前言

S7-1500系列PLC是西门子公司2013年新推出的, 除了包含多种创新技术之外, 还设定了新标准, 最大程度提高生产效率。无论是小型设备还是对速度和准确性要求较高的复杂设备装置, 都一一适用。

SIMATIC S7-1500系列PLC优点如下:①信号处理速度更为快速, CPU位指令处理时间最短可达1ns, 极大缩短系统响应时间, 降低程序扫描周期, 进而提高了生产效率;②集成的运动控制, 可控制高达128轴;③使用寿命长, 运行时间长达50, 000小时;④无缝集成到TIA博途中, 极大提高了工程组态的效率等。SIWAREX WP321是一款灵活的多功能称重模块, 它可以与SIMATIC ET200S全系列产品配套使用, 充分利用了现代自动化系统的所有功能, 如集成通信、操作与监视、诊断以及TIA Portal或者SIMATIC Step7和Win CC flexible中的组态工具, 通过与合适的SIMATIC模块搭配使用, 可以为中小型工厂创建最优的解决方案。借助组态包中的WP321_ready-for-use_TIA应用程序, 可随时创建自定义的或行业特定的解决方案。这些解决方案支持S7-300、S7-1200以及S7-1500 CPU。

1 CPU 1511-1PN与SIWAREX WP321概述

CPU 1511-1PN使用博途STEP7 V13 Update4及以上版本编程, 单层配置它最大能扩展31个模块, 自带2个PROFINET通信口, 同时还具有以下优点:①工作存储器容量大:集成程序内存150KB, 集成数据存储1MB, 能装载SIMATIC32G存储卡;②CPU指令执行时间快:位运算60ns, 字运算72ns, 定点运算96ns, 浮点运算384ns;③CPU块数量大总量达2000个, 其中DB块的最大大小1MB, FB块最大大小150KB, FC块最大大小150KB, OB块最大大小150KB;④CPU功耗小仅5.7W;⑤有数据记录和归档等附加功能。

SIWAREX WP321是一款通用型的多功能称重模块, 可作为静态称重仪器使用, 在SIMATIC TIA Portal或SIMATIC Step7中使用相同的组态选项, 重量测量分辨率可达+/-200万分度, 精度高达0.05%, 测量速度高达100Hz/120Hz (取决于50/60Hz电源频率) , 它具有内部重量监测功能, 可自由定义高低重量限位, 可在易爆II区使用, 获得ATEX认证, 也有适配易爆I区的本安称重传感器电源 (SIWAREX IS选件) 。SIWAREX WP321出厂时已校准, 这样可实现自动校准秤, 而无需校准砝码, 并且更换模块后也无需重新校准秤, 通讯接口有S7、RS485等。多个称重模块通过接线盒7MH4710-1EA (不锈钢外壳) 或7MH4710-1BA (铝外壳) , 并联后连接至称重模块;非防爆应用时, 传感器与称重模块之间最远距离为1000米, 如果是防爆应用该距离与防爆形式有关;传感器自带电缆长度不够需要进行延长时, 需要使用延伸盒;从接线盒或者延伸盒, 到称重模块之间的连接电缆为专用电缆 (7MH4702-8AG) ;为最大程度降低干扰对测量的影响, 传感器屏蔽层通过专用屏蔽元件与安装背板连接, 屏蔽连接元件6ES5728-8MA11;传感器Exc+和Exc-连接端子5和6, SIG+和SIG-接端子1和2, Sen+和Sen-接端子3和4, 注意:当连接4线制传感器时需要将Exc+与Sen+短接, Exc-与Sen-短接。SIWAREX WP321 (订货号7MH4138-6AA00-0BA0) 订货时需要的附件分为必要附件和可选附件:①必要附件:基本单元类型BU15+A0+2D (新负载组) , 订货号:6ES7193-6BP00-0DA0, 或基本单元类型BU15+A0+2B (跳线左接) , 订货号:6ES7193-6BP00-0BA0, 屏蔽连接, 订货号:6ES7193-6SC00-1AM0。②可选附件:SIWAREX WP3 21组态包, 订货号:7MH4138-1AK01SIWAREX WP321手册, WP321_ready-for-use_TIA, RS485/USB转换器。

