摘要：本文以西门子S7-CPU313C型PLC为例，详细介绍了一个典型的工业控制系统。该系统结构紧凑、成熟实用且具有极强的扩展性能，可用于多种工业控制系统。
    Abstract：This article makes the usage of the SIEMENS S7-CPU313C PLC as a living example, introduces one of the typical industrial control system, This control system is full natural ,practicably and has a small size, it can be used for many kinds of industry device.
    关键词：PLC、人机界面、变频调速
    Keyword: PLC, Human Machine Interface, Frequency speed adjustment.
一、前言
    随着微电子技术的飞速发展，控制技术日臻完善和成熟，作为工业控制核心部件的PLC，其控制功能越来越强，体积越来越小，运行也越来越高速可靠；人机界面（HMI）彻底打破了传统的按钮、信号灯等操作模式，使设备操作界面更加通俗友好、灵活多样，其强大的存储功能和通讯能力，给设备的制造和使用者带来了难以想向的实惠和便捷，取代传统设备操作界面已是大势所趋；目前用于普通电机调速的变频器，其控制技术已远远超出了早期单一的V/F控制方式，快速朝着无传感矢量化、直接转距控制等方向发展，使其在各行各业获得了广泛应用。
二、设备工艺流程
    AP-5022全自动边封包装机是在引进、消化国外同类设备的基础上，由我公司自行设计、开发生产的全自动高速三边封口设备，可广泛用于食品、制药、卫生、文教等行业相关物品的收缩薄膜包装。
    AP-5022的运动机构主要由三部分组成。其中供膜电机和收膜电机用来控制收缩薄膜的供给和废膜的回收，由变频器驱动并实现无级调速；进料和出料传送带各由一台电机驱动，通过变频调速，使进料、出料速度在0-40米/分钟之间连续可调,以适应各式各样的包装物体；横向封切电机用于控制横封封刀的上、下运动，纵向封刀上、下运动的控制则由汽缸控制实现。
    AP-5022全自动边封包装机的模拟量有温度和速度两类。温度控制回路分别将纵、横两个方向的封切温度信号经温度变送器转化为4-20mA信号供PLC采样；通过人机界面设定的传送带运行速度信号，经PLC数字运算，再经D/A转换，转换成0-10V的信号，送到变频器模拟量输入端，控制传送带的运转速度。
三、硬件配置
     根据上述的设备工艺流程以及考虑到设备的扩展性以及设备出口要求，决定采用SIEMENS公司的S7-CPU313C紧凑型PLC及TP170B人机接口界面作为该设备控制系统的核心控制器件，具体配置框图如图1所示。

    
    图中S7-CPU313C是西门子公司近期推出的结构紧凑型、性价比极高的高性能CPU模块，其本身带有集成的24DI/16DO、4通道模拟量输入、1通道Pt100热电阻输入和2通道模拟量输出，运算速度快；其模拟量输入、输出信号可通过编程软件选择灵活选用±10V、0-10V、±20mA及0/4-20mA等信号类型，满足多种应用需要。另外该CPU模块支持S7-300系列多种功能模块如高速计数模块、定位模块等，系统扩展灵活、方便。
    图中TP-170B采用32位微处理器，基于WINOOWs CE操作平台，运行高速可靠，支持多达500屏用户界面、1000个变量、100种用户配方，可存储多至1200条产品生产数据，满足用户多种应用需要。
    多点MPI接口集成在S7-CPU313C上，可通过PROFIBUS接头同时和S7-PLC、编程器或人机界面（HMI）进行通讯，一般（默认）传输速率为187.5kbps，也可以指定19.2 kbps的传输速率，是一种连接十分方便、通讯高速可靠、简单实用的通讯网络。
四、软件控制
    本机的软件设计包括两个部分，其一是PLC控制程序，其二是人机界面控制画面。PLC控制程序是本机控制的核心部分，结合西门子S7系列PLC结构化编程的特点，PLC程序控制结构框图的设计如图2所示：

    

    图中组织模块OB1是对应于循环执行的主程序的程序块，它是STEP 7程序的主干。其他大多数OB则对应于不同的中断处理程序。与每一个OB紧密相连的是它对应的类型和优先级。OB1的优先级比较低，它的优先级是1，因此OB1通常总是可以被其他OB中断。
    控制功能模块FC1-FC8，根据目前设备所处的运行状态，执行相应的控制功能，完成设备上各对应设备的动作；温度控制功能模块FC10、FC11的控制功能是读入设备横、纵两个方向的当前温度信号，经D/A变换和数字处理，其结果与设定温度比较，用其比较的结果，控制横、纵两个方向加热器的开关，加热器的开关频率和响应速度可通过设定PID调节器的参数实现。
    共享数据模块DB100用来存储设备当前运行状态和工作方式，主要包括横、纵两个方向封切温度设定值和实际值、进/出料带的运行速度的设定值以及各需要调整定时器、计数器的设定值等，其存储的数据可被各功能模块随时调用。
五、结束语
    目前AP-5022型全自动边封包装机，工作高速可靠并已批量生产，出口国外。上述硬件配置成熟、高效，可用于多种工业控制场合。

参考文献：
1、SIEMENS 《SIMATIC STEP7 V5.3编程》 2004年12月
2、SIEMENS 《S7-300/400梯形图逻辑编程》 2004年1月
3、SIEMENS 《TP170A/B设备手册》 2001年12月
4、《S7-300/400 PLC应用技术》 ，廖常初主编 2005年1月