西门子6ES231-7PB22-0XA8原装代理
0 引言
随着计算机网络及现场总线技术技术的发展，PLC及触摸屏在工业控制和楼宇自动化中的应用非常广泛。现场总线技术及其总线接口模块、智能仪表、控制设备等组成的综合监控系统已成为当前自动化技术发展的一个重要方向。在工控领域，PLC与触摸屏结合运用的技术已越来越为工程人员所了解与熟悉 ,由于触摸屏具有操作简便、界面美观直接、编程容易掌握、与PLC通讯良好、抗干扰能力强等等特点 ,它正迅速地渗入各个行业 ,发挥自动化控制的大优势。
PROFIBUS提供了两种通信协议：DP、FMS，富士UG系列的触摸屏支持其中的DP协议。富士触摸屏具有很强的兼容性，可以与近30个厂家的PLC通讯，兼容性极强，而且还可以和计算机通讯（开放式通讯协议）。
通过接口单元、UG031-P通讯卡及总线的连接，UG触摸屏可以作为从站和作为主站的西门子的S7-300或S7-400系列的PLC通信（网络结构示意见图一）。
图一：PROFIBUS-DP的网络结构
1 系统结构
本文的背景为某食品加工厂某控制系统包括原料混料线、薯饼生产线、包装线等构成的主线系统，以及蒸汽锅炉系统、水系统、压缩空气系统、照明系统、通风系统和消防系统等构成的辅助系统。各系统位置比较分散，控制点较多，其中包括140多台电机，29台变频器，15个温湿度控制点。
由于系统比较复杂，控制采取分层控制策略，由两台上位机完成工厂级的监控及数据管理功能，触摸屏和PLC完成现场级的控制，采用Profibus现场总线的方式进行通讯。上位机留有接口，可连接局域网和广域网，以利于进一步的开发。其中数字输入点有900多点，数字输出有400多点，模拟量输入20个。
下面以这个食品加工厂为例，组成一个集中控制系统，系统结构如图二所示。
其中PLC（1）用于主系统，PLC（2）用于辅助系统。辅助系统的组成与主系统相似，因此图中省略了其构成。PLC选用S7-300系列的CPU315-2DP和S7-200系列的CPU226，PID模块为FM355C，通讯模块为CP342-5，扩展模块为IM153-1，I/O模块则使用到：数字输入模块选SM321、数字输出为SM322、模拟量输入为SM331。上位机选用西门子的工控机，它内置了PCI接口的CP5611卡用于与PLC通讯。
选用S7-300系列的CPU315-2DP是为了能进行扩展I/O模块以满足控制点数的要求，而用于扩展的IM模块的选型则是依据IM模块与中央控制器CPU315-2DP的距离。
由于所有的I/O模块均放在同一组控制柜里，因此选用了通讯距离在5米范围内的IM153-1[1]。当IM模块与中央控制器的距离较远时可以选择通讯范围为100米的型号的IM模块。
触摸屏选用富士UG420H-SC1，10.4英寸、128色STN显示，基于bbbbbbs95/98/NT操作平台下的专用组态软件，界面友好直观，易学易用，大大节省产品开发周期。编程软件中备有大量的图形库（开关、灯、棒图等）供选择，还可以根据用户需求编辑所需要的工艺图形，能够转换BMP文件和AUTOCAD中的DXF文件。
图二： 控系统硬件组成及结构
2 触摸屏的通讯设置及界面设计
在硬件连接完成后，需要在组态软件中指定系统的硬件配置以及设置一些通信参数等等。首先制定所使用的触摸屏的类型，这里选择默认的UG420（640＊480 10.4inches）;下一步指定和触摸屏通讯的PLC类型及型号，这里选SIEMENS S7-PROFIBUS;后一步指定系统参数，首先是读区和写区，读区是指作为从PLC读入数据的缓冲，如果系统中需要显示趋势图的话那么读区应当设大一些，一般设1000个字就可以了，写区用于显示存储屏幕的状态、页码、画面层叠以及报警状态等等。另外在对话框No.of Word Setting for I/O中需要指出触摸屏的MPI地址，以及传输的帧长度，MPI地址在PLC的硬件组态里已经定义好了，两者必须一致，否则会出现通信错误。另外帧长度为32字节;奇偶校验为奇校验;数据长度8位;停止位1位;通讯方式RS-485。
