衢州西门子S7-300代理商

前言：数控系统按其控制方式划分有点位控制系统、直线控制系统、连续控制系统。在机械加工时，数控系统的点位控制一般用在孔加工机床上（例如钻孔、铰孔、镗孔的机床），其特点是，机床移动部件能实现由一个位置到另一个位置的jingque移动，即准确控制移动部件的终点位置，但并不考虑其运动轨迹。实现数控系统点位控制的通常方法可以有：

    1、采用全功能的数控装置。这种装置功能十分完善，但其价格却很昂贵，而且许多功能对点位控制来说是多余的；2、采用单片机控制。这种方法除了要进行软件开发外，还要设计硬件电路、接口电路、驱动电路，特别是要考虑工业现场中的抗干扰问题。3、采用可编程逻辑控制器控制。

    由于可编程控制器（PLC）是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机，具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小等显著优点，是实现机电一体化的理想控制装置。

    PLC（Programmable Logical Controller）通常称为可编程逻辑控制器，是一种以微处理器为基础，综合了现代计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，由于它拥有体积小，功能强、程序设计简单、维护方便等优点，特别是它适应恶劣工业环境的能力和它的高可靠性，使它的应用越来越广泛，已经被称为现代工业的三大支柱（即PLC、机器人和CAD/CAM）之一。

    人机界面是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化的多功能显示屏幕。随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面由熟练的操作人员才能操作，而且操作困难，无法提高工作效率。但是使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制器所需的I/O点数，降低生产的成本。同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。

    步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

    1、控制系统的结构：系统的结构框图如下图1所示，整套电器系统由三部分组成:（1）操作部分（人机界面）:用于操作、设置机床运行状况、故障报警;（2）控制部分PLC）:主要控制机床的定位;（3）执行部分（步机电机及步机电机驱动器）。

图1系统的结构框图

    2、硬件的选择：1）、人机界面的选择的原则：现在市场上的人机界面基本上都能实现以下功能：指示灯（PLCI/O显示、内部节点显示、多段指示灯等）；开关（位状态型开关、多段开关、切换窗口开关等）；各种动态图表（棒图、仪表、移动元件、趋势图等）；数据显示（数值显示、ASCII显示、文字显示等）；数据输入（数值输入、ASCII输入、文字输入等）；异常报警（报警显示、跑马灯显示、事件显示等）；静态显示（直线、圆、矩形、文字等）基于在性价比方面的特点，在本机床作者选择了台湾威纶通的MT506T/C。

    2）|、PLC选择的原则：在PLC选型是时主要是根据所需功能和容量进行选择，并考虑维护的方便性，备件的通用性，是否易于扩展，有无特殊功能要求等。（1）、PLC输入/输出点确定：I/O点数选择时要留出适当余量；（2）、PLC存储容量：系统有模拟量信号存在或进行大量数据处理时容量应选择大些；（3）、输出继电器类型一定是晶体管。

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:系统采用DOP作为人机界面，S7 300-PLC完成过程控制，程控制程序对过程变量实时采集、数字整定、优化控制对象、实施在线控制、应用系统功能块完成洗梗水温恒温控制，保证洗梗机控制系统可靠工作。
关键词：人机界面，PLC，洗梗，过程控制
在烟草制品中，除烟叶可以加工烟丝外，加工过程中产生大量烟梗也可以利用，烟梗加工过程中需要去杂质，恢复柔韧性，才能利于烟梗切片加工，处理过程就需要烟梗回潮。水槽式烟梗回潮机是梗处理线上的一台主要设备，它利用循环恒水温介质将烟梗进行净化处理。设备主要由洗梗箱体、管路系统、输送网带和水分控制四部分。整个水分过程控制主要由水温、烟梗水中停留时间、压缩空气吹水量来控制水分达到工艺要求。
根据设备工作的需要，我们设计基于DOP人机界面的PLC洗梗机控制系统必须保证洗梗机水份达到工艺要求，本系统DOP人机界面作为触摸显示屏，采用S7-300 PLC作为控制主机，组成控制系统，构成系统可以完成水温的模拟量闭环控制，水位的数字量闭环控制，循环水流速度可调节开环控制，上下游水位的联锁控制。系统工作稳定控制精度高，满足系统工艺要求。
1 控制系统的硬件组成
洗梗机硬件系统主要由四部分组成，部分是人机界面，系统选用中达电通公司的DOP—AE80THTD触摸屏，AE80触摸屏有65536色，32位RISC微处理器，32M存储器，512K断电保持，USB编程。有3个串行通讯口，RS232/RS422/RS485三种通讯接口可供选择，考虑我们用S7-312C直接通讯，我们用RS485接口，触摸屏完成系统显示和控制以及系统控制参数调整，温度变化趋势图、故障报警等任务。第二部分过程控制部分的PLC由S7-312-5BOO-OABO完成，它有1O个数字量输入，个数字量输出，可以满足本系统的数字量需要，除CPU312C外需要通过硬件组态配置一个模拟量输入模块6ES7331-7KFO2-OABO，它是8路12bit拟量A/D转换模块，12位控制精度可以满足本系统要求，8路输入可以可以配置成3路温度铂电阻PT100输入,0～10V电压输入供变频器输入速度信号，经转化量显示水流速度。一个模拟量输出模块6ES7332-5HB01-OABO,它是4路12位模拟输出模块系统一路输出4～20mA控制气动薄膜调节阀，通过阀门开度控制水箱温度恒定。第三部分是系统输入检测器，数字量输入完成基本起停联锁以及水位控制。模拟量输入温度检测，由pTl00传感器完成3路温度信号检测，供水箱温度闭环控制。一路电压输入，输入变频器输出频率，经系统转化为数字信号供触摸屏显示水流速度。第四部分是执行器，主要控制系统上下游联锁输出信号，水流变频器起停。加水电磁阀控制水位，入水加温电磁阀控制入水温度。保温气动薄膜调节阀，完成水箱温度的恒温控制。具体组成见图1。



