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西门子6SL3120-1TE31-3AA3
系统介绍
包装输送控制系统分为散库和包装库两组。散库主要存储不需要包装的散料，包装库进行成品包装。主要包括：1#～8#线、A线（9#、15#、16#）、B线（10#、19#、20#）、C线（11#、17#）、D线（12#、
18#）、E线（13#、21#）、F线（14#、22#）。各线工艺流程如图1所示。在该工艺流程中，除了要考虑各皮带内部按顺序启动停止以及皮带的打滑、跑偏等问题外，还必须考虑相关配套设备。系统主要包括数字量输入67路，模拟量输入16路，数字量输出52路；需要控制的过程有各皮带的启动、停车和安全运行，各料槽的选择和设备故障时的处理。
2 PLC控制系统的硬件设计
2.1硬件配置
根据设备及工艺要求，包装输送系统采用上位机和下位机组成，上位机使用两台PC机：一台作为操作站实现整个系统的监控和数据检测；另一台作为工程师站完成组态软件的设计与开发、PLC程序的开发以及将软件通过PROFIBUS[2]总线传送至PLC的CPU单元。下位机采用功能强大、可靠性高、维护方便且抗干扰能力强的可编程控制器西门子S7-300系列PLC完成对设备的控制功能，且下位机 分为两个机架分别放置于包装库和散库。散库机架与包装室机架的S7-300构成PROFIBUS-DP网络结构。系统硬件结构配置如图2所示,其具体组成如下。
(1) *控制单元
*控制单元选用 CPU315-2DP[3]作为PLC的核心部件，进行逻辑和数字运算，协调整个控制系统各部分的工作。
(2) 电源单元
电源单元采用1：1隔离变压器进行对PLC的220V交流开关量输入卡件进行供电，采用SITOP电源对PLC的24V开关量输出卡件供电。自带的PS-307/5A直流电源对CPU和部分卡件进行供电。
(3) 输入输出单元
系统采用两块8点的模拟量输入单元AI8×12Bit、两块32点输出单元DO32×DC24V/0.5A、一块
16点输出单元DO16×DC24V/0.5A、五块16点数字量输入单元DI16×AC120/230V
(4)通迅模块
为了确保包装库操作站与散库操作站通信正常(距离约300米)，在本系统选用了CP 342-5通迅模块。
通过PROFIBUS 进行配置和编程
性能 SIMATIC S7-1500 控制器的用户利益和亮点
集成技术
集成了安全功能
设计与操作
集成系统诊断功能
性能
SIMATIC S7-1500控制器提供了更高性能，位指令的处理时间低至 1ns，浮点运算的指令处理时间低至 10ns （取决于 CPU 类型，不在次上市发布范围内）。背板总线的速度是 S7-400 PLC 的 40 倍；由于代码生成得到优化，CPU 的响应速度与现有控制器的 CPU 相比。
每个 CPU 都配有一个 PROFINET IO （2 端交换机）标准接口。CPU 1516-3PN/DP 另外还具有一个集成 PROFINET 基本接口，例如，可用于网络隔离。通过集成的 PROFIBUS 的接口，可以将 PROFIBUS 节点连接至 CPU 1516-3 PN/DP。
通过一个 PROFIBUS CM，可方便地对不带 PROFIBUS 接口的 CPU 进行扩展
集成技术
通过 PROFINET、PROFIBU 或模拟量接口，可灵活地将变频器连接至 S7-1500 CPU。运动控制序列的编程可借助于 PLCopen 运动控制软件块方便地完成。用户可通过易于使用的诊断和调试工具对变频器进行调试。自动发送到工程组态系统和人机界面的报警消息可以简化用户调试，节省调试时间，降低工作量。
集成了安全功能
与 STEP 7 结合使用时，每个 CPU 都会提供基于密码的知识保护，可防止未经授权而读出并更改程序块的内容。
复制保护加强了安全防护，防止未经授权而复制程序块。可以将具体程序块链接至存储卡的序列号，以便只有在将组态的存储卡插到 CPU 中之后，才会执行该程序块。
并且，控制器具有四个不同的安全访问级别，以便向不同用户组分配不同的访问权限。
由于操作保护得到改进，因此，控制器可以检测到数据更改或未经授权的组态数据传输。
设计与操作
每个 SIMATIC S7-1500 CPU 都配有一个显示屏。通过此显示屏，用户可方便地分析*模块以及分布式模块的状态，或者无需编程器而设置和更改 IP 地址。系统诊断信息和用户诊断以普通文本形式显示在显示屏上，从而有助于**而地响应到来的出错消息。
