前言
S7-1500系列PLC是西門子公司2013年新推出的, 除了包含多種創(chuàng)新技術(shù)之外, 還設(shè)定了新標(biāo)準(zhǔn), 最大程度提高生產(chǎn)效率。無(wú)論是小型設(shè)備還是對(duì)速度和準(zhǔn)確性要求較高的復(fù)雜設(shè)備裝置, 都一一適用。
SIMATIC S7-1500系列PLC優(yōu)點(diǎn)如下:①信號(hào)處理速度更為快速, CPU位指令處理時(shí)間最短可達(dá)1ns, 極大縮短系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間, 降低程序掃描周期, 進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率;②集成的運(yùn)動(dòng)控制, 可控制高達(dá)128軸;③使用壽命長(zhǎng), 運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)50, 000小時(shí);④無(wú)縫集成到TIA博途中, 極大提高了工程組態(tài)的效率等。SIWAREX WP321是一款靈活的多功能稱重模塊, 它可以與SIMATIC ET200S全系列產(chǎn)品配套使用, 充分利用了現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)的所有功能, 如集成通信、操作與監(jiān)視、診斷以及TIA Portal或者SIMATIC Step7和Win CC flexible中的組態(tài)工具, 通過與合適的SIMATIC模塊搭配使用, 可以為中小型工廠創(chuàng)建最優(yōu)的解決方案。借助組態(tài)包中的WP321_ready-for-use_TIA應(yīng)用程序, 可隨時(shí)創(chuàng)建自定義的或行業(yè)特定的解決方案。這些解決方案支持S7-300、S7-1200以及S7-1500 CPU。
1 CPU 1511-1PN與SIWAREX WP321概述
CPU 1511-1PN使用博途STEP7 V13 Update4及以上版本編程, 單層配置它最大能擴(kuò)展31個(gè)模塊, 自帶2個(gè)PROFINET通信口, 同時(shí)還具有以下優(yōu)點(diǎn):①工作存儲(chǔ)器容量大:集成程序內(nèi)存150KB, 集成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)1MB, 能裝載SIMATIC32G存儲(chǔ)卡;②CPU指令執(zhí)行時(shí)間快:位運(yùn)算60ns, 字運(yùn)算72ns, 定點(diǎn)運(yùn)算96ns, 浮點(diǎn)運(yùn)算384ns;③CPU塊數(shù)量大總量達(dá)2000個(gè), 其中DB塊的最大大小1MB, FB塊最大大小150KB, FC塊最大大小150KB, OB塊最大大小150KB;④CPU功耗小僅5.7W;⑤有數(shù)據(jù)記錄和歸檔等附加功能。
SIWAREX WP321是一款通用型的多功能稱重模塊, 可作為靜態(tài)稱重儀器使用, 在SIMATIC TIA Portal或SIMATIC Step7中使用相同的組態(tài)選項(xiàng), 重量測(cè)量分辨率可達(dá)+/-200萬(wàn)分度, 精度高達(dá)0.05%, 測(cè)量速度高達(dá)100Hz/120Hz (取決于50/60Hz電源頻率) , 它具有內(nèi)部重量監(jiān)測(cè)功能, 可自由定義高低重量限位, 可在易爆II區(qū)使用, 獲得ATEX認(rèn)證, 也有適配易爆I區(qū)的本安稱重傳感器電源 (SIWAREX IS選件) 。SIWAREX WP321出廠時(shí)已校準(zhǔn), 這樣可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)秤, 而無(wú)需校準(zhǔn)砝碼, 并且更換模塊后也無(wú)需重新校準(zhǔn)秤, 通訊接口有S7、RS485等。