基于S7-200 SMART PLC的智能桶式封裝系統(tǒng)設(shè)計

梁銀海 張亮 王亞瓊

摘 要：為提升機采煤樣封裝系統(tǒng)整體性能，設(shè)計了以西門子s7-200smart PLC為核心控制器的新型智能桶式封裝系統(tǒng)，通過PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動進出桶、自動選桶、自動放樣稱重及芯片編碼讀寫功能。文章從系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)硬件和軟件方面詳細(xì)闡述了設(shè)計思路和實現(xiàn)方法，詳細(xì)介紹了設(shè)備運行的軟件流程。本系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，現(xiàn)場運行效果良好。

關(guān)鍵詞：機采煤樣;s7-200smart;智能桶式封裝

引言

當(dāng)前常見的機采煤樣封裝標(biāo)識主要有編織袋縫口方式、塑料桶封鋁膜方式、不銹鋼桶封蓋方式等[1]。編織袋縫口方式勞動強度大、耗材多，同時對環(huán)境污染嚴(yán)重;塑料桶封鋁膜方式耗材多，且鋁膜不宜清理，多次使用后，封蓋成功率較低;不銹鋼桶封蓋方式桶蓋采用電動機構(gòu)，需經(jīng)常充電，但現(xiàn)場粉塵較大，濕度較大，設(shè)備故障率高，增加了設(shè)備維護成本。同時現(xiàn)有的煤樣桶封裝方式無法實現(xiàn)煤樣編碼自動寫入，需人工打印貼碼，人力成本高。

針對上述問題，本文設(shè)計了新型智能桶式封裝系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了機采煤樣的自動封裝標(biāo)識，同時具備自動進桶、出桶、自動尋目標(biāo)桶、指定工位出桶、稱重計量及樣桶編碼寫入功能。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能適應(yīng)于惡劣的環(huán)境，使用方便，性能穩(wěn)定，煤樣桶重復(fù)利用率高，耗材低，經(jīng)濟實用。

1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

智能桶式封裝系統(tǒng)主要包括進桶平臺、轉(zhuǎn)盤單元、稱重編碼單元、壓蓋單元、出桶平臺、框架組件、電控系統(tǒng)及其他輔助部分組成。

進桶平臺由進桶氣缸、進桶平臺電機、托輥裝置及外部信號檢測裝置組成，用于實現(xiàn)空煤樣桶手動和自動進入轉(zhuǎn)盤單元功能。

轉(zhuǎn)盤單元主要包括工位圓形轉(zhuǎn)盤、樣桶定位裝置、回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置及驅(qū)動電機等。

稱重編碼單元由稱重氣缸、芯片讀寫器、稱重傳感器、稱重儀表及配套電纜等組成，實現(xiàn)計量和編碼讀寫功能。

壓蓋單元主要發(fā)蓋裝置、壓蓋裝置及附屬設(shè)施構(gòu)成，該單元用于實現(xiàn)煤樣桶自動封裝壓蓋功能。

出桶平臺由出桶氣缸、出桶托輥平臺以及外部信號檢測裝置組成，用于實現(xiàn)非空桶自動和手動出桶功能。

2封裝系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)主要采用西門子200smart作為核心控制器[2]，CPU型號為ST40，該信號CPU具有24路數(shù)字量輸入點、16路數(shù)字量輸出點，同時配置有RS485串口及以太網(wǎng)通訊接口。

本系統(tǒng)輸入信號主要有按鈕、動作執(zhí)行機構(gòu)限位信號及外部檢測輸入信號;輸出信號主要有轉(zhuǎn)盤電機、指示燈信號及動作執(zhí)行電磁閥信號。

PLC控制器通過485通訊電纜分別連接稱重計量儀表以及芯片讀寫器設(shè)備，系統(tǒng)同時配有與MCGS觸摸屏通訊信號實現(xiàn)設(shè)備控制及運行關(guān)鍵數(shù)據(jù)展示功能[3]。

3封裝系統(tǒng)軟件設(shè)計

進桶模塊：控制系統(tǒng)給出啟動信號，進桶平臺輸送線啟動。當(dāng)檢測到桶位到達(dá)信號時，輸送線停止工作。進桶氣缸動作，將空桶推入到轉(zhuǎn)盤內(nèi)，進桶氣缸退回，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)一個工位后，再次啟動進桶平臺輸送線執(zhí)行進桶操作，進桶循環(huán)執(zhí)行指定工位數(shù)后完成進桶操作功能。

