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北京綠創(chuàng)生態(tài)科技有限公司關(guān)沖

摘要：本文講述了啤酒灌裝線中卸箱機(jī)電氣控制系統(tǒng)由S5升級(jí)為S7的思路及方法，描述了硬件升級(jí)的對(duì)應(yīng)模塊、編程過程中的難點(diǎn)語句的處理方法、AS-i總線的尋址方法以及格雷碼的轉(zhuǎn)換語句思路和程序。

關(guān)鍵詞：西門子S5和S7、PLC、AS-i總線及格雷碼

我公司于98年購進(jìn)一條3.2萬瓶/小時(shí)啤酒灌裝線，是由德國KRONES公司生產(chǎn)，這條灌裝線的卸箱機(jī)生產(chǎn)能力為3.6萬瓶/小時(shí)，十多年來一直運(yùn)行良好，卸箱機(jī)的控制系統(tǒng)是采用西門子S5-115U系列PLC進(jìn)行控制，控制穩(wěn)定可靠，去年5月PLC出現(xiàn)故障停止生產(chǎn)。

一、卸箱機(jī)的功能與結(jié)構(gòu)

該卸箱機(jī)由輸瓶裝置、輸箱裝置、抓瓶裝置、雙四連桿機(jī)構(gòu)、機(jī)架、氣動(dòng)裝置、電氣控制系統(tǒng)等部分組成。當(dāng)裝滿啤酒瓶子的塑料箱子從輸箱帶走過時(shí)止箱汽缸上升止住箱子，分箱汽缸帶動(dòng)分箱架子將箱子分開，使得每個(gè)瓶子正對(duì)一個(gè)抓瓶裝置，同時(shí)抓瓶裝置下落到瓶子上，抓瓶汽缸動(dòng)作，將瓶子抓住，接著抓瓶裝置上升將瓶子放到輸瓶臺(tái)上，空箱放走，裝滿瓶子的箱子再過來，這樣往復(fù)運(yùn)動(dòng)。每次卸箱6個(gè)，每箱裝瓶子24個(gè)，所以動(dòng)作一次卸瓶子144個(gè)。

機(jī)械部分較簡單，每年更換易損件，運(yùn)行良好；其電氣部分主要由兩臺(tái)同步電機(jī)帶動(dòng)雙四連桿機(jī)構(gòu)，為確保兩臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行，在電機(jī)上安裝了編碼器，PLC隨時(shí)讀取其數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，自動(dòng)調(diào)整，確保兩臺(tái)電機(jī)同步；止箱、分箱、及每個(gè)汽缸均根據(jù)編碼器的數(shù)值動(dòng)作，所以編碼器的數(shù)值至關(guān)重要。

二、改造思路與過程

故障原因是PLC損壞，為了給以后其他設(shè)備改造打基礎(chǔ)和節(jié)省資金，公司決定對(duì)這臺(tái)卸箱機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，將控制系統(tǒng)升級(jí)為S7-300控制系統(tǒng)。升級(jí)分為硬件和軟件升級(jí)兩部分。

硬件的升級(jí)改造

其硬件由電源模塊、CPU主模塊、AS—i通訊模塊及數(shù)字量輸入輸出模塊，其更新升級(jí)替代模塊如表一所示

表一

2、軟件的升級(jí)改造

S5系列的PLC是西門子早期生產(chǎn)，它的編程軟件是在MS-doc系統(tǒng)下運(yùn)行，和現(xiàn)在的S7-200、300的語句截然不同，不能直接相互轉(zhuǎn)換，這就給改造帶來非常大的困難，并且S5語句不易懂，熟悉它的工程師較少。經(jīng)過總結(jié)我認(rèn)為難點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

第一、塊的處理。S5程序由組織塊BO、功能塊PC、數(shù)據(jù)塊DB和程序塊PB組成,這些塊所起作用不同，編程方法也不相同，源程序共有20個(gè)塊，我的思路就是必須看懂原有的S5程序，熟悉每個(gè)塊的功能和性質(zhì)以及使用方法，清楚塊與塊之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，所起作用，將其一句句轉(zhuǎn)變?yōu)镾7的程序；編寫完成后，其中S5和S7組織塊相似，變動(dòng)較少，將S5的功能塊變成S7的子程序塊，S5的程序塊依然變成S7的程序塊可。