2 应用工程概述

本应用工程是移动小车、挂具升降、镀锌件的重量称量与平均耗锌量计算方面的实例, 重点阐述一下镀锌件的称量与平均耗锌计算, 如公司有一个设计量程为3t的挂具, 工人在黑件区往挂具上挂待镀锌件 (以下称黑件) , 称重模块读取重量传感器的信号实时计算出挂具上黑件的重量。PLC与称重模块实时通信, 当检测到挂上去的黑件的重量超过量程的90% (即2.7t) 时, PLC发出警示, 提醒工人不能继续挂黑件;然后工人启动镀锌流程, 移动小车自动把挂具 (含黑件) 送到锌锅的上方, 待挂具稳定后, PLC记忆黑件的当前净重值 (data1) , 之后挂具升降装置将挂具降下, 使黑件完全浸入锌锅镀锌。一段时间后, 镀锌完成, 挂具升降装置将挂具升起到降下之前同样的位置, 挂具经一段时间稳定后, PLC记忆此时的净重值 (data2) , PLC自动计算出锌耗=datdata2-ad1ata1, 然后移动小车自动把挂具 (含白件, 注镀锌之后的物件称为白件) 送到白件去卸件。由于锌耗量不大, data2与data1差别不是很大, 再加上挂具的设计量程较大, 所以一般精度的称重装置是不适用类似工程的。如本工程的分辨率, 重量值以克为单位计算, 称重模块的分辨率是200万分度, PLC通过称重模块识别重量的最小值高达3×106g/2×106 (分度) =1.5g。由于识别出来的重量分度值小, 所以计算出来的锌耗值相当精确, 生产部长根据此数据即时调整镀锌的时间数值、工艺等, 保证镀锌的质量。

3 应用工程的程序设计

程序设计包括使用SIWATOOL软件设置WP321模块, 编写PLC程序和触摸屏程序, 以及数据远传ERP等, 详述实现步骤如下:①使用SIWATOOL软件, 通过RS485通信协议与WP321模块通信, 通信参数为:波特率9600kbps, 偶校验, 数据位为8, 停止位为1。通信连接后, 在软件中设置数据显示单位、小数点位数、传感器特性值、零点值、自动校准秤等。②PLC程序编写:作者使用的编程软件是STEP 7 V13 Update8, 首先设置好硬件组态, 然后在博途软件的全局库中添加WP321_FB_library (TIA_V13_SP1_UPD7.al13) 库文件, 在OB1程序中插入库元素WP321DR, 可以看到FB321功能块, 系统自动分配相应的背景DB块 (该DB块存储了当前的重量、称重模块的状态和参数设置、数字量输入输出及模拟量的输出状态等) , 它是称重模块与S7-1500之间的通信接口, 根据实际情况输入地址管脚ADDR和硬件标识HW_ID。在程序块中添加新块功能FC4, 新建输入Int型变量CMD_A、CMD_B, Bool型临时变量CMD3_In_Progress, 新建输出Bool型变量CMD3_TRIGGER, 新建输入输出Int型变量CMD3_CODE, 然后编写一段程序 (以下代码供参考) :

FC4块做好之后, 程序块中添加新块Cyclic interrupt (OB30) , 在OB30中调用FC4, 其中毛重、皮重、净重在DB块 (本例是使用的DB4) 结构体变量DR30的GROSS_PROCESS、TARE_PROCESS、NET_PROCESS变量中, 为了便于通信作者把它们分别传送到了MD100、MD104、MD108中, 下图供参考:

图1   下载原图

③触摸屏程序主要做好画面显示及要监控的数据显示, 力求美观、人性化、易操作等。④数据通过以太网远传ERP, 保存在数据库中。

4 应用工程的程序调试及设备运行

程序调试之前, 首先需要按照电气原理图接好线, 并且经过详细的检查确认无误后方可通电测试。检查各类电源的工作电压, 做好信号屏蔽线接地, 下载并调试PLC和触摸屏程序, 观察程序的运行并监控数据, 上述工作完成后可以联网与ERP通信。待调试完成后, 要对现场的相关人员进行操作、维护方面的培训, 还要跟踪几天的时间对系统运行的稳定性进行观察和现场人员的操作情况进行把关。客户对设备检测、验收完成后, 设备交付使用。

结束语:本文是一个应用工程实例, 结合应用工程的设计, 详细的介绍了CPU 1511-1PN、SIWAREX WP321程序的设计, 及应用工程调试方面的内容, 是PLC爱好者及自动化工程设计人员很好的参考资料。