西門子PLC與英展150S稱重儀表通訊的實現(xiàn)

查小焱

（九江金鷺硬質(zhì)合金有限公司，江西 九江 332000）

冶金工業(yè)自動化在未來發(fā)展不可或缺，高效的自動化設(shè)備，在提高產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)過程中的節(jié)能環(huán)保起到至關(guān)重要的作用。鎢粉作為金屬粉末生產(chǎn)中典型的上游行業(yè)，在生產(chǎn)過程中主要受還原溫度、通氫方式、燒舟中氧化鎢的裝舟量、舟皿在爐管中的時間、爐管氫氣流量和氫氣干燥度等因素的影響。在工業(yè)生產(chǎn)金屬鎢粉的過程中，使用的主體設(shè)備有蘭氧爐、還原爐。蘭氧爐是將仲鎢酸銨經(jīng)過加熱脫氨制成氧化鎢粉，還原爐的作用是將氧化鎢粉利用氫氣還原出鎢粉，為了使氧化鎢粉充分還原，對舟皿的裝舟量有嚴(yán)格的控制（±5 g），由于氧化鎢粉流動性差異及工藝調(diào)整等因素，操作員對粉末裝舟量參數(shù)調(diào)整頻繁。往往需要專業(yè)人員在稱重控制器150S中進行參數(shù)設(shè)置，給現(xiàn)場操作人員帶來不便。本實例利用人機對話，將稱重控制器參數(shù)直觀地顯示在界面上，根據(jù)需求進行參數(shù)更改，免去操作人員在稱重控制器上翻看參數(shù)，降低操作人員技能要求。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)由西門子CPU1515-2N、分布式ET200sp、威綸觸摸屏MT8102IE、稱重控制器150S、稱重控制器擴展模塊OP-05、電磁閥及氣缸組成。西門子S7-1515-2N 采用模塊化控制[1]，具有應(yīng)用范圍廣、系統(tǒng)安全可靠的特點，應(yīng)用于各種中小型自動化設(shè)備中。西門子ET 200MP 是一種模塊化、可擴展及通用型的分布式I/O 系統(tǒng)。西門子 ET 200MP 提供與西門子S7-1515-2N 相同的系統(tǒng)優(yōu)勢，通過以太網(wǎng)連接，以PROFINET 協(xié)議與ET 200SP 通訊。觸摸屏MT8102IE具有1 024×600 的分辨率，10.1 寸顯示器，具有10/100Base-T 以太網(wǎng)接口和3 個串行接口支持RS485 或RS232。150S 是一款專為重量控制所設(shè)計的控制器，具有高性能A/D 界面，取樣靈敏度達到0.12 μVD，取樣頻率達到120 Hz，測量電壓范圍-0.1～4.0 mV；具有靈活的矯正方式，6 種重量比較模式，靈活的計量模式可獨立完成簡易的系統(tǒng)控制，又可以與PLC 連接組成復(fù)雜的控制系統(tǒng)。本實例CPU1515-2N 作為主控與稱重控制器150S 之間采用RS485 通訊，通訊協(xié)議為稱重控制器支持的Modbus-RTU，稱重控制器控制擴展模塊OP-05 給PLC 傳遞信號，PLC 控制電磁閥從而實現(xiàn)氣缸動作實現(xiàn)投料動作。CPU1515-2N 與ET200sp 采用Profint 通訊。觸摸屏MT8102IE 與CPU1515-2N 采用以太網(wǎng)組網(wǎng)，通訊協(xié)議使用觸摸屏自帶的絕對值尋址EtherNet 協(xié)議。