2 DOP触摸屏与西门子PLC通讯
西门子S7-312C PLC通讯口只有MPI接口，不具有标准的RS232和RS485接口，通常触摸屏只连接西门子自己的触摸屏，用自己的MPI接口，但西门子触摸屏价格较高，有时考系统性价比，选用其它品牌，这样通讯协议设定就需要多一些技术，通常采用西门子公司PC-MPI转接电缆连接，这样简单可靠但成本较高，硬件安装多个转换盒，安装不方便。本系统采用直接连接，协议设定就尤其重要，具体设置过程如下：首先通讯速率：19200，8,EVEN,1.（RS485）；然后PLC站号：后是控制区/状态区：DBWO/DBW20。需要注意事项的有此驱动只能用于1台DOP人机界面连1台PLC；PLC通讯速率需改为19200，（8,EVEN,1.）；不可使用2个通讯口都用；DOP站号需设为O～15，若超过此范围，则通讯协议自动改为15；没有接连接电缆时，DOP人机界面约5s后，会显示Error message。若接上连接电缆时，DOP人机界面需重新送电，才能连上通讯成功；送电后，因DOP需接受PLC通知后方可连上。故第1次联机所需时间较长，正常情况下，应在5s内连上；此协议为多段来回的通讯（1个命令需DOP HMI与PLC通讯多次，方可完成）。故通讯速度较一般控制器慢。但与S7-300使用PC adapter速度基本相同。具体DOP触摸屏与PLC硬件接线如图2。



3 模拟量模块的设计
3.1 模拟量模块的设置
在洗梗机水分控制部分中，选用SM331，模拟量输入模块是将模拟信号转换为CPU内部处理用的数字信号，其主要组成是A/D转换器。一般模拟由变送器输出标准直流电压、直流电流信号。SM331可以直接连接不带变送器的温度传感器，这样不用温度变送器，不但节约硬件成本，而且减少故障点。但直接连接传感器需要对测量范围进行设置。S7331-7KFO2-OABO模拟量模块的输入类型用模块侧面的量程卡来设置。量程卡安装在模拟模块侧面，每2个通道一组，8个通道4个量程卡，当设定为温度时，2个通道为1路输入。供货时通常设置在默认的B位置（±10V）。需要设定3路温度检测，根据资料A为温度传感器输入。所以使用改锥，将量程卡从模拟量输入模块中松开，再将量程卡选好位置A指向模块标记点，插入量程卡。系统将3块量程卡设为A，第四块不变仍为B，这样完成3路温度、2路电压输入的量程卡设置。硬件设置完后要进行联机进入STEP7中硬件设置中选择模拟量量程，具体STEP7中模拟量输入模块量程设置如图3。