多個(gè)稱重模塊通過接線盒7MH4710-1EA (不銹鋼外殼) 或7MH4710-1BA (鋁外殼) , 并聯(lián)后連接至稱重模塊;非防爆應(yīng)用時(shí), 傳感器與稱重模塊之間最遠(yuǎn)距離為1000米, 如果是防爆應(yīng)用該距離與防爆形式有關(guān);傳感器自帶電纜長(zhǎng)度不夠需要進(jìn)行延長(zhǎng)時(shí), 需要使用延伸盒;從接線盒或者延伸盒, 到稱重模塊之間的連接電纜為專用電纜 (7MH4702-8AG) ;為最大程度降低干擾對(duì)測(cè)量的影響, 傳感器屏蔽層通過專用屏蔽元件與安裝背板連接, 屏蔽連接元件6ES5728-8MA11;傳感器Exc+和Exc-連接端子5和6, SIG+和SIG-接端子1和2, Sen+和Sen-接端子3和4, 注意:當(dāng)連接4線制傳感器時(shí)需要將Exc+與Sen+短接, Exc-與Sen-短接。SIWAREX WP321 (訂貨號(hào)7MH4138-6AA00-0BA0) 訂貨時(shí)需要的附件分為必要附件和可選附件:①必要附件:基本單元類型BU15+A0+2D (新負(fù)載組) , 訂貨號(hào):6ES7193-6BP00-0DA0, 或基本單元類型BU15+A0+2B (跳線左接) , 訂貨號(hào):6ES7193-6BP00-0BA0, 屏蔽連接, 訂貨號(hào):6ES7193-6SC00-1AM0。②可選附件:SIWAREX WP3 21組態(tài)包, 訂貨號(hào):7MH4138-1AK01SIWAREX WP321手冊(cè), WP321_ready-for-use_TIA, RS485/USB轉(zhuǎn)換器。
2 應(yīng)用工程概述
本應(yīng)用工程是移動(dòng)小車、掛具升降、鍍鋅件的重量稱量與平均耗鋅量計(jì)算方面的實(shí)例, 重點(diǎn)闡述一下鍍鋅件的稱量與平均耗鋅計(jì)算, 如公司有一個(gè)設(shè)計(jì)量程為3t的掛具, 工人在黑件區(qū)往掛具上掛待鍍鋅件 (以下稱黑件) , 稱重模塊讀取重量傳感器的信號(hào)實(shí)時(shí)計(jì)算出掛具上黑件的重量。PLC與稱重模塊實(shí)時(shí)通信, 當(dāng)檢測(cè)到掛上去的黑件的重量超過量程的90% (即2.7t) 時(shí), PLC發(fā)出警示, 提醒工人不能繼續(xù)掛黑件;然后工人啟動(dòng)鍍鋅流程, 移動(dòng)小車自動(dòng)把掛具 (含黑件) 送到鋅鍋的上方, 待掛具穩(wěn)定后, PLC記憶黑件的當(dāng)前凈重值 (data1) , 之后掛具升降裝置將掛具降下, 使黑件完全浸入鋅鍋鍍鋅。一段時(shí)間后, 鍍鋅完成, 掛具升降裝置將掛具升起到降下之前同樣的位置, 掛具經(jīng)一段時(shí)間穩(wěn)定后, PLC記憶此時(shí)的凈重值 (data2) , PLC自動(dòng)計(jì)算出鋅耗=datdata2-ad1ata1, 然后移動(dòng)小車自動(dòng)把掛具 (含白件, 注鍍鋅之后的物件稱為白件) 送到白件去卸件。由于鋅耗量不大, data2與data1差別不是很大, 再加上掛具的設(shè)計(jì)量程較大, 所以一般精度的稱重裝置是不適用類似工程的。如本工程的分辨率, 重量值以克為單位計(jì)算, 稱重模塊的分辨率是200萬(wàn)分度, PLC通過稱重模塊識(shí)別重量的最小值高達(dá)3×106g/2×106 (分度) =1.5g。由于識(shí)別出來(lái)的重量分度值小, 所以計(jì)算出來(lái)的鋅耗值相當(dāng)精確, 生產(chǎn)部長(zhǎng)根據(jù)此數(shù)據(jù)即時(shí)調(diào)整鍍鋅的時(shí)間數(shù)值、工藝等, 保證鍍鋅的質(zhì)量。
3 應(yīng)用工程的程序設(shè)計(jì)
