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枕式包裝機(jī)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

發(fā)布時間：2020-05-19 16:26:36 |來源：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

  1. 枕式包裝機(jī)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

在對包裝工藝明確的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)是如何控制實(shí)現(xiàn)這些過程，并取得較好的實(shí)際效果。  本設(shè)計主要包括以下幾個方面:

    1. 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計;
    2. HMI(人機(jī)界面)設(shè)計;
    3. SIMOTION 與上位機(jī)通訊設(shè)計;
    4. 各個伺服軸之間的速度、位置、凸輪控制;
    5. 中封及橫封溫度控制。

本文的系統(tǒng)硬件，其中變頻器通過 RS485/232 轉(zhuǎn)換后與上位機(jī)通訊，用來調(diào)節(jié)吸氣電機(jī)的轉(zhuǎn)速從而調(diào)節(jié)吸氣或吹氣的強(qiáng)度，這由具體被包裝的產(chǎn)品的特性來決定;PLC 及模擬量擴(kuò)展模塊 EM231 通過 RS-485 接口與上位機(jī)通訊，用來實(shí)現(xiàn)橫封及縱封加熱裝置溫度的閉環(huán)控制。 運(yùn)動控制部分的核心是 SIMOTION D425，與 SINAMICS 驅(qū)動模塊通過 DRIVE-CLiQ 接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換， 在本文 SIMOTION D425 中采用以太網(wǎng) UDP 的方式與上位機(jī)通訊。

  1. 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)主要包括 SIMOTION D 運(yùn)動控制系統(tǒng)、觸摸屏、PLC、變頻器、控制柜空調(diào)器等，另外在橫封刀輥軸、夾運(yùn)鏈條、推料機(jī)鏈條及送料鏈條上分別安裝一個接近開關(guān)，位置為系統(tǒng)的零點(diǎn):在送膜軸上安裝一個光電開關(guān)用來檢測色標(biāo)。

    1. 動力電源電路

電氣控制系統(tǒng)的電源包括動力電源和控制電路電源，本系統(tǒng)動力電源采用三相 380V/50Hz 供電，伺服電機(jī)本身具有很好的自保護(hù)功能，但還要在電路中串接低壓斷路器，這樣做的目的是一方面為了更好的限制輸電線路的短路電流，保護(hù)電力設(shè)備，另一方面為了調(diào)試程序方便門，有些時候伺服電機(jī)驅(qū)動器設(shè)置參數(shù)后需要斷電，所以加入斷路器是很必要的。 電抗器的作用是:一旦發(fā)生短路時，用于遏制短路電流，使短路瞬間系統(tǒng)的電壓保持不變。

電源模塊選擇西門子的智能型電源 SLM(Smart Line Mldule)6SL3130~6AE15-OA AO，其輸入額定電流為 le=l2A，額定功率 Pn= 6KW，效率高達(dá) 98%，SLM 是將三相交流電整流成直流電，并可以將電能回饋到電網(wǎng)。

    1. 控制回路電源

系統(tǒng)控制回路電源選用西門子 PS307 電源模塊， 其輸出電壓為 DC24V， 額定電流為 5A， 主要用于為觸摸屏、SIMOTION D425CPU 模塊以及傳感器供電。

    1. SIMOTION D 的 I/O 地址及外設(shè)連接

SIMOT ION D 集成了邏輯控制與運(yùn)動控制，可以獨(dú)立完成以往 PLC 加伺服驅(qū)動器的所有功能，可以實(shí)現(xiàn)由一個開發(fā)環(huán)境解決所有的運(yùn)動控制、邏輯控制及工藝控等制問題。

  1. HMI(人機(jī)界面)設(shè)計
    1. MCGS 組態(tài)軟件簡介

工業(yè)控制組態(tài)軟件在工業(yè)界有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，組態(tài)軟件允許用戶在圖形界面下對控制系統(tǒng)的各種采樣點(diǎn)、過程輸出設(shè)備、生產(chǎn)車間、控制回路、文件報警、生產(chǎn)報表、控制策略、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和生產(chǎn)工藝畫面進(jìn)行定義與組態(tài)。

監(jiān)控與控制通用系統(tǒng) MCGS(Moni tor and Control Generated System)是為工業(yè)控制領(lǐng)域服務(wù)的工業(yè)控制組態(tài)軟件，是一套基于WindowS 平臺的， 用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)， 可運(yùn)行于 Microsoft windows 95/98/Me/NT/2000 等操作系統(tǒng)。 MCGS 為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機(jī)制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。

MCGS  具有操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)己成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

    1. MCGS 組態(tài)軟件的組成

MCGS 組態(tài)軟件由“MCGS 組態(tài)環(huán)境”和“MCGS 運(yùn)行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成。 兩部分相互獨(dú)立，又緊密相關(guān)，MCGS 組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的的工作環(huán)境，用戶在組態(tài)環(huán)境中完成動畫設(shè)計、設(shè)備連接，編寫控制流程、編制工程和打印報表等。 全部組態(tài)后生成擴(kuò)展名為 MCG 的工程文件，又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，其與 MCGS 運(yùn)行環(huán)境一起構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為工程。

MCGS 運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。可由執(zhí)行程序 McgsRun.exe 支持，其存放于 MCGS 目錄的 Program 子目錄中。在運(yùn)行環(huán)境中完成對工程的控制工作。

    1. MCGS 工程的五大組成部分

MCGS    組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每部分分別進(jìn)行組態(tài)，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個設(shè)備窗口和多個用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。     主要的的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計封面圖形，設(shè)定自動啟動的窗口， 設(shè)定動畫刷新周期，制定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。

設(shè)備窗口是連接和驅(qū)動外部設(shè)備的工作環(huán)境。  在本窗口內(nèi)配置采集數(shù)據(jù)與控制輸出設(shè)備，注冊設(shè)備驅(qū)動程序，定義連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。 用戶窗口主要用于設(shè)備工程中人機(jī)交互的界面，如生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖標(biāo)。

實(shí)時數(shù)據(jù)庫是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將 MCGS 工程的各個部分連接成有機(jī)的整體。 在窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，用作數(shù)據(jù)采集、處輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對象。 運(yùn)行策略主要完成工程運(yùn)行流程的控制，包括編寫控制程序(腳本程序)，選用各種功能構(gòu)件(如數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等)。

    1. 系統(tǒng)界面設(shè)計

本系統(tǒng)人機(jī)界面軟件采用 MCGS 組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)計，為滿足不同產(chǎn)品及不同工藝要求，上位機(jī)可以顯示設(shè)備工藝流程，主要工藝參數(shù)的設(shè)定值，動態(tài)監(jiān)控各單元運(yùn)行狀態(tài)，對各種信息歸檔，如果需要改變被包裝的產(chǎn)品參數(shù)，可以很方便的在上位機(jī)進(jìn)行修改設(shè)置，本系統(tǒng)上位機(jī)硬件采用昆侖通態(tài) INTOUCH 工控機(jī)，軟件使用 MCGS 組態(tài)。

  1. SIMOTION D 與上位機(jī)通訊設(shè)計

SIMION 下位機(jī)， 以 UDP 子程序接收主機(jī)的命令， 解析并根據(jù)讀寫命令實(shí)現(xiàn)與 SIMOTION D 的數(shù)據(jù)的交互。 SIMOTION D 對UDP 數(shù)據(jù)收發(fā)是利用 Byte 數(shù)組形式實(shí)現(xiàn)的。 而最終 SIMOTION D 與 nTouch 交互的數(shù)據(jù)有不同長度及格式的組合，并要求可組態(tài)修改。為方便以后擴(kuò)展的要求，整