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)新技術之外, 還設定了新標準, 最大程度提高生產效率。無論是小型設備還是對速度和準確性要求較高的復雜設備裝置, 都一一適用。
SIMATIC S7-1500系列PLC優(yōu)點如下:①信號處理速度更為快速, CPU位指令處理時間最短可達1ns, 極大縮短系統(tǒng)響應時間, 降低程序掃描周期, 進而提高了生產效率;②集成的運動控制, 可控制高達128軸;③使用壽命長, 運行時間長達50, 000小時;④無縫集成到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全系列產品配套使用, 充分利用了現代自動化系統(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應用程序, 可隨時創(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展31個模塊, 自帶2個PROFINET通信口, 同時還具有以下優(yōu)點:①工作存儲器容量大:集成程序內存150KB, 集成數據存儲1MB, 能裝載SIMATIC32G存儲卡;②CPU指令執(zhí)行時間快:位運算60ns, 字運算72ns, 定點運算96ns, 浮點運算384ns;③CPU塊數量大總量達2000個, 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有數據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, 重量測量分辨率可達+/-200萬分度, 精度高達0.05%, 測量速度高達100Hz/120Hz (取決于50/60Hz電源頻率) , 它具有內部重量監(jiān)測功能, 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出廠時已校準, 這樣可實現自動校準秤, 而無需校準砝碼, 并且更換模塊后也無需重新校準秤, 通訊接口有S7、RS485等。多個稱重模塊通過接線盒7MH4710-1EA (不銹鋼外殼) 或7MH4710-1BA (鋁外殼) , 并聯后連接至稱重模塊;非防爆應用時, 傳感器與稱重模塊之間最遠距離為1000米, 如果是防爆應用該距離與防爆形式有關;傳感器自帶電纜長度不夠需要進行延長時, 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測量的影響, 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:當連接4線制傳感器時需要將Exc+與Sen+短接, Exc-與Sen-短接。SIWAREX WP321 (訂貨號7MH4138-6AA00-0BA0) 訂貨時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 (新負載組) , 訂貨號:6ES7193-6BP00-0DA0, 或基本單元類型BU15+A0+2B (跳線左接) , 訂貨號:6ES7193-6BP00-0BA0, 屏蔽連接, 訂貨號:6ES7193-6SC00-1AM0。②可選附件:SIWAREX WP3 21組態(tài)包, 訂貨號:7MH4138-1AK01SIWAREX WP321手冊, WP321_ready-for-use_TIA, RS485/USB轉換器。
2 應用工程概述
本應用工程是移動小車、掛具升降、鍍鋅件的重量稱量與平均耗鋅量計算方面的實例, 重點闡述一下鍍鋅件的稱量與平均耗鋅計算, 如公司有一個設計量程為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實時計算出掛具上黑件的重量。PLC與稱重模塊實時通信, 當檢測到掛上去的黑件的重量超過量程的90% (即2.7t) 時, PLC發(fā)出警示, 提醒工人不能繼續(xù)掛黑件;然后工人啟動鍍鋅流程, 移動小車自動把掛具 (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, 掛具經一段時間穩(wěn)定后, PLC記憶此時的凈重值 (data2) , PLC自動計算出鋅耗=datdata2-ad1ata1, 然后移動小車自動把掛具 (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, 再加上掛具的設計量程較大, 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算, 稱重模塊的分辨率是200萬分度, PLC通過稱重模塊識別重量的最小值高達3×106g/2×106 (分度) =1.5g。由于識別出來的重量分度值小, 所以計算出來的鋅耗值相當精確, 生產部長根據此數據即時調整鍍鋅的時間數值、工藝等, 保證鍍鋅的質量。
3 應用工程的程序設計
程序設計包括使用SIWATOOL軟件設置WP321模塊, 編寫PLC程序和觸摸屏程序, 以及數據遠傳ERP等, 詳述實現步驟如下:①使用SIWATOOL軟件, 通過RS485通信協(xié)議與WP321模塊通信, 通信參數為:波特率9600kbps, 偶校驗, 數據位為8, 停止位為1。通信連接后, 在軟件中設置數據顯示單位、小數點位數、傳感器特性值、零點值、自動校準秤等。②PLC程序編寫:作者使用的編程軟件是STEP 7 V13 Update8, 首先設置好硬件組態(tài), 然后在博途軟件的全局庫中添加WP321_FB_library (TIA_V13_SP1_UPD7.al13) 庫文件, 在OB1程序中插入庫元素WP321DR, 可以看到FB321功能塊, 系統(tǒng)自動分配相應的背景DB塊 (該DB塊存儲了當前的重量、稱重模塊的狀態(tài)和參數設置、數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, 根據實際情況輸入地址管腳ADDR和硬件標識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中調用FC4, 其中毛重、皮重、凈重在DB塊 (本例是使用的DB4) 結構體變量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)控的數據顯示, 力求美觀、人性化、易操作等。④數據通過以太網遠傳ERP, 保存在數據庫中。
4 應用工程的程序調試及設備運行
程序調試之前, 首先需要按照電氣原理圖接好線, 并且經過詳細的檢查確認無誤后方可通電測試。檢查各類電源的工作電壓, 做好信號屏蔽線接地, 下載并調試PLC和觸摸屏程序, 觀察程序的運行并監(jiān)控數據, 上述工作完成后可以聯網與ERP通信。待調試完成后, 要對現場的相關人員進行操作、維護方面的培訓, 還要跟蹤幾天的時間對系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性進行觀察和現場人員的操作情況進行把關。客戶對設備檢測、驗收完成后, 設備交付使用。
結束語:本文是一個應用工程實例, 結合應用工程的設計, 詳細的介紹了CPU 1511-1PN、SIWAREX WP321程序的設計, 及應用工程調試方面的內容, 是PLC愛好者及自動化工程設計人員很好的參考資料。