程序設(shè)計(jì)包括使用SIWATOOL軟件設(shè)置WP321模塊, 編寫PLC程序和觸摸屏程序, 以及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳ERP等, 詳述實(shí)現(xiàn)步驟如下:①使用SIWATOOL軟件, 通過RS485通信協(xié)議與WP321模塊通信, 通信參數(shù)為:波特率9600kbps, 偶校驗(yàn), 數(shù)據(jù)位為8, 停止位為1。通信連接后, 在軟件中設(shè)置數(shù)據(jù)顯示單位、小數(shù)點(diǎn)位數(shù)、傳感器特性值、零點(diǎn)值、自動(dòng)校準(zhǔn)秤等。②PLC程序編寫:作者使用的編程軟件是STEP 7 V13 Update8, 首先設(shè)置好硬件組態(tài), 然后在博途軟件的全局庫(kù)中添加WP321_FB_library (TIA_V13_SP1_UPD7.al13) 庫(kù)文件, 在OB1程序中插入庫(kù)元素WP321DR, 可以看到FB321功能塊, 系統(tǒng)自動(dòng)分配相應(yīng)的背景DB塊 (該DB塊存儲(chǔ)了當(dāng)前的重量、稱重模塊的狀態(tài)和參數(shù)設(shè)置、數(shù)字量輸入輸出及模擬量的輸出狀態(tài)等) , 它是稱重模塊與S7-1500之間的通信接口, 根據(jù)實(shí)際情況輸入地址管腳ADDR和硬件標(biāo)識(shí)HW_ID。在程序塊中添加新塊功能FC4, 新建輸入Int型變量CMD_A、CMD_B, Bool型臨時(shí)變量CMD3_In_Progress, 新建輸出Bool型變量CMD3_TRIGGER, 新建輸入輸出Int型變量CMD3_CODE, 然后編寫一段程序 (以下代碼供參考) :
FC4塊做好之后, 程序塊中添加新塊Cyclic interrupt (OB30) , 在OB30中調(diào)用FC4, 其中毛重、皮重、凈重在DB塊 (本例是使用的DB4) 結(jié)構(gòu)體變量DR30的GROSS_PROCESS、TARE_PROCESS、NET_PROCESS變量中, 為了便于通信作者把它們分別傳送到了MD100、MD104、MD108中, 下圖供參考:
圖1 下載原圖
③觸摸屏程序主要做好畫面顯示及要監(jiān)控的數(shù)據(jù)顯示, 力求美觀、人性化、易操作等。④數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)傳ERP, 保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。
4 應(yīng)用工程的程序調(diào)試及設(shè)備運(yùn)行
程序調(diào)試之前, 首先需要按照電氣原理圖接好線, 并且經(jīng)過詳細(xì)的檢查確認(rèn)無(wú)誤后方可通電測(cè)試。檢查各類電源的工作電壓, 做好信號(hào)屏蔽線接地, 下載并調(diào)試PLC和觸摸屏程序, 觀察程序的運(yùn)行并監(jiān)控?cái)?shù)據(jù), 上述工作完成后可以聯(lián)網(wǎng)與ERP通信。待調(diào)試完成后, 要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)人員進(jìn)行操作、維護(hù)方面的培訓(xùn), 還要跟蹤幾天的時(shí)間對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性進(jìn)行觀察和現(xiàn)場(chǎng)人員的操作情況進(jìn)行把關(guān)。客戶對(duì)設(shè)備檢測(cè)、驗(yàn)收完成后, 設(shè)備交付使用。
結(jié)束語(yǔ):本文是一個(gè)應(yīng)用工程實(shí)例, 結(jié)合應(yīng)用工程的設(shè)計(jì), 詳細(xì)的介紹了CPU 1511-1PN、SIWAREX WP321程序的設(shè)計(jì), 及應(yīng)用工程調(diào)試方面的內(nèi)容, 是PLC愛好者及自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)人員很好的參考資料。