UG00S-CW具有非常完善而强大的组态功能，在开发组态的时候，开发者可以不去考虑通信协议的问题，因为富士公司已经将这一切的技术细节都屏蔽掉了，它具有智能的寻址功能。在建立一个按钮时，这个按钮在PLC中的预先有定义（在西门子PLC中，无论是数字量还是模拟量的定义都是在DB块中）。假设这个按钮的地址是DB2.DBX2.0（它的含义是第2个DB块中第2个字节的第0位），触摸屏中按钮的地址应表示为DB2：2-0。我们可以看到，除了地址的书写方式有所不同以外，你几乎无需作其他的工作，你无需去定义变量、更无需去理会通信的帧结构等等。
对于模拟量同样如此，只不过在模拟量中你需要指出模拟量所占的字节个数，其他的同数字量一样简单。
可以说，UG00S-CW在处理基本的模拟数字量的时候非常简单、方便，但是在处理一些较为复杂的情况时却遇到了意想不到的问题。在这个食品生产线的集中控制系统，其中就涉及到富士触摸屏和西门子PLC中的通信格式的兼容问题。
系统中有些PID控制的模拟量需要用趋势图来显示，UG00S-CW中显示趋势图并不复杂，首先点一下趋势图的图标，在弹出的对话框中选择趋势图的类型，然后选择每条曲线对应的地址即可。但是在联机调试时却总是出现comunication error（通信错误）信息，经过排查发现问题出在趋势图上，如果将趋势图从程序中去掉，则一切正常，后来我就尝试先将西门子PLC中的对应的模拟量数据读入触摸屏的缓冲（即内部存储区），然后将趋势图每条曲线的地址改为对应的内部地址。经过联机调试，发现不再出现comunication error信息，但是趋势图的曲线的显示却极不正常。经过观察，发现除了当模拟量的值为零时曲线显示正常，而为非零时曲线则指向无穷大。这个问题曾让笔者百思不得其解，后来终于想到有可能是西门子PLC和富士触摸屏在存储格式上可能会不兼容。原来富士触摸屏中趋势图中的模拟量一般都是双字（4字节），它从西门子PLC读取的顺序是将字读为高字，第二个字读为低字，而西门子PLC中模拟量的存储为先存低字再存高字，这样富士触摸屏从西门子PLC中读入的数据刚好都是高低字颠倒的。因为一般模拟量的值都比较小，所以高字都为零，这样相当于将原来的值乘了一个2的16次方的数，远远超过了模拟量的上限，所以才出现了以上情况。
为了解决以上问题，需要将PLC中的数据读入，然后依次高低字颠倒，然后再将趋势图的曲线地址指向存储修正数据的内部地址即可。为了完成这个功能，需要用到UG00S-CW的宏指令，富士UG00S-CW平台提供了丰富的宏命令集，
主要有以下几类：
屏幕类，当打开一个界面时可执行的OPEN macro，当关闭一个界面时可执行的 CLOSE macro，当打开一个界面后不断循环执行直到这个界面关闭为止时停止的 CYCLE macro。
按钮类，当按下一个按钮时可执行的 ON macro和当松开一个按钮时可执行的 OFF macro。
宏模式，即宏指令程序段受某一个比特位的控制，当这一位为1时执行，为0时停止，这个比特位可以是PLC中的地址，也可以是触摸屏的内部地址。
富士UG00S-CW的宏命令集和汇编语言非常相似，不过此外还增加了许多系统命令功能和辅助功能，使得开发程序更加方便快捷。触摸屏中的存储格式是字，地址用$u来表示，例如$u1000就表示第1000个字，$u1000-14就表示第1000个字的第14位，触摸屏中没有用来表示字节的地址表示方式。在这个食品生产线上有多个PID控制回路，每个回路对应一个趋势图，以个回路为例，它占用Buffer1（多有12个Buffer可供使用）趋势图有三条曲线PV、SP、OP，它们所对应的PLC地址分别为DB10：DBD0，DB10：DBD4， DB10：DBD8，然后将调整后的地址存入定为$u500～$u505，程序段如下：
/＊首先将模拟量读入触摸屏内部，使用块赋值BMOV指令，即将DB10：DBD0～ DB10： DBD8赋值到$u500～$u505＊/
$u500=DB0010：0000 C：12（BMOV）
//下面将各个量的高字和低字颠倒
$u600=$u500 （W）
$u500=$u501 （W）
$u501=$u600 （W）
