引 言

物料包裝輸送系統(tǒng)的工作環(huán)境通常比較惡劣,設(shè)備所處環(huán)境一般粉塵較大，空氣相對濕度高，操作分散，所以對輸送包裝控制系統(tǒng)工作的安全性、可靠性、維護簡便性要求較高。以前，電器控制系統(tǒng)中大多使用分立的繼電器，接觸器等電器元件作為控制元件，其控制系統(tǒng)復(fù)雜，操作難度大，并且安裝接線工作量大、修改控制策略難,維護量大，嚴重影響了正常生產(chǎn)。因此，物料輸送控制系統(tǒng)成了制約生產(chǎn)的瓶頸。而采用可靠性較高的PLC及其WINCC監(jiān)控軟件組成的控制系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)采集、控制回路、自動順序操作和運算的主要設(shè)備。實現(xiàn)包裝系統(tǒng)的皮帶過程控制和輸送工藝流程的實時監(jiān)測、自動控制和系統(tǒng)運行診斷，滿足了系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和實時性的要求。

1 系統(tǒng)介紹

包裝輸送控制系統(tǒng)分為散庫和包裝庫兩組。散庫主要存儲不需要包裝的散料，包裝庫進行成品包裝。主要包括：1#～8#線、A線（9#、15#、16#）、B線（10#、19#、20#）、C線（11#、17#）、D線（12#、18#）、E線（13#、21#）、F線（14#、22#）。各線工藝流程如圖1所示。在該工藝流程中，除了要考慮各皮帶內(nèi)部按順序啟動停止以及皮帶的打滑、跑偏等問題外，還必須考慮相關(guān)配套設(shè)備。系統(tǒng)主要包括數(shù)字量輸入67路，模擬量輸入16路，數(shù)字量輸出52路；需要控制的過程有各皮帶的啟動、停車和安全運行，各料槽的選擇和設(shè)備故障時的處理。

圖1 工藝流程
2 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1硬件配置

根據(jù)設(shè)備及工藝要求，包裝輸送系統(tǒng)采用上位機和下位機組成，上位機使用兩臺PC機：一臺作為操作站實現(xiàn)整個系統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)檢測；另一臺作為工程師站完成組態(tài)軟件的設(shè)計與開發(fā)、PLC程序的開發(fā)以及將軟件通過PROFIBUS總線傳送至PLC的CPU單元。下位機采用功能強大、可靠性高、維護方便且抗干擾能力強的可編程控制器西門子S7-300系列PLC完成對設(shè)備的控制功能，且下位機 分為兩個機架分別放置于包裝庫和散庫。散庫機架與包裝室機架的S7-300構(gòu)成PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)配置如圖2所示，其具體組成如下：

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)配置圖
（1）中央控制單元

中央控制單元選用 CPU315-2DP作為PLC的核心部件，進行邏輯和數(shù)字運算，協(xié)調(diào)整個控制系統(tǒng)各部分的工作。

（2）電源單元

電源單元采用1：1隔離變壓器進行對PLC的220V交流開關(guān)量輸入卡件進行供電，采用SITOP電源對PLC的24V開關(guān)量輸出卡件供電。自帶的PS-307/5A直流電源對CPU和部分卡件進行供電。

（3）輸入輸出單元

系統(tǒng)采用兩塊8點的模擬量輸入單元AI8×12Bit、兩塊32點輸出單元DO32×DC24V/0.5A、一塊16點輸出單元DO16×DC24V/0.5A、五塊16點數(shù)字量輸入單元DI16×AC120/230V。

（4）通迅模塊

為了確保包裝庫操作站與散庫操作站通信正常（距離約300米），在本系統(tǒng)選用了CP 342-5通迅模塊，通過PROFIBUS 進行配置和編程。

2.2 變量分配

控制對象的PLC變量分配情況表1所示。

3 包裝輸送控制程序設(shè)計思想

3.1 系統(tǒng)控制方式

包裝輸送控制系統(tǒng)的控制方式分為自動控制、單機控制和現(xiàn)場手動控制三種。單機啟動方式是指在上位機的連鎖圖中, 設(shè)有啟動及停車按鈕, 在未進入聯(lián)鎖狀態(tài)時，皮帶可以獨立啟動/停止。

