枕式包装机上位机监控系统设计

摘要:该设计在西门子SIMOTION D运动控制平台上,实现了五台伺服电机的同步、凸轮、速度、位置控制,通过以太网UDP的方式实现上位机与SIMOTION D的通讯,应用西门子S7-200PLC通过模糊控制算法实现热封温度的恒温控制,并通过RS-485接口与上位机通讯,在MCGS组态软件平台下实现对下位机状态的实时监控及参数设定等功能;包括参数设定,下位机状态查询等,通过实践证明此系统设计合理,可以大大提高了生产效率。

关键词:系统设计;包装机,UDP通讯,S1MOTI0N,运动控制

中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)13-3541-02

Pillow-style Packaging Machine on the Design of Monitoring System

LI Yi

(HarBin Pharmaceutical Group Bioengineering CO.,LTD, Harbin 150001, China)

Abstract: The design in Siemens SIMOTION D motion control platform, realized during the servo motor, CAM, speed, position control, through the way of Ethernet UDP SIMOTION D with PC communications, a 200PLC through application of Siemens S7 heat sealing fuzzy control algorithm, and the temperature constant temperature control by RS a 485 interface and PC communications in MCGS software platform to realize the real-time monitoring of state parameter setting and functions, Including parameter-setting and machine etc, state through practice proves the system design is reasonable, can greatly improve the production efficiency.

Key words: system design; packaging machine; UDP communication; S1MOTI0N; motion control

1 系统设计

在对包装工艺明确的基础上,系统设计的主要任务是如何控制实现这些过程,并取得较好的实际效果。本设计主要包括以下几个方面:

1) 电气控制系统设计;

2) HMI(人机界面)设计;

3) SIMOTION与上位机通讯设计;

4) 各个伺服轴之间的速度、位置、凸轮控制;

5) 中封及横封温度控制。

本文的系统硬件,其中变频器通过RS485/232转换后与上位机通讯,用来调节吸气电机的转速从而调节吸气或吹气的强度,这由具体被包装的产品的特性来决定;S7-200PLC及模拟量扩展模块EM231通过RS-485接口与上位机通讯,用来实现横封及纵封加热装置温度的闭环控制。运动控制部分的核心是SIMOTIOND425,与SINAMICS驱动模块通过DRIVE-CLiQ接口进行数据交换,在本文SIMOTIOND425中采用以太网UDP的方式与上位机通讯。

2 电气控制系统

电气控制系统主要包括SIMOTIOND运动控制系统、触摸屏、PLC、变频器、控制柜空调器等,另外在横封刀辊轴、夹运链条、推料机链条及送料链条上分别安装一个接近开关,位置为系统的零点:在送膜轴上安装一个光电开关用来检测色标。

2.1 动力电源电路

电气控制系统的电源包括动力电源和控制电路电源,本系统动力电源采用三相380V/50Hz供电,伺服电机本身具有很好的自保护功能,但还要在电路中串接低压断路器,这样做的目的是一方面为了更好的限制输电线路的短路电流,保护电力设备,另一方面为了调试程序方便门,有些时候伺服电机驱动器设置参数后需要断电,所以加入断路器是很必要的。电抗器的作用是:一旦发生短路时,用于遏制短路电流,使短路瞬间系统的电压保持不变。

电源模块选择西门子的智能型电源SLM(Smart Line Mldule)6SL3130~6AE15-OA AO,其输入额定电流为le=l2A,额定功率Pn=6KW,效率高达98%,SLM是将三相交流电整流成直流电,并可以将电能回馈到电网。

2.2 控制回路电源

系统控制回路电源选用西门子PS307电源模块,其输出电压为DC24V,额定电流为5A,主要用于为触摸屏、SIMOTIOND425CPU模块以及传感器供电。

2.3 SIMOTION D的I/O地址及外设连接

SIMOT ION D集成了逻辑控制与运动控制,可以独立完成以往PLC加伺服驱动器的所有功能,可以实现由一个开发环境解决所有的运动控制、逻辑控制及工艺控等制问题。

3 HMI(人机界面)设计

3.1 MCGS组态软件简介

工业控制组态软件在工业界有着相当广泛的应用,组态软件允许用户在图形界面下对控制系统的各种采样点、过程输出设备、生产车间、控制回路、文件报警、生产报表、控制策略、网络设备和生产工艺画面进行定义与组态。

