全自動灌裝機設備主要由以下 6部分組成: (見圖 1)開始進桶灌裝時, 由馬達驅動的一條平板輸送帶 A 和由伺服馬達驅動的一對進桶螺旋 B, 將桶分開並且同步地將桶送入進桶星輪; 進桶星輪由封蓋部分通過鏈條驅動它將空桶送到灌裝機 F 的秤盤, 檢測到位開始灌裝; 灌裝完畢進入封蓋區域 C 和 D, 分別進行放內蓋、 封內蓋和壓外蓋; 最後通過封蓋檢測合格的進入下一環節 E, 否則進入剔桶區域 E.

2 自控系統

  包裝線採用西門子 SIMATIC S7- 300 PLC, PLC 編程組態工具 STEP7採用 SIMATIC 軟體的集成,為實現 PLC 編程組態的易用性以及與上位機組態系統的集成統一性提供了強大的軟體平臺。PROFIBUS- DP 用於現場層的高速數據傳送。主站週期地讀取從站的輸入資訊並週期地向從站發送輸出資訊。匯流排迴圈時間必須要比主站(PLC) 程式迴圈時間短。

2. 1 S7- 300 PLC的硬體的組成及配置

S7- 300模組

( 1) 電源單元對交流電源進行整流、 濾波、 和穩壓, 轉換成供PLC 的中央處理器、 記憶體等電子電路工作所需要的直流電源。

( 2)CPU 單元內部包括微處理器及其控制邏輯、 系統程式記憶體、 用戶數據記憶體。CPU 的運算速度快, 指令豐富且具有多種尋址方式。

2. 2 程式編程軟體 STEP7 V5. 3

  STEP7 V5. 3 是用於對 SIMATIC 進行設計、 組態、 編程和故障排除的軟體。用戶可以在STEP7 中編寫程式和對硬體進行組態, 並將用戶程式和硬體組態資訊下載到 CPU, 或者從 CPU上傳到PC機。當程式下載、 調試完成後, PLC 系統就可以執行各種自動任務了。

   PLC 所處的擴展環境( 即網路環境) 的影響。OCME 公司的 R5 全自動稱重式灌裝機的控制系統的包裝線建立的 PROFIBUS 網路是應用於單元級和現場級 SIMATIC 的控制網路, 它應用了混合介質的傳輸技術以及令牌和主從的邏輯拓撲, 可以同時在雙絞線或光纖上傳輸。

2. 3 S7- 300的通訊和組態

   首先, 在 STEP7 中組態 2 個 S7- 300 站, 其中集成 DP 口選擇為主站模式, CP342- 5 選擇為從站模式。然後在 PROFIBUS- DP 的硬體列表下, 從【Configured Stations】/【S7- 300CP342-5DP 】中選擇從站硬體組態中所選用的 CP342- 5 的型號, 拖拽到 DP 主站匯流排上, 單擊【Connect】按鈕,將該從站連接在主站建立的 PROFIBUS 網上。選擇從站, 在從站的 硬體插槽上 ( 如Slotl), 插入相應的輸入輸出模組, 也可以插入通用的【Universal module】模組, 自己定義輸入輸出位元組。系統定義了10 位元組輸入、 10位元組輸出的數據交換區。這樣, 硬體組態就完成了。39dd【中國自動化網社區】9030ee【http://sns.ca800.com】2c

   灌裝機的PROFIBUS- DP 網路是一個由 3個主站、 7 個從站構成的 PROFIBUS 系統。3 個主站之間構成令牌邏輯環。當某主站得到令牌報文後, 該主站可在一定時間內執行主站工作。在這段時間內, 它可依照主- 從通訊關係表與所有從站通信,也可依照上- 主通訊關係表與所有主站通信。是一個典型的分佈式主、 從系統。這種存取機制, 其中主站週期性的順序同從站交換數據。

