全自动打捆包装机器人（以下简称打捆机）是钢铁企业精整包装工序的核心设备，我课题组研制的第一台国产YHB-400-10A型打捆机已经顺利通过通化钢铁集团公司、水城钢铁厂验收,长期运行良好。作为精整包装生产线的重要组成部分，打捆机一般放在钢材生产车间，而车间里粉尘多，冬夏温差大，要求安全系数高，这些都将对打捆机控制系统的运行产生很大影响。针对打捆机的工作环境差，温度高，动作频繁且可靠性要求高等特点，选用某公司的S7-200小型可编程控制器（PLC）作为控制系统的核心。S7-200PLC具有结构小巧、运行速度快、功能齐全等优点，能够在钢铁车间等恶劣的工作环境下稳定运行。此控制系统不但能对每一步骤实现精确控制,结合外部设备和软件设计.还能实现运行参数的自动调节和打捆机的离线故障诊断。
2控制系统组成
图1为打捆机工作流程图，打捆机通常工作在升压状态下，第一次启动时的升压要进行打捆之前的各项参数的初始化，比如蓄丝满、上升到位和成型缸收紧等。经过下降、防脱、抽丝等步骤，打捆机完成一个道次的打捆，然后辐道行走，进行下一个道次的打捆。

由于打捆机工作环境复杂,基于故障诊断的需要，液压油的油温、油压、油污及上下运动定位、钢捆定位等都是控制系统需要的参数。考虑到整个打捆机控制系统所需的输入输出点的个数、控制程序的编排及PLC程序存储器的容量，控制系统选用了一个具有24路数字量输入、16路继电器输出和6个高速计数器的CPU226模块和一个具有16数字量输人、16继电器输出的EM223扩展模块。此外，系统还选用SIMATICHMITP7触摸屏作为显示、交互设备，它通过专用电缆与PLC主机模块相连，主要用于参数设置、警情显示、工作状态指示和系统调试等，触摸屏的使用为系统创建了一个友好的交互环境。
图2所示为系统原理图。打捆机操作指令和传感器信号接PLC输入点,I0.6J0.7和IL2、II.3作为高速计数器的输入点分别接送丝码盘和拧丝码盘，以控制输送钢丝的长度和拧丝角度。PLC的输出点通过控制继电器实现对电磁阀的控制，从而控制打捆机的各个动作,PLC的输岀点也可以直接驱动指示灯，以便观察打捆机的工作状态和故障点所在。

CPU226可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展，最多可连接7个扩展模块。此控制系统扩展一个数字量模块EM223,主要用于接收传感器输入参数和继电器输出。
通过TP7触摸屏，可以直接在屏幕上进行过程控制。图形按钮及自解释说明等特点使操作更加简单方便，同时也节省了学习的时间。在Windows环境下使用TP7组态软件进行组态，此软件提供多种静态和动态图，可以生动形象的显示系统工作状态和各运行参数。TP7还具有1P65保护等级，并全面支持汉字显示。
上述配置所组成的控制系统，可以完成打捆机的各个动作控制、显示系统运行状态和对运行过程中的突发故障进行离线诊断。通过通讯电缆与微机联网，还可以实现打捆机运行状态的远程监控。
3软件设计
S7-200系列PLC使用基于Windows平台的32位编程软件包STEP7-Micro/WIN,可釆用语句表（STL）、梯形图（LAD）或功能块（FBD）三种方式编程。STL有时能解决利用LAD或FBD不容易解决的问题，适合有经验的工程师；LAD直观，易于理解，适合初学者编程使用；FBD可以解决广泛的逻辑问题，编程使使用的图形逻辑门表示格式有利于程序流的跟踪。
PLC上电后，程序开始执行，若为上电后的第一个周期，则调用初始化子程序，设置PLC的各个输出点为初始值，在以后的扫描周期内不再执行此程序段。然后检查复位标志位，若无复位请求，直接执行下一步。接着系统检测是否出现警情，有则调用故障诊断子程序，排除故障后程序从初始位置运行。触摸屏子程序主要处理与触摸屏显示、设置有关的一些变量值，使之显示内容与系统运行状态实时保持一致。启动、升压和冷却子程序主要是根据传感器和手动按钮信号，控制卸荷阀线圈、冷却风机电源的通断和电机的启动。打捆机运行过程中如果需要暂停观察和维修，按下暂停按钮，调用暂停子程序记录暂停工作步骤和运行状态，再次按下暂停按钮打捆机从暂停处向下运行。尔后PLC检测系统是工作在自动还是手动状态,分别调用自动和手动运行子程序，自动运行过程中一个道次的打捆不需要人工介入，手动运行则需要分布操作,大都在系统调试时使用手动模式。

此系统主要是由传感器的输入来判断警情。油温、油压、油污信号可以由传感器直接输入，然后经触摸屏子程序处理在触摸屏上显示,提示维修人员排除。系统硬件如电气元件故障、液压元件故障则要由故障诊断子程序结合硬件进行诊断，下面结合事例进行说明：
假设打捆机上升不能到位，则上升到位开关不能给PLC输入点到位信号，延时一旦超过了系统的设定值，系统就认为有故障点，触摸屏显示上升不到位,并自动发出测阀和测继电器信号。检测原理如图4所示。测继电器时,PLC逐个向需要检测的继电器输出信号，如果同时输入点12.1接收到“继电器通”信号，表明此继电器无故障,继续检测下一继电器。如果不通，则记录故障继电器的标号。检测电磁阀也基于同样原理。检测结果在触摸屏上显示，标明具体故障点。
4控制系统主要功能及其特点
这套以S7-200PLC为核心的控制系统不但能够实现对打捆机烦琐工作程序的精确控制，还可以根据温度，压力等自动调节运行参数，比如冬季油温低，运行周期变长，程序就会自动增加各个动作的延时以避免系统误报警。同时也可以实现电气、液压故障的离线检测。
西门子公司产品良好的性能也使得此控制系统具有很高的稳定性，这对适用于钢铁生产车间的打捆机也是至关重要的。同时，PLC的指令系统丰富，编程操作简单等特点也使开发周期变短，现场调试方便。
5结束语
选用PLC控制系统综合了几个方面的考虑，PLC与单片机相比驱动能力强，电气结构简单且稳定性要高，工业控制计算机价格和维修费用都比PLC要高，选用PLC控制系统，不仅能够完全实现所需功能，又充分利用了系统资源，降低了打捆机整机成本。使用此系统的全自动打捆包装机器人现在通化钢铁集团和水城钢铁厂稳定运行，又进一步验证了s7．200PLC控制系统的良好性能。

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