$u602=$u502 （W）
$u502=$u503 （W）
$u503=$u602 （W）
$u604=$u504 （W）
$u500=$u505 （W）
$u505=$u604 （W）
然后将此程序段拷贝到每一屏幕的CYCLE macro中，然后将buffer地址初始地址指向$500，抽样模式定为：Constant Sample，曲线条数（即No. of Word）定为3条，存储长度为500，其他的设置为默认值，趋势图中对应三条曲线的地址改为$u500,$u502,$u504，这样才能保证触摸屏中的数据和PLC中的数据同步更新。将程序下载到触摸屏，经过联机测试，一切正常。
3 结束语
富士触摸屏以及西门子PLC由于其产品具有很高的稳定性，而且在软件开发上非常高效快捷，因此在工控方面，两者相结合是一个很不错的选择，能够充分发挥两者的优点。但是由于两者毕竟不是同一厂商，所以难免会在某些细节的兼容性上会有纰漏，这是我们在设计工控系统时特别要注意的地方，硬件漏洞软件补是IT界永恒不变的方法，在开发商还没有使他们的产品尽善尽美之前，我们应当运用我们自己的智慧来完善我们的系统。
本文介绍了柔性生产线系统的结构和各单元的功能，实训的要点。对Fieldbus组成网络结构和
控制重点的信息分布图进行阐述。该实训教学设备即有教学性、真实性、多功能性、和工程实用性。、
Abstract: This text introduced Flexible Automatic Production Linessystem's construction with the important point of the function,
关键词；柔性制造单元；现场总线；信息分布图；
Key words:FMC；Fieldbus;inbbbbation distributing pian
制造柔性化是指制造企业对市场多样化需求和外界环境变化的快速动态响应能力，也就是制造系统快速、经济生产出新的产品能力。其定义为；柔性制造系统是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速调整，适用于变化快、中小批量生产。美国制造工程师协会等定义“使用计算机、柔性加工单元FMC和集成物料储运装置完成工件的一种集成制造系统。”
柔性加工是基于数控、计算机控制系统、自动化制造系统而组成先进系统。柔性加工单元比若干单台数控机床有更显著的经济效益；在加工和配套方面柔性加工单元FMC比加工中心MC效率高出近10倍；加工时间高出1/3；投资节省17.34％;节省人员17.33％；利润高达进90倍（1）等。
基于Fieldbus的柔性生产线的开发是将计算机、PLC、变频器、传感器、步进电机、伺服电机、Fieldbus（现场总线）、气动元件等。组成一套具有；环行生产线，五个工位的柔性生产线。能完成电气控制、信息检测、步进传动、气动加工和仓储码放等功能，还可根据需要进行扩展，从而使实训教学集成化现场化。
一、系统的组成
柔性生产线系统的组成，以环行传送生产线为中心将原料供应、气动加工、组装加工、检测单元、仓储码放，五个柔性加工单元FMC。如图1
每个加工单元都自成系统；有控制台、计算机、PLC、对步进电机和气缸进性控制。在控制台上都画出加工单元的控制信息图，标识出信息点的位置、功能、信息类型等，以便了解控制之间的相互关系，使学习者对本单元能直观了解控制要求和连接控制线路。
1． 信息图的作用
每个单元控制对象不同，控制方式不同。因此信息图也是不同的。信息图是将控制功能、
控制动作用图画及控制点进行标注。同时将单元与控制相关的位与点标明，使学习者明确控制的要求便于编写程序。（图2）
2． 单元之间的控制信息联接
柔性生产线系统由两台变速电机和两台同步电机组成的环行传送生产线。在传送生产线上有运送工件的小车，各个加工单元的定位由传感器检测，当检测到小车后。由电磁开关和定位气缸将运送工件的小车定位后由本单元的机械手将小车上的工件取下送到加工的工位。当本单元完成加工任务后再送回到小车，定位的电磁开关、定位气缸复位，完成本单元的加工任务由生产线送到下一个单元。