2 系統(tǒng)控制過程介紹

整個稱重控制過程分3 段控制，第一段為快速下料階段，大小下料口氣缸同時打開，粉末流速最快；第二段為緩慢下料階段，只開小下料口氣缸，粉末流速最慢；第三段為自由落料階段，大小下料口關(guān)閉，停止粉末下料，判斷重量是否達到目標(biāo)值。稱重控制器OP-05模塊連接PLC，PLC 根據(jù)輸入信號控制電磁閥輸出，使氣缸執(zhí)行動作。稱重啟動前，PLC 程序檢測稱重控制器零位信號，稱重控制器在零位，PLC 允許稱重，當(dāng)稱重控制器接收到PLC 給出稱重啟動信號時，稱重控制器SP1、SP2 同時輸出給PLC，大小口下料電磁閥同時動作，控制大小口下料氣缸打開，開始下料，稱重控制器實時判斷重量是否達到第一段設(shè)定值，未達到一段設(shè)定值SP1、SP2 輸出保持，大小口下料氣缸保持打開動作，當(dāng)重量達到第一段設(shè)定值，稱重控制器關(guān)閉SP1 輸出，SP2 保持，即大下料口氣缸關(guān)閉，小下料口保持打開，稱重控制器判斷重量是否達到第二段設(shè)定值，當(dāng)重量達到第二段設(shè)定值，稱重控制器關(guān)閉SP1、SP2 輸出，即大小口下料氣缸關(guān)閉，停止下料，自由落料后，稱重控制器判斷穩(wěn)定重量是否達到目標(biāo)值，未達到SP2 快速輸出，進行補料操作，當(dāng)重量達到目標(biāo)重量后，稱重控制器給出稱重完成信號，并給出累信號，稱重控制器進行累計[2-3]。

3 系統(tǒng)主要元件參數(shù)設(shè)置

3.1 HMI 參數(shù)設(shè)置

采用EasyBuilder Pro 軟件編輯人機界面，界面包含累計重量、實時重量顯示、目標(biāo)重量設(shè)置、SP1 動作重量設(shè)置、SP2 動作重量設(shè)置、自由落料重量設(shè)置、開始投料、停止投料和顯示清零按鈕。打開EasyBuilder Pro 軟件，單擊“系統(tǒng)參數(shù)”，跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面，單擊“HMI 屬性”設(shè)置當(dāng)前觸摸屏型號，在設(shè)備列表界面，單擊“新增”按鈕，在設(shè)備類型下拉菜單中選擇西門子“S7-1200/S7-1500（Absolute Addressing）EtherNet”通訊協(xié)議，以太網(wǎng)IP 地址設(shè)置值與PLC 端口1 配置的地址一致[4-5]。

3.2 PLC 配置

在TIA Portal 軟件中，雙擊打開設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)界面，在硬件目錄中找到CPU1515-2PN 和IM155-6 PN ST 硬件進行添加，鼠標(biāo)指針停留在PLC 第二個以太網(wǎng)口上，按住鼠標(biāo)左鍵連接到ET200-SP 以太網(wǎng)口上，如圖1所示。

圖1 硬件配置界面圖

雙擊IM155-6 PN ST 模塊，打開設(shè)備視圖窗，在右側(cè)目錄中找DI/DO 模塊拖動至對應(yīng)的安裝位，如圖2所示。

圖2 I/O 模塊配置界面圖

3.3 稱重控制器150S 參數(shù)設(shè)置

稱重控制器150S 共有6 種重量比較模式，分別是一般投入計量模式、一般排出計量模式、一般比較模式、內(nèi)建程式投入計量模式、內(nèi)建程式排出計量模式及內(nèi)建保持模式，本實例用到了內(nèi)建程式投入計量模式。在功能參數(shù)組中找到“10 sq”稱重模式參數(shù)組進入，再將“sq 01”設(shè)置為4（即稱重模式為內(nèi)建程式投入計量模式）。在功能參數(shù)組中找到“08 in”輸入?yún)?shù)組進入，將“IN-01”設(shè)置為1（即清零顯示值信號），將“IN-04”設(shè)置為4（即重量比較模式啟動信號），將“IN-05”設(shè)置為4（即重量比較模式停止信號），將“IN-06”設(shè)置為9（即重量累計信號）。在功能參數(shù)組中找到“09 out”輸出參數(shù)組進入，將“OUT-01”設(shè)置為1（即稱重控制器在零位），將“OUT-02”設(shè)置為2（即稱重下料1 段動作），將“OUT-03”設(shè)置為3（即稱重下料2 段動作），將“OUT-05”設(shè)置為5（即稱重下料完成）。在功能設(shè)定菜單中找到“03 rs1”通訊串口參數(shù)，將“RS-01”傳輸格式設(shè)定為0（即傳送數(shù)據(jù)與控制器顯示值相同），“RS-02”通訊協(xié)議設(shè)定為4（即Modbus-RTU 模式），“RS-03”波特率設(shè)定為4（即波特率9 600），“RS-04”奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位設(shè)定為0（即O、8、2），“RS-07”儀表地址設(shè)定為1。