显示屏上可用多种语言显示菜单文本和信号文本。该系统还允许在运行期间卸下和重新安装模块。
在 S7-1500 控制器的一个集中组态中，可以将多 32 个模块（CPU + 31 个模块）插到一层上，而无需使用接口模块。系统的主干是自动建立式背板总线。每个 I/O 模块都配有所需的 U 型连接器。一种有源背板总线正在准备中，供需要“在运行期间无响应地拆卸和重新安装部件”功能的客户使用。
集成系统诊断功能
集成系统诊断功能已针对 S7-1500系列的 CPU 预先激活；系统诊断信息以普通文本形式统一显示在显示屏、TIA Portal、HMI 和 Web 服务器上，甚至可显示来自变频器的消息；现在，在 CPU 停止运行期间也将提供这种诊断。若配置了新的硬件组件，则自动对诊断信息进行更新。
SIMATIC STEP 7 Professional V12 工程组态软件
新的 SIMATIC S7-1500控制器系列只能在 Totally Integrated Automation Portal 中使用 STEP 7 Professional V12 及更高版本进行组态。SIMATIC STEP 7 Professional V12 是用于对 SIMATIC S7-1500 进行直观处理的工程组态系统，除了对 S7-1500进行组态外，还可对 S7-300/400 和 S7-1200 控制器进行组态
包装输送控制程序设计思想
3．1 系统控制方式
包装输送控制系统的控制方式分为自动控制、单机控制和现场手动控制三种。单机启动方式是指在上位机的连锁图中, 设有启动及停车按钮, 在未进入联锁状态时，皮带可以独立启动/停止。
3．2控制程序设计
该皮带输送系统共有二十二条皮带，根据皮带输送工艺可以将其为两大部分：1#～8#线与A~F线。根据包装室和散库控制室及现场皮带运行情况，得出该输送系统的控制策略：（1）选择控制方式：远程自动控制、现场手动控制或远程手动控制方式。 （2）根据包装与否控制包装流水线和散库流水线运行，并按要求顺序停止。（3）根据料槽料位控制A~F线启动、停止。
本系统中STEP7用户程序分为组织块（OB）、功能块（FC）和数据块（DB）。功能块根据控制任务用于建立用户程序。将整个控制过程按工艺分为模拟量信号处理、A~F线起/停、3~8#线皮带起停、
总料位计算、模拟量变换、料槽料位运算、报警处理、1~6#皮带速度处理、1~2#皮带起停和分料器选择等程序块。针对工艺流程的具体情况，用语句表(LAD)形式编程。图4给出了3#~6#皮带控制流程图。数据块用来存放皮带速度和料槽料位的数据。
3.3控制设计思想
(1) 回路启动顺序由下游向上游(来料方向为上游) , 按一定延时, 逐个启动, 若回路启动过程中*, 则为正常启动; 若有故障则为异常启动, 程序启动遇到故障时, 就不再继续往下启动。
(2) 回路停止顺序由上游向下游, 它包括正常停止和事故停止。正常停止为顺序停止,即正常操作时程序按一定时间延时由上游向下游逐个停止设备。事故停止是在启动或正常运行过程中回路中某一设备发生故障时, 上游的设备立即停止,下游设备可运行。
(3) 在逻辑梯形图中, 凡是带有分支的联锁回路都有记忆功能。因为*台设备可以根据需要启动下面的各个分支回路的设备, 回路梯形逻辑的记忆功能, 可保证有故障回路的设备能正确停车。
(4) 上位机能显示出整个皮带运行状态。 亦能显示单条回路运行的设备。
4 WINCC组态软件结构设计
工业控制组态软件是可以从可编程控制器、各种数据采集卡等设备中实时采集数据，发出控制命令并监控系统运行是否正常的软件。组态软件能充分利用Windows强大的图形编辑功能，以动画方式显示监控设备的运行状态，方便的构成监控画面和实现控制功能，并可以生成报表[4]、历史趋势等，为工业软件开发提供了便利的软件开发平台，从整体上提高了工控软件的质量。西门子公司开发的WINCC是运行在Windows2000上的一种组态软件。它的功能是建立动态显示窗口，通过提供的工具箱可方便建立实时曲线图、历史曲线图和报警记录显示。在画面窗口中，通过对多种图形对象的组态设置，建立相应的动画连接，用清晰生动的画面反映工业控制过程。根据包装控制系统的要求，图5是软件的结构。WINCC与S7-PLC同属西门子产品，属于无缝集成且自带通讯协议连接。该控制系统和上位机组态软件实现了物料输送测控系统的要求。简洁且形象的模拟了整个系统的工艺流程，操作人员能在控制室的计算机屏幕上观察到输送的全部情况，包括各种报警。**权限的操作人员能在控制室对任何一条皮带单独操作或连锁操作，并进行手动与自动切换