3． 现场总线结构Fieldbus
柔性生产线各单元控制单元是由有控制台、计算机、FX2N-32MT的PLC组成。它们之间由CC—bbbb现场总线，FX2N-16CCL-M(2) 为主站通信模块、FX2N-32CCL-M(2) 为从站通信模块、CC-bbbb专用电缆(2)将一个主站与四个从站的FMC单元组成网络，实现柔性生产线PLC对PLC通信。
二、各单元的特性
柔性生产线各单元的设计是根据加工零件的整套工艺而设计的。各单元可以独立加工，又可根据加工零件的要求进行组和。因此，各单元都有其特点的，在设计电气控制时认清其特点就易于掌握。
1． 供料单元FMC
供料单元见（图2）有两台步进电机与步进电机驱动器、一个PLC、四个气缸、一个机械手、两个传感器、一个电源模块。完成的功能；将工件由料仓送到转盘，转盘转动一定的角度后，将钢珠送到工件上，转盘再转到机械手的下方，由机械手将工件抓起运到生产线上的小车，送到下一工序。
本单元的特点由PLC作为主控，控制的重点有；A.有两个定位；一个是转盘的定位，有三次定位，料仓送到转盘后、第二次转盘转到钢珠工位、后转到机械手下。另一个是小车的定位。B.驱动和检测，步进电机传动的角度与步进电机运行的速度和精度的控制和传感器的检测。C.气缸控制，机械手抓工件、上下运动、定位都是由气缸完成的。
2. 气动加工单元FMC
本单元有一台步进电机与步进电机驱动器、一个PLC、三个气缸、一个机械手、两个传感器、一个电源模块。完成的功能；将生产线上小车的工件抓起运到工作台上，再由气缸送到气动冲压工位下加工，冲压后的工件由机械手运送到传感器处进行检测，当钢珠压进工件后，将工件送回生产线上的小车。
气动加工的特点；对工件的气动冲压与传感器的检测。都是三维动作控制、与传感器检测信号的判断。
3. 组装单元FMC
组装单元的控制，有两台步进电机与步进电机驱动器、一个PLC、四个气缸、两个传感器、一个电源模块。完成的功能；将料仓工件盒抓取到工作台上，第二步将生产线上的小车装的工件抓取放到工件盒中，第三步将另一个料仓的工件上盖抓取到放在盒上，完成组装后把组装后的盒再放回生产线上的小车。
组装的特点；定位、检测信号的判断、步进电机的控制。
4. 检测单元FMC
检测单元；有两台步进电机与步进电机驱动器、一台伺服电机与伺服驱动器、一个定位模块、一个PLC、一个气缸、一个机械手、两个传感器、一个电源模块。完成的功能，将生产线上的小车装的工件，抓取到检测传感器上方进行检测，不合格的放到废品台上，合格的放到回小车，送到下一工序。
检测单元的特点；X、Y方向的动作都由步进电机驱动器，Z轴由伺服电机驱动，定位检测的控制精度。
5．存储单元FMC
本存储单元；有一台步进电机与步进电机驱动器、一个变速电机、一个变频器、一个PLC、一个气缸、一个机械手、一个电源模块。完成的功能，将生产线上的小车装的工件，抓取送到仓库的货架排放整齐。
存储单元的特点；按货架的层次和排序，整齐放好工件。
6．环形生产线
有两台变速电机、两台变频器、两台步进电机。完成生产流水运输线，使小车循环运行。
三、柔性生产线系统实训的功能
该系统是一套实训教学系统的设备它涉及到，电力拖动、PLC、变频器、传感器、现场总线、步进电机、伺服电机、气动控制技术、和机械传动技术等多项技术的综合。为学生提供了课程设计、毕业设计、技能的提高。
1． 程序设计PLC
在PLC学习中按程序直接控制设备运动，观查程序的可靠性，提高编程的技能。
（1）编程驱动步进电机、伺服电机的程序，按驱动的速度和变速的要求,进行一维、两维、三维的时
和实时控制。
（2）PLC与PLC之间的通信，PLC与变频器之间的通信程序设计。
2．网络实训的功能
该系统可以进行CC—bbbb网络实训，通过主站模块与远程网络模块实现CC—bbbb网络之间的通信；还可通过变频器通信模块、传感器通信模块等实现PLC与变频器、传感器等的CC—bbbb通信。
用RS485进行网络实训。系统可以通过FX2N—485—BD（3）模块，实现PLC与PLC之间1：1和1：N的网络通信，也可实现PLC与变频器之间的485网络通信。