4 PLC 點位分配及通訊連接

系統(tǒng)安裝DI 8×24VDC ST_1 輸入模塊、DQ 8×24VDC/0.5A ST_1 輸出模塊及CM PtP_1 點對點通訊模塊，點位分配如圖3所示。

圖3 I/O 分配界面圖

通訊模塊CM PtP_1 接口操作模式選擇為RS232C，其通訊模塊BaseUnit 端子分配表見表1，稱重控制器150S 端子分配表見表2。

表1 CM PtP_1 通訊模塊端子引腳分配表

表2 稱重控制器150S 通訊端子引腳分配表

通訊連接：CM PtP_1 模塊1 號端子連接稱重控制器5 號端子，CM PtP_1 模塊2 號端子連接稱重控制器6 號端子，CM PtP_1 模塊9 號端子連接稱重控制器7號端子。

5 通訊程序編寫及組態(tài)

稱重控制器Modbus 通訊地址分配：40 000 ～40 001 重量實時顯示值，40 018～40 019 重量累計值，41 004～41 005 稱重目標(biāo)設(shè)定值，41 006～41 007 SP1段設(shè)定值，41 008～41 009 SP2 段設(shè)定值，41 022～41 023自由落料值。PLC 程序采用自由口通訊模式，程序中調(diào)用到Port_Config 通訊參數(shù)設(shè)置命令、Send_P2P 數(shù)據(jù)發(fā)送指令及Receive_P2P 數(shù)據(jù)接收指令。Port Config 命令主要參數(shù)定義，“REQ”通訊參數(shù)設(shè)置使能，“PORT”通訊模塊硬件標(biāo)識地址，“PROTOCOL”通訊協(xié)議指定，“BAUD”通訊波特率設(shè)置，“PARITY”通訊端口奇偶校驗方式，“DATABITS”通訊數(shù)據(jù)位，“STOPBITS”通訊停止位數(shù)，“MODE”通訊模塊工作模式。Send_P2P 命令主要參數(shù)定義，“REQ”通訊脈沖時鐘輸入，“PORT”通訊模塊硬件標(biāo)識地址，“BUFFER”連接發(fā)送數(shù)據(jù)存儲塊，“LENGTH”要發(fā)送數(shù)據(jù)存儲塊的數(shù)據(jù)長度，“DONE”通訊中，“ERROR”通訊錯誤，“STATUS”通訊錯誤代碼。Receive_P2P 命令主要參數(shù)定義，“PORT”通訊模塊硬件標(biāo)識地址，“BUFFER”接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的存儲塊，“LENGTH”接收數(shù)據(jù)長度，“NDR”通訊中，“ERROR”通訊錯誤，“STATUS”通訊錯誤代碼。Port Config 命令配置如圖4所示，Send_P2P 命令配置如圖5所示，Receive_P2P命令配置如圖6所示。

圖4 Port Config 命令配置

圖5 Send_P2P 命令配置

圖6 Receive _P2P 命令配置

5.1 查詢命令編寫：命令代碼（03）

5.2 數(shù)據(jù)解析命令編寫

5.3 參數(shù)設(shè)置命令編寫：命令代碼（06）

6 結(jié)束語

在金屬粉末的生產(chǎn)過程中，操作人員對作業(yè)指令快速準(zhǔn)確的響應(yīng)，對金屬粉末品質(zhì)的提升至關(guān)重要。而操作人員在面對稱重儀表繁雜的操作步驟，需要高度集中精神，稍有疏忽就容易出錯。本系統(tǒng)采用CPU1515-2PN 與英展150S 稱重控制器通訊，利用威綸MT8102IE 10 寸觸摸屏顯示，將稱重控制器參數(shù)直接顯示在觸摸屏上，參數(shù)一目了然，操作簡單，易懂。