基于S7-1500 PLC的多模式高位碼垛機控制系統

牟智剛,鄭 昊

（上海工程技術大學高等職業技術學院 (上海市高級技工學校),上海 200437）

0 引言

隨著通信、計算機和控制技術的發展，工業自動化發展的速度加快[1]。以往的人工碼垛產品的速度已無法滿足自動化的流水線需求。伴隨產生的自動碼垛機行業也如日中天的發展起來，但其碼垛的產品都比較單一，常見的如鹽類、大米、奶制品等等，往往都是一臺碼垛機只適用于碼垛一種物品。本文提出了一種基于S7-1500 PLC控制的多模式高位碼垛機，其優點在于碼垛產品不定，可碼垛層次及碼垛方案可設定。

1 控制器及變頻器

本控制系統運用的PLC選用較新型的S7-1516F，其與原有的PLC相比處理速度更快，網絡控制能力更強，安全性能更高，有效地提高了生產效率。從資源上來說1500系列PLC比S7-300的各項指標都高出很多，運算處理時間典型值為10ns一位操作指令，浮點數運算處理時間為64ns。通信方式上來說，本系統選用PROFINET通信，與以往的DP通信相比無論反應時間還是系統響應速度都有明顯的提升，最小循環時間為250μs。

系統的變頻器選用SINAMICSG120系列，用以控制爬坡輸送機，過度輸送機和升降電機的運行速度。變頻器的參數在自動模式下由PLC通過報文的方式來發送控制指令，在手動模式下也可以通過HMI和外部按鈕發送控制指令給PLC，再由PLC發送報文給變頻器，控制其工作。

2 控制方式與組態

本系統除了必要的電纜線以外，各設備之間的通信線用網線連接，用以確保通信速度和質量。控制方式的話主要有PC端控制、HMI觸摸屏現場控制、現場模擬量輸入、現場開關量輸入用以控制PLC，再由PLC輸出相應控制信息，控制從站以及變頻器等工作，控制方式如圖1所示。

PLC與HMI以及從站、電源模塊、交換機和變頻器之間通過PROFINET方式進行連接，如圖2所示。

3 控制過程

碼垛系統的控制方式主要可分為，手動控制和自動控制兩種模式。在自動控制模式運行前，必須進行多項檢測，若檢測狀態不合格，則程序會進行報警，需要進行手動調節至合適狀態，取消報警后才能進入自動模式自動運行。若在自動運行過程中出現意外狀況，導致系統不能正常工作，程序也會自動進入報警模式，馬上停止整個碼垛流水線，等待手動維護后再恢復運行。

若自動模式下運行程序檢測正常，即可選擇碼垛規格，現有的規格是常見的3*2和3*4*4兩種編組包裝方式（若要添加只需更改包裝程序即可），選擇好包裝模式啟動自動運行狀態，爬坡電機啟動，然后過渡電機啟動，然后程序根據碼垛規格和已碼垛的層數進行判斷包裝方式。以現有的3*2編組包裝為例，若是單數層則以圖3中的A方式進行編組，即前2包產品直接推送，后3包產品經由轉向機轉向90度后進行推送。若是雙數層則以圖3中B方式進行編組包裝，若以3*4*4編組包裝則參考圖4分為3層不同進行編組包裝。

每完成一層的編組包裝，分層電機開始工作，編組包裝好的產品進行碼垛，此時若碼垛層數未達到控制要求則升降機下降1層繼續碼垛，若碼垛層數達到最大碼垛高度或達到控制要求的層數，則升降機下降到底層，然后跺盤運輸機工作，運送碼垛好的貨物，接著托盤運輸機工作，更換新的碼垛托盤，升降機上升至初始位置，進行新的一次碼垛包裝，自動控制詳細流程如圖5所示。

4 控制面板與監控

本系統的控制面板采用西門子的TP1500觸摸屏用以進行人機交互。采用博圖V13自帶的觸摸屏編程軟件進行編寫。用來達到模式選擇，手動控制，自動控制，報警記錄等功能。

如圖6所示，在手動模式下可以通過觸摸屏控制，分別對爬坡輸送機，過度輸送機，轉位輸送機，托盤運輸機，跺盤輸送機，推包機，分層電機，升降電機，編組機，轉向電機等進行獨立控制。在手動控制時若操作的物品達到相應限位開關時，畫面中會有信息反饋。

在監控模式中還可以對自動工作模式經行實時監控，觀察整個系統的運行狀態。包括所有限位開關的實時狀態，如圖7所示。

5 結束語

本控制系統具有運行可靠，模式多樣，操作簡單等特點。但在現在工業4.0的時代與外國的同類產品在速度上還有一些差距，需要進一步深入研究、改善。

[1]崔堅.SIMATICS7-1500與TIA博圖軟件使用指南[M].北京：機械工業出版社,2016.

[2]趙偉.基于鹽業成品箱的碼垛機設計[J].鹽業與化工,2013,52(05):31-33.