3．实训操作台
实训操作台包括了各种控制电器、信息分布图、信号源及输出信号端子等（图1）。能使学生较快的掌握系统控制点的布局，能很方便地进行控制联接、编程、调试的操作。
控制电器有计算机、FX2N-32MT的PLC、FX2N-16CCL-M通信模块、RS485—BD模块、变频器等。
信息分布图是与实物是对应的信息点分布图，信息分布图标出信息点的位置、功能、相互关系、信息类型，可使学生对该装置的机械结构、控制元件的分布、元件的作用和联接方式有较为直观、形象、全面的了解，更有效地提高学习效率。
4．实训的功能
该系统是在实践教学中具有创新思想下研制的教学系统，是培养学生综合能力的设备。通过在本系统上的实训，使学生能将所学的相关知识和技能应用到实际上可以与企业进行直接对接。具有工程上设备的特点、又有教学的特点。是具有真实性、直观性、多功能的教学设备。
(1) 该系统汇集了多相先进技术，能完成几十个实训项目。
(2) 具有工程设备的特点，是高水平的实训教学设备，操作方便，使用安全，维护简便，可靠性高等
特点。
（3）系统采用CC—bbbb网络组成系统，具有较好的人机界面，可以方便的进行现场和远程的监控。
结束语；本系统参了2006年国际高新成果技术交易会。受到与会的专家的认同和赞赏，同时对企业
的技术改造有一定的借鉴。本系统已作为新型的教学设备推向市场，已有同行认可，取得较好的市场定单。
1 引言
灌肠机项目属于食品机械的控制系统。系统包括触摸屏、可编程控制器、伺服等。灌肠机的主要功能是把肠料jingque定量的灌注到肠衣中，然后按要求进行绕肠。整个设备控制的主要要求是要灌注准确。由于肠料里有混入的气泡，暂时又没有办法去除，所以设备后是通过设定偏差值的方法来修正偏差的，但是由于机械机构的配合问题，在调试时经过多次软件和硬件的改进后达到了要求，达到了使用要求。
2 系统设计
2.1工艺控制原理设计
项目属于机械设备的系统，要求精度较高，工艺过程相对复杂。主要要求如下：通过设定不同档次的肠料，可以加工3种规格的产品；要求实际偏差不得超过±5g；要求可设定手动和自动连续运行；要求伺服的速度能够连续调整；偏差微调功能，并且显示微调值；
设备工作示意参见图1。触摸屏主要是用来显示和控制、设定重量、采集数据显示微调、记录产量等；PLC主要是采集数据并计算，控制伺服电机和旋转电机的动作；伺服电机的作用是用来使旋转送料器准确定量。
（1）系统的功能要求：可以设定伺服转速，以便可以调节产品的加工速度；可以设定输出量，来控制生产产品的规格；设定扭转电机的圈数；具有偏差微调功能，并且显示微调值；根据不同的肠料设定加工不同档次的香肠；能实现连续运行和点动的功能。
（2）技术关键。在以上的功能中重要的功能实现就是不同的档次的香肠的控制，这也是难的部分，因为不同的档次的香肠的肠料是不同的，不同的肠料的比重是不同的，所以设备要输出相同重量的产品旋转送料器所转的圈数是不同的，通过对不同的肠料进行做试验，统计不同的肠料对应的伺服的转数，通过几轮的试验终得到了工艺所需要的定量数据，同时还通过试验找到了概略的计量误差修正数据。 
图1 设备工作示意
2.2 系统组成
系统规模：6个数字量输入；3个数字量输出；1个伺服控制。
控制系统配置：触摸屏：DOPA57GSTD；PLC：DVP12SC11T；伺服：ASD-A021LA；位置检测：接近开关。
2.3软件构架
系统的软件共分两部分：HMI部分，PLC部分。
（1）HMI部分主要构架：主页；控制画面；参数设置画面。
（2）PLC部分主要构架：伺服速度设定；运行方式控制；不同产品工艺数据的区分。
2.4系统调试
调试步骤及注意事项包括：通过反复的试验得到试验值：确定了三种档次的产品单位重量所需要的脉冲数；通过反复试验得到偏差值的大概范围；调试的中需要注意灌肠的速度，因为不同的速度有可能有不同量的空气进入影响肠的重量的准确度；
3 结束语
系统中使用了台达的SC系列PLC来控制台达伺服系统，达到了使用要求。项目使用台达系列化机电产品，系统集成性能体现出单一自动化平台总体成本优化的效益优势。