3.2 控制程序設(shè)計

該皮帶輸送系統(tǒng)共有二十二條皮帶，根據(jù)皮帶輸送工藝可以將其為兩大部分：1#～8#線與A~F線。

根據(jù)包裝室和散庫控制室及現(xiàn)場皮帶運行情況，得出該輸送系統(tǒng)的控制策略：

（1）選擇控制方式：遠程自動控制、現(xiàn)場手動控制或遠程手動控制方式。
（2）根據(jù)包裝與否控制包裝流水線和散庫流水線運行，并按要求順序停止。
（3）根據(jù)料槽料位控制A~F線啟動、停止。

本系統(tǒng)中STEP7用戶程序分為組織塊（OB）、功能塊（FC）和數(shù)據(jù)塊（DB）。功能塊根據(jù)控制任務(wù)用于建立用戶程序。將整個控制過程按工藝分為模擬量信號處理、A~F線起/停、3~8#線皮帶起停、

總料位計算、模擬量變換、料槽料位運算、報警處理、1~6#皮帶速度處理、1~2#皮帶起停和分料器選擇等程序塊。針對工藝流程的具體情況，用語句表(LAD)形式編程。圖3給出了3#~6#皮帶控制流程圖。數(shù)據(jù)塊用來存放皮帶速度和料槽料位的數(shù)據(jù)。

3.3控制設(shè)計思想

（1）回路啟動順序由下游向上游(來料方向為上游) , 按一定延時, 逐個啟動, 若回路啟動過程中無故障, 則為正常啟動; 若有故障則為異常啟動, 程序啟動遇到故障時, 就不再繼續(xù)往下啟動。

（2）回路停止順序由上游向下游, 它包括正常停止和事故停止。正常停止為順序停止,即正常操作時程序按一定時間延時由上游向下游逐個停止設(shè)備。事故停止是在啟動或正常運行過程中回路中某一設(shè)備發(fā)生故障時, 上游的設(shè)備立即停止,下游設(shè)備可運行。

（3）在邏輯梯形圖中, 凡是帶有分支的聯(lián)鎖回路都有記憶功能。因為前一臺設(shè)備可以根據(jù)需要啟動下面的各個分支回路的設(shè)備, 回路梯形邏輯的記憶功能, 可保證有故障回路的設(shè)備能正確停車。

（4）上位機能顯示出整個皮帶運行狀態(tài)。 亦能顯示單條回路運行的設(shè)備。

4 WINCC組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

工業(yè)控制組態(tài)軟件是可以從可編程控制器、各種數(shù)據(jù)采集卡等設(shè)備中實時采集數(shù)據(jù)，發(fā)出控制命令并監(jiān)控系統(tǒng)運行是否正常的軟件。組態(tài)軟件能充分利用Windows強大的圖形編輯功能，以動畫方式顯示監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，方便的構(gòu)成監(jiān)控畫面和實現(xiàn)控制功能，并可以生成報表、歷史趨勢等，為工業(yè)監(jiān)控軟件開發(fā)提供了便利的軟件開發(fā)平臺，從整體上提高了工控軟件的質(zhì)量。西門子公司開發(fā)的WINCC是運行在Windows2000上的一種組態(tài)軟件。它的功能是建立動態(tài)顯示窗口，通過提供的工具箱可方便建立實時曲線圖、歷史曲線圖和報警記錄顯示。在畫面窗口中，通過對多種圖形對象的組態(tài)設(shè)置，建立相應(yīng)的動畫連接，用清晰生動的畫面反映工業(yè)控制過程。根據(jù)包裝控制系統(tǒng)的要求，圖4是監(jiān)控軟件的結(jié)構(gòu)。

WINCC與S7-PLC同屬西門子產(chǎn)品，屬于無縫集成且自帶通訊協(xié)議連接。該控制系統(tǒng)和上位機組態(tài)軟件實現(xiàn)了物料輸送測控系統(tǒng)的要求。簡潔且形象的模擬了整個系統(tǒng)的工藝流程，操作人員能在控制室的計算機屏幕上觀察到輸送的全部情況，包括各種報警。取得權(quán)限的操作人員能在控制室對任何一條皮帶單獨操作或連鎖操作，并進行手動與自動切換。