第二、語句的處理。對(duì)于S7和S5語句相同功能相同的只要照抄即可;還有語句相似功能相同,如S5中LPY13是讀第13個(gè)字節(jié)的數(shù)值，在S7中器語句是，LIB13，基本相似，只要從其功能出發(fā)，確保功能相同即可，再比如調(diào)用數(shù)據(jù)塊22，S5用OPENDB22，S7用CDB22表不同；另外在S5中數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)是雙字，在S7中數(shù)據(jù)塊中數(shù)據(jù)是單字，所以對(duì)應(yīng)到7中是DBW0、DBW2、DBW4、DBW6，即是偶數(shù)的形式，與S5不同；有的語句在S5中有而在S7中沒有，就需要搞清楚其功能，用S7中組合語句將其替代，比如S5有語句DOFW120SLW0，在S7的語句表中就沒有這個(gè)語句，需要通過轉(zhuǎn)換，在表二中，帶下劃線的就是他們之間巧妙的轉(zhuǎn)換，其他語句也能相互轉(zhuǎn)換。

表二：

第三、尋找AS-i總線地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。AS-i總線在歐洲也叫省線模式，由CP2430控制兩路總線(分別為MasterA和MasterB)，它的難點(diǎn)是總線地址不便于理解，通過認(rèn)真讀源程序及現(xiàn)場器件的地址比較找出規(guī)律及相互對(duì)應(yīng)的順序，每路總線帶31個(gè)站，每個(gè)站帶四位地址，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖表三所示，在表三中只要起始地址64.0固定，其余依次地址排列，31個(gè)站點(diǎn)一直排到79.7，在編程時(shí)要特別注意地址的順序，和使用的地址，另外0#站點(diǎn)的四位不能使用；同時(shí)在STEP7編程時(shí)與之地址相互對(duì)應(yīng)，總線控制的地址難點(diǎn)迎刃而解了，同時(shí)編程問題也就變得簡單了，將STEP7中默認(rèn)地址進(jìn)行修改，只需將起始地址修改即可。

第四、數(shù)值的轉(zhuǎn)換。這臺(tái)卸箱機(jī)主軸是由兩臺(tái)同步電機(jī)帶減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，為使兩臺(tái)減速機(jī)同步，減速機(jī)上安裝了絕對(duì)值編碼器，當(dāng)兩個(gè)編碼器差值超過一定數(shù)值時(shí)，說明主軸有故障，必須停機(jī)校正；這兩臺(tái)編碼器是格雷碼編碼器，格雷碼是一種無權(quán)碼，采用絕對(duì)編碼方式，典型的格雷碼是一種具有反射特性和循環(huán)特性，格雷碼必須變換成二進(jìn)制碼，然后變換成十進(jìn)制碼進(jìn)行比對(duì)，二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制容易，二進(jìn)制格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進(jìn)制碼,其法則是保留格雷碼的最高位作為自然二進(jìn)制碼的最高位，而次高位自然二進(jìn)制碼為高位自然二進(jìn)制碼與次高位格雷碼相異或，而自然二進(jìn)制碼的其余各位與次高位自然二進(jìn)制碼的求法相類似，為了便于理解我選用雙字1011010011111101為例，進(jìn)行轉(zhuǎn)換其步驟如表四所示，轉(zhuǎn)換結(jié)果為1101100010101101。

其程序轉(zhuǎn)換對(duì)照如表五所示，在S7語句中從輸入字節(jié)PIB12和PIB13中讀取的數(shù)值，存放到數(shù)據(jù)字DBW中，通過移位、異或得到二進(jìn)制數(shù)，將其存放到DB22中。

表五

三、改造時(shí)間及效果

1、改造的具體時(shí)間

公司于5月20日決定采用升級(jí)改造的方法，從21日我們開始聯(lián)系西門子公司，采購S7-300系列的PLC卡件，并著手編寫程序，6月1日安裝了PLC卡件并開始接線、調(diào)試，期間部分程序進(jìn)行了反復(fù)的修改，最終于6月10日成功交付車間使用，本次改造時(shí)間20天。

2、改造效果

在卸箱機(jī)性能方面：采納了一些操作人員的建議升級(jí)改造后的卸箱機(jī)功能更實(shí)用，更便于操作，減少了中間停機(jī)時(shí)間；在備件管理上，由于運(yùn)用了S7-300的控制系統(tǒng)，西門子S7-300系列的卡件市面非常多，經(jīng)計(jì)算原來S5需要12萬的備件，現(xiàn)在只需1.8萬元，有利于備件管理；在節(jié)約資金方面：這次升級(jí)改造比更換S5器件節(jié)約資金8萬元。