基于S7-1500 PLC的多模式高位碼垛機(jī)控制系統(tǒng)

牟智剛,鄭 昊

（上海工程技術(shù)大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 (上海市高級技工學(xué)校),上海 200437）

0 引言

隨著通信、計算機(jī)和控制技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動化發(fā)展的速度加快[1]。以往的人工碼垛產(chǎn)品的速度已無法滿足自動化的流水線需求。伴隨產(chǎn)生的自動碼垛機(jī)行業(yè)也如日中天的發(fā)展起來，但其碼垛的產(chǎn)品都比較單一，常見的如鹽類、大米、奶制品等等，往往都是一臺碼垛機(jī)只適用于碼垛一種物品。本文提出了一種基于S7-1500 PLC控制的多模式高位碼垛機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)在于碼垛產(chǎn)品不定，可碼垛層次及碼垛方案可設(shè)定。

1 控制器及變頻器

本控制系統(tǒng)運(yùn)用的PLC選用較新型的S7-1516F，其與原有的PLC相比處理速度更快，網(wǎng)絡(luò)控制能力更強(qiáng)，安全性能更高，有效地提高了生產(chǎn)效率。從資源上來說1500系列PLC比S7-300的各項(xiàng)指標(biāo)都高出很多，運(yùn)算處理時間典型值為10ns一位操作指令，浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算處理時間為64ns。通信方式上來說，本系統(tǒng)選用PROFINET通信，與以往的DP通信相比無論反應(yīng)時間還是系統(tǒng)響應(yīng)速度都有明顯的提升，最小循環(huán)時間為250μs。

系統(tǒng)的變頻器選用SINAMICSG120系列，用以控制爬坡輸送機(jī)，過度輸送機(jī)和升降電機(jī)的運(yùn)行速度。變頻器的參數(shù)在自動模式下由PLC通過報文的方式來發(fā)送控制指令，在手動模式下也可以通過HMI和外部按鈕發(fā)送控制指令給PLC，再由PLC發(fā)送報文給變頻器，控制其工作。

2 控制方式與組態(tài)

本系統(tǒng)除了必要的電纜線以外，各設(shè)備之間的通信線用網(wǎng)線連接，用以確保通信速度和質(zhì)量。控制方式的話主要有PC端控制、HMI觸摸屏現(xiàn)場控制、現(xiàn)場模擬量輸入、現(xiàn)場開關(guān)量輸入用以控制PLC，再由PLC輸出相應(yīng)控制信息，控制從站以及變頻器等工作，控制方式如圖1所示。

PLC與HMI以及從站、電源模塊、交換機(jī)和變頻器之間通過PROFINET方式進(jìn)行連接，如圖2所示。

3 控制過程

碼垛系統(tǒng)的控制方式主要可分為，手動控制和自動控制兩種模式。在自動控制模式運(yùn)行前，必須進(jìn)行多項(xiàng)檢測，若檢測狀態(tài)不合格，則程序會進(jìn)行報警，需要進(jìn)行手動調(diào)節(jié)至合適狀態(tài)，取消報警后才能進(jìn)入自動模式自動運(yùn)行。若在自動運(yùn)行過程中出現(xiàn)意外狀況，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作，程序也會自動進(jìn)入報警模式，馬上停止整個碼垛流水線，等待手動維護(hù)后再恢復(fù)運(yùn)行。

若自動模式下運(yùn)行程序檢測正常，即可選擇碼垛規(guī)格，現(xiàn)有的規(guī)格是常見的3*2和3*4*4兩種編組包裝方式（若要添加只需更改包裝程序即可），選擇好包裝模式啟動自動運(yùn)行狀態(tài)，爬坡電機(jī)啟動，然后過渡電機(jī)啟動，然后程序根據(jù)碼垛規(guī)格和已碼垛的層數(shù)進(jìn)行判斷包裝方式。以現(xiàn)有的3*2編組包裝為例，若是單數(shù)層則以圖3中的A方式進(jìn)行編組，即前2包產(chǎn)品直接推送，后3包產(chǎn)品經(jīng)由轉(zhuǎn)向機(jī)轉(zhuǎn)向90度后進(jìn)行推送。若是雙數(shù)層則以圖3中B方式進(jìn)行編組包裝，若以3*4*4編組包裝則參考圖4分為3層不同進(jìn)行編組包裝。

每完成一層的編組包裝，分層電機(jī)開始工作，編組包裝好的產(chǎn)品進(jìn)行碼垛，此時若碼垛層數(shù)未達(dá)到控制要求則升降機(jī)下降1層繼續(xù)碼垛，若碼垛層數(shù)達(dá)到最大碼垛高度或達(dá)到控制要求的層數(shù)，則升降機(jī)下降到底層，然后跺盤運(yùn)輸機(jī)工作，運(yùn)送碼垛好的貨物，接著托盤運(yùn)輸機(jī)工作，更換新的碼垛托盤，升降機(jī)上升至初始位置，進(jìn)行新的一次碼垛包裝，自動控制詳細(xì)流程如圖5所示。

4 控制面板與監(jiān)控

本系統(tǒng)的控制面板采用西門子的TP1500觸摸屏用以進(jìn)行人機(jī)交互。采用博圖V13自帶的觸摸屏編程軟件進(jìn)行編寫。用來達(dá)到模式選擇，手動控制，自動控制，報警記錄等功能。

如圖6所示，在手動模式下可以通過觸摸屏控制，分別對爬坡輸送機(jī)，過度輸送機(jī)，轉(zhuǎn)位輸送機(jī)，托盤運(yùn)輸機(jī)，跺盤輸送機(jī)，推包機(jī)，分層電機(jī)，升降電機(jī)，編組機(jī)，轉(zhuǎn)向電機(jī)等進(jìn)行獨(dú)立控制。在手動控制時若操作的物品達(dá)到相應(yīng)限位開關(guān)時，畫面中會有信息反饋。

在監(jiān)控模式中還可以對自動工作模式經(jīng)行實(shí)時監(jiān)控，觀察整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。包括所有限位開關(guān)的實(shí)時狀態(tài)，如圖7所示。

5 結(jié)束語

本控制系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠，模式多樣，操作簡單等特點(diǎn)。但在現(xiàn)在工業(yè)4.0的時代與外國的同類產(chǎn)品在速度上還有一些差距，需要進(jìn)一步深入研究、改善。

[1]崔堅.SIMATICS7-1500與TIA博圖軟件使用指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2016.

[2]趙偉.基于鹽業(yè)成品箱的碼垛機(jī)設(shè)計[J].鹽業(yè)與化工,2013,52(05):31-33.