3 線上調試系統

   在 PC機上完成的組態和用戶程式必須下載到 PLC 中, 並且經過軟硬體的調試才能夠最終實現自動控制任務。

3. 1 建立線上連接

   STEP7 中, 無論在專案介面、 編程介面、 數據查看介面還是主介面下, 都提供了離線和線上兩種視圖。離線視圖顯示的 PC本地存儲的專案內容; 線上視圖顯示 CPU 中的實際內容。當PC通過編程電纜與 PLC 連接後, 就可以在 STEP7 中建立線上連接。在【SIMATIC Manager】中, 單擊工具欄上的 Online 按鈕, 就顯示線上視圖。接著進行用戶程式(OB、 FC、 FB 和 DB) 和硬體組態資訊( SDB)等下載到 PLC 的 CPU 中。

3. 2 硬體調式與診斷

   要調試一個 PLC 系統, 查找故障, 可以直接利用硬體模組自身的資訊。S7- 300 PLC系統提供的診斷機制可以幫助用戶方便的發現故障, 並查找故障原因。

3. 2. 1 硬體狀態指示燈

   首先, 硬體狀態指示燈是最直觀的介面。S7 PLC 模組面板上都有相應的指示燈, 用於指示模組當前的狀態。通過指示燈, 用戶可以立即發現錯誤, 並可以初步判斷錯誤的類型。因此, 當程式下載後,首先要做的就是從指示燈判斷模組狀態。

(1) 電源模組。DC 24 V: 顯示 24 V 直流電流供電狀態。

(2)CPU 模組。SF: 程式錯誤時點亮或帶有診斷功能的模組錯誤時點亮; BATF: 電池錯誤時點亮; ERCE: 有變數被強制時點亮;RUN: CPU 處於運行狀態; STOP: 處於停機狀態; BF: 現場匯流排故障時燈亮。

(3) 數字量 I/O 模組。在每個 I/O 點旁邊有一個指示燈, 指示該位 I/O 的值, I/ O 值為 1時燈亮。

3. 2. 2 診斷緩衝區

   診斷是 S7 PLC 內部集成的識別和記錄功能。在 CPU 中,有一個診斷緩衝區用於記錄事件或者錯誤的資訊。當出錯時系統會將該事件以及其發生的時間都記錄到診斷緩衝區中, 如果診斷緩衝區已滿,最舊的資訊會被覆蓋。發生錯誤時, 除了在診斷緩衝區中記錄, 還可能調用相應的錯誤處理 OB. 利用診斷功能, 用戶可以發現 CPU 或其他模組的錯誤或者用戶程式的錯誤。

3. 3 測試程式

   程式中的邏輯錯誤往往需要通過對程式的跟蹤調試查找。STEP7提供了對程式狀態檢測和跟蹤調試的功能。

3．3．1 監視程式狀態

   在LAD 程式中, 監視介面會顯示信號流的狀態和變數值。處於有效狀態的元件顯示為綠色實線,處於無效狀態的元件顯示為藍色虛線。在變數位置會顯示該變數的當前值。

3．3．2 中斷點調試

   借助中斷點, 可以單步測試 STL 程式。是否支持中斷點, 以及支持中斷點的數目都與具體 CPU 型號有關。使用中斷點調試功能,必須先通過菜單【Debug】/【Operation】將 CPU 操作模式選擇為測試模式(Test Operation), 出現中斷點調試畫面。通過菜單【View】/【PLC Register】可以顯示 PLC 內部寄存器的值。因此與程式狀態檢測相比可以更精確地觀察程式的執行情況。

3. 4 系統功能的實現

   通過上面一系列的系統調試, 基本上定位了軟硬體的控制部分, 現在還需進行整機調試。這一步比較關鍵, 它關係到整個灌裝機系統性能的體現, 最主要的則是影響整條線的灌裝速度和品質。圖 2為該灌裝一體機的系統工作流程圖, 它的工作過程就是按照這條路線如此迴圈工作下去的。