3.2 模拟值模块转换、循环和响应时间
转换时间由基本转换时问和模块的测试及监控处理时间组成。基本转换时间直接取决于模拟量输入模块的转换方法（积分方法，瞬时值转换）。模拟量输入通道的扫描时间，即模拟量输入值本次转换到下一次转换时所经历的时间，是指模拟量输入模块的所有激活模拟量输入通道的转换时间总和。模拟量输出通道的转换时间由两部分组成：数字量数值从CPU存储器传送到输出模块的时问和模拟量模块的数一模转换时间。模拟量输出通道也是顺序转换，即模拟量输出通道依次转换。扫描时间，即模拟量输出值本次转换到再次转换时所经历的时间，是指模拟量输出模块的所有激活的模拟量输出通道的转换时间总和，所以可以通过在STEP7中禁用所有没有使用的模拟量通道，来降低I/O扫描时间。
3.3 连接传感器至模拟量输入
根据测量方法的不同，我们可以将电压或电阻等不同类型的传感器连接到模拟量输入模块。为了减少电磁干扰，对于模拟信号应使用屏蔽双绞电缆，并且模拟信号电缆的屏蔽层应该两端接地。如果电缆两端存在电位差，将会在屏蔽层中产生等电势耦合电流，造成对模拟信号的干扰。在这种情况下，应该让电缆的屏蔽层一端接地。对于带隔离的模拟量输入模块，在CPU的M端和测量电路参考点MANA（一般是端子10和11）之间没有电气连接。如果参考电压UN和CPU的M端存在一个电位差UISO,必须选用隔离模拟输入模块。通过在MANA端子和CPU的M端子之间使用一根等电位连接导线，可以确保UISO不会超过允许值。如果使用的传感器是非隔离传感器，在输入通道的测量线M-和测量电路的参考点MAA之间会发生有限电位差UCM（共模电压）。为了防止超过允许值，在测量点之间必须使用等电势连接导线。
4 温度控制程序功能块设计
STEP7程序允许在线和离线编辑程序，首先创建OB1系统组织块，然后创建定时中断组织块OB35,在OB35中调用温度控制功能块FB58，调用FB58前提是在STEP7中安装标准库（Standard Library）,调用过程是打开OB35→点击View→点击Overview→点击右侧Library→点击Standard Librar→点击PID Control Blocks→点击FB58温度控制功能块，在输入参数时，输入背景数据库DB1。DB1作为OB35背景数据库，背景数据库中的数据结构是由系统自动生成，用户不能修改，必须按标准库中的数据格式要求输入数据，在背景数据库中还有一些系统控制参数设定，有些控制参数也可以在背景数据库中修改，打开背景数据库DB1,选择参数视图，就可以修改参数如：采样周期、PID参数、上下限、脉冲输出等。
在OB35中调用FB58功能，输入响应控制量、数字量及模拟量等，当参数输入完成，系统就可以运行程序。在程序调用LAD显示当中有十几个输入中可以选择必须的输入，有些必须输入，有些可以用系统默认值，在本系统启动后输出M6.0,启动FB58。设定值用变量SP＿INT是浮点数格式必需输入，通过触摸屏输人数据MW2,MW2转化成浮点数MD6中，MD6作为SP＿INT；过程变量输入用PV＿PER（外围过程控制变量）输入外围设备（I/O）格式过程变量，即用S7—331—7KF02模拟量输入模块的PIW258的数字值作为过程变量，如果将此数据转化为浮点数，即可输入PV＿IN，梯形图中程序PV＿IN和PV＿PER输入1个即可，输入PV＿PER即简单又减少转化控制程序的编写，在控制功能块中，一般常输入PV＿PER在功能块中将PV＿PER转化为浮点数PV＿IN，用设定值SP＿INT减去PV＿IN就是误差。在系统中参与PID控制。功能块还有手动功能，当外界条件不满足自动工作条件可以用手动控制工作，具体是将其中MAN＿ON设置为M1.O,当M1.0为1时，可以将设定触摸屏设定手动输出数据MD10,设定MAM为MD10中，LMN＿PER过程输出直接输出控制值。　
控制器有7个输出可以作为系统控制的控制输出和显示用输出，其中主要利用PV格式化过程变量，可以作为蒸气调节阀阀开度显示。LMN＿PER是I/O格式的控制量输出值，这里直接输出到PQW272，在模拟量输出端输出4～10mA控制气动薄膜调节阀。功能模块还有QLMN＿HLM、QLMN＿LLM上下限报警。这样功能块程序设计基本完成。温度控制功能块编程界面如图4。



5 结束语　
DOP人机界面美观大方、具有直观的图形化界面、操作简单、使用方便，把复杂生产线监控变得简单明了，大大减少了劳动强度，在洗梗机控制系统的生产实践表明，该系统各项功能满足生产需要，提高了生产效率。应用DOP人机界面完成的梗丝水温自动控制系统，从而保证梗丝的水份在合格范围内。

1 引言

　　随着自动化水平的日益提高，基于触摸屏技术的人机界面（HMI）技术应用日益深入到装备制造业的各个领域。同时，随着HMI的功能和配置升级，原来较为复杂的一些控制领域也得到应用，呈现触摸屏技术出特有的人性化友好和信息化人机工程优势。本文的把HMI应用到点胶机器人上的控制监控管理，就是典型的案例。