监控与控制通用系统MCGS(Moni tor and Control Generated System)是为工业控制领域服务的工业控制组态软件,是一套基于WindowS平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统,可运行于Microsoftwindows 95/98/Me/NT/2000等操作系统。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台,能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。

MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点己成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域,经过各种现场的长期实际运行,系统稳定可靠。

3.2 MCGS组态软件的组成

MCGS组态软件由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分相互独立,又紧密相关,MCGS组态环境是生成用户应用系统的的工作环境,用户在组态环境中完成动画设计、设备连接,编写控制流程、编制工程和打印报表等。全部组态后生成扩展名为MCG的工程文件,又称为组态结果数据库,其与MCGS运行环境一起构成了用户应用系统,统称为工程。

MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境。可由执行程序McgsRun.exe支持,其存放于MCGS目录的Program子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。

3.3 MCGS工程的五大组成部分

MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成,每部分分别进行组态,完成不同的工作,具有不同的特性。主控窗口是工程的主窗口或主框架。在主窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口,负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的的组态操作包括:定义工程的名称,编制工程菜单,设计封面图形,设定自动启动的窗口,设定动画刷新周期,制定数据库存盘文件名称及存盘时间等。

设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置采集数据与控制输出设备,注册设备驱动程序,定义连接与驱动设备用的数据变量。用户窗口主要用于设备工程中人机交互的界面,如生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图标。

实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心,它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在窗口内定义不同类型和名称的变量,用作数据采集、处输出控制、动画连接及设备驱动的对象。运行策略主要完成工程运行流程的控制,包括编写控制程序(脚本程序),选用各种功能构件(如数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等)。

3.4 系统界面设计

本系统人机界面软件采用MCGS组态软件进行设计,为满足不同产品及不同工艺要求,上位机可以显示设备工艺流程,主要工艺参数的设定值,动态监控各单元运行状态,对各种信息归档,如果需要改变被包装的产品参数,可以很方便的在上位机进行修改设置,本系统上位机硬件采用昆仑通态INTOUCH工控机,软件使用MCGS组态。

4 SIMOTION D与上位机通讯设计

SIMION下位机,以UDP子程序接收主机的命令,解析并根据读写命令实现与SIMOTION D的数据的交互。SIMOTIOND对UDP数据收发是利用Byte数组形式实现的。而最终SIMOTION D与nTouch交互的数据有不同长度及格式的组合,并要求可组态修改。为方便以后扩展的要求,整个方案参考目前PLC读写的结构,并对通讯协议作了相应的简化,以减少下位机编程的难度。数据对应的类型及格式

由SIMOTIOND方面编程实现后,上位机按其数据列表组态通过驱动构件的内部属性添加实现。

此方案以nTouch为上位主机。上位主机驱动的组态形式类似于PLC,可在内部属性中添加地址并设置读写、数据类型等(类似于S7200的V寄存器的操作)。完成添加,连接通道变量并进行相应组态后,上位机将按所添加通道进行组码,并下发读取命令数据包,并将收到的正确数据解析后以通道形式返回并按用户组态要求显示存储等。

SIMOTIOND收到指令后响应,如是写命令,为从机,当上位主机向从机发送指令,要求读取或写入相应数据,从机并根据不同指令回应,如果是读指令,则按要求回发主机所需要的数则写数据并回应写成功指令。

5 软件结构

本系统软件在Simotion SCOUT V4.0平台下编写,运动控制程序由MCC语言编写,通讯部分程序用ST语言编写,程序的执行有以下特点:

1) 执行系统中的BackgroudTask任务作系统周期调用,其作用类似于西门子S7一300PLC中的OBI。

2) Teehnologiea1FaultTask任务是当系统中出现报警时被调用,Peri1hPera1FaultTask是外部I/O出错时被调用,如果这两个任务没有程序,系统将停机,所以将一个空程序分配给这两个任务。

3) MotionTask启动一个运动任务,如定位等,MotionTask与BackgroundTask的区别在于MotionTask被调用后只执行一次,该任务可以使用等待指令在执行中无限期等待,但执行完后不会自动再次执行。

4) BackgroundTask任务中不能使用等待指令,否则BackgroundTask运行超时会造成系统死机。

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