的响应。烟箱出入库自动控制程序由搬运子程序、堆垛子程序、状态监测和处理子程序、故障报警子程序等组成。其中，状态监测和处理子程序在线判定仓库控制系统I/O状态，并对特定I/O状态作出响应，进而触发对应的中断以调用搬运、堆垛、故障报警等子程序。烟箱入库时，射频RFID读卡器自动读取模具标签信息，S7-1500PLC通过Profinet与上位机进行交互，判定烟箱牌号是否准确。由于烟箱在包装过程中使用信息已通过Profinet传回上位机，操作人员在包装结束后对烟箱进行确认，相关信息也录入生产管理过程。但是，在入库前烟箱信息未进行确认，则需要由物流系统S7-1500PLC作出判定，方便操作人员及时确认烟箱信息。如果烟箱信息已确认，触发中断调用搬运子程序，将烟箱由RFID读卡区搬运至待堆垛区。同样，烟箱搬运完成后，再触发堆垛机控制子程序，将烟箱转移到立式货架上。触摸屏或上位机为烟箱物流管理提供最基本的人机交互服务。触摸屏主要用于烟箱位置和堆垛空位的在线查询，方便操作人员查询和管理具体烟箱的详细情况。烟箱物流管理作为一个子监控界面，通过主界面和返回选项，方便与包装过程监控主界面的自由切换。变量状态选项输出仓库S7-1500PLC监控I/O和中间变量状态，对其中异常进行报警，再通过报警选型反馈给管理人员。
结束语
基于S7－1500的S曲线的实现与应用，组成了实时、可靠的全集成自动化控制系统，满足了新工艺的需求。实践表明，该系统具有运行稳定可靠且操作维护方便，监控及时为工厂实现数字化奠定了基础，对于设备的智能化发展具有积极意义。
参考文献
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