　　电路板表面贴装技术（SMT）工艺流程由丝印（或点胶）； 贴装 （固化）；回流焊接；清洗；检测等工艺环节组成。丝印或点胶工艺作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上，为元器件的焊接做准备。所用设备为丝印机（丝网印刷机），位于SMT生产线的前端。点胶是将胶水滴到PCB的的固定位置上，其主要作用是将元器件固定到PCB板上。所用设备为点胶机，位于SMT生产线的前端或检测设备的后面。因此关键工艺设备点胶机器人得到越来越广泛的应用。

2 系统分析

　　对于自动化点胶机器人来说，其主要动作有两种：一种是到达每一位置点后点胶一次，例如按键类的点胶处理，此种处理容易控制，仅仅需要点到点的点位控制即可；另一种则是实现轨迹运动的处理，如直线、圆弧、点线等。此种点胶要求比较高，必须确保点到点的插补联动要求。

　　点胶机工艺在人机交互的这个方面，应用较为多的是传统的按键操作配合LED显示，可操作性、扩展性比较差。自动化程度更高的是采用专用运动控制器的机器人方式。点胶机器人的成本较高，并且集成的运动控制器可开发性比较差。针对此种情况，项目使用人机界面作为人机交互的窗口，实现M型桌面机器人的控制器。台达DOP系列触摸屏人机界面以其丰富灵活的组态方式、功能强大的宏旨令能够很好的满足系统的要求。

3 系统设计

　　M型桌面机器人的控制器由三台伺服电机带动传动机构与胶枪进行X/Y/Z轴的点线运动来完成点胶工作。机器人的控制器是在运动板卡上采用VC++语言进行二次开发，集成了日本三菱A系列PLC的协议（此协议的集成是为了更好的匹配DOP人机界面）。由于采用了运动板卡，存贮介质一般选用为电子盘。但考虑到使用了人机界面，一些重要的数据、参数与工艺要求存贮在HMI中。

3.1 HMI功能设计

（1）实现50套工艺参数存储要求，包括单轴，多轴完成MOVE ARC LINE等参数的字符存贮。
（2）在人机界面上需要完成较为复杂的功能（目前很多人机界面做不到）包括：下拉列表的选择
；自由点选字符命令参数并记忆选择的参数；由选择到的参数组合成工艺。
（3）字符信息实时反馈机构的执行情况等。

3.2 下拉列表编程

以下拉列表的实现，可以达到如图1所示的效果。

　　通过对测箭头按键的点击来选择不同的编号工艺，而且只可以在一个画面操作，不可以用换画面来实现。同时，点击任意工艺内容，可以轻松的修改工艺。

　　由于DOP系列触摸屏组态软件中并没有这样的下拉列表组件。终用简易指示灯、切换子画面、数值显示、设常数值、指针并配合控制器程序实现，达到了通常只有桌面形计算机才能完成的功能。

3.3 自由点选命令编程

　　要将如图2所示的这些命令点选后组成工艺参数，然后下达给控制器。难点在于“数字”与“字符”的转换处理。这一难点的实现得益与DOP内部丰富的宏指令。

3.4 系统信息实时DOP显示

　　系统信息实时DOP显示难点在于要显示长字符串，长字符串中还要由“随时可变”的字符。这一技术要点的实现终靠*$指针来实现，“随时可变”的字符也用指针变量。单然，程序上还要做一些运算和处理来显示正确的信息。

　　以上介绍的只是程序上众多技巧的一部分，由于篇幅的关系和基于可以技术产权的关系，本文并不能详述更多。客户的技术人员特别聘请了韩国很有声望的工程师，这位工程师对于DOP强大的功能赞不绝口。

3.5 界面装饰

　　界面的装饰是常经常被自动化研发工程师忽视的一个问题。人机界面的使用不仅在操作的方便性上，同时也会显示更多的信息。界面的装饰对人的视觉感观影响很大，一个好的界面会对人产生强烈的冲击，所以一个好的人机界面程序一定包含美的视觉。本程序在美化界面方面做了很多工作，很多按键都是用图形软件精心处理过的。几幅程序美化的截图如图3所示。

4 结束语

　　现代机电装备人机界面技术和过去已经有很大不同，突出的表示就是功能的强大。某些领域完全可以替代“工控机”＋“组态软件”的惯用架构。台达DOP系列触摸屏性能在M型桌面机器人的控制器系统表现的灵活实用，无论是与台达机电产品和其它主流自动化产