出桶模塊：控制系統(tǒng)給出出桶信號，出桶工位檢測當(dāng)前工位有桶且非空桶時，出桶氣缸動作并推出煤樣桶，當(dāng)前工位出桶后，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)到下一個工位并檢測是否滿足出桶條件，循環(huán)執(zhí)行指定工位數(shù)的出桶操作后完成本次出桶任務(wù)。

稱重編碼模塊：控制系統(tǒng)給出稱重信號，稱重氣缸推出，樣品桶被抬起，稱重傳感器將重量數(shù)據(jù)實施傳送到PLC控制系統(tǒng)，現(xiàn)場電控柜子儀表以及上位機系統(tǒng)實時顯示稱重數(shù)據(jù)信息，當(dāng)煤樣桶重量達(dá)到設(shè)定數(shù)值后，PLC控制系統(tǒng)執(zhí)行封裝壓蓋出桶操作;當(dāng)系統(tǒng)給出寫碼指令時，執(zhí)行讀寫碼操作，經(jīng)管控系統(tǒng)下發(fā)的數(shù)據(jù)編碼實時傳輸進控制系統(tǒng)并實現(xiàn)煤樣桶寫碼操作過程。

壓蓋模塊：

控制系統(tǒng)給出壓蓋信號，推蓋裝置將桶蓋推出。當(dāng)系統(tǒng)檢測到桶蓋推出到位時，夾蓋氣缸動作并夾住桶蓋。壓蓋氣缸下降動作并吸住桶蓋后，退回推蓋氣缸和夾蓋氣缸。壓蓋氣缸再次動作，將桶蓋壓到樣品桶上完成封裝壓蓋操作。

封裝系統(tǒng)軟件運行流程如圖3所示，采用順控器執(zhí)行規(guī)則[4]，設(shè)備上電后，管控系統(tǒng)發(fā)送封裝啟動命令及編碼數(shù)據(jù)，封裝系統(tǒng)判斷當(dāng)前接料工位編碼與管控編碼是否相同，若編碼相同，則系統(tǒng)執(zhí)行當(dāng)前工位煤樣桶接料及稱重功能;若不相同，則執(zhí)行找桶邏輯。

找桶邏輯中，首先比較管控編碼是否與系統(tǒng)其他工位編碼相同，若數(shù)據(jù)比對相同，則定義該工位為目標(biāo)桶工位，系統(tǒng)將目標(biāo)工位桶轉(zhuǎn)至接料位并執(zhí)行稱重功能;若管控編碼與系統(tǒng)其他工位編碼都不相同，則系統(tǒng)查找是否有空桶，存在空桶時，將空桶轉(zhuǎn)到接料位，執(zhí)行稱重及寫碼功能;若系統(tǒng)沒有空桶則發(fā)出缺桶報警。

找桶邏輯成功執(zhí)行后，主程序繼續(xù)執(zhí)行稱重接料子程序，系統(tǒng)實時讀取當(dāng)前接料工位煤樣桶重量信息，當(dāng)改工位桶重量達(dá)到設(shè)定重量時，將接料工位煤樣桶旋轉(zhuǎn)至壓蓋工位執(zhí)行壓蓋操作，壓蓋完成后旋轉(zhuǎn)至出桶工位執(zhí)行出桶工位。正常出桶后，系統(tǒng)執(zhí)行進桶流程，從進桶平臺自動補空桶到剛空出的轉(zhuǎn)盤工位中，完成一輪循環(huán)操作。

當(dāng)管控系統(tǒng)再次發(fā)送封裝啟動命令及編碼后，循環(huán)執(zhí)行上述流程。

4結(jié)束語

本系統(tǒng)充分利用了S7-200SAMRT plc的硬件特點，利用編程軟件實現(xiàn)封裝系統(tǒng)過程智能化，能自動記憶每個工位狀態(tài)，實現(xiàn)煤樣桶的智能化管理;方式多樣化，具備自動方式、半自動方式工作方式，半自動方式下支持自動進多桶、自動出多桶等操作;同事系統(tǒng)以“人性化”為理念，實現(xiàn)了自動進桶，自動出桶，減輕了取樣人員勞動強度。改設(shè)備現(xiàn)場運行效果良好，值得廣泛推廣。

參考文獻：

[1]賀小明 張順林.火電企業(yè)燃料智能化管理.北京：中國電力出版社，2014 P2-P3

[2]宋伯生.PLC編程實用指南.北京：機械工業(yè)出版社，2007 P7-P8

[3] 王永紅.MCGS組態(tài)控制技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2020 P65-P67

[4]張春.西門子STEP7編程語言與使用技巧.北京：機械工業(yè)出版社，2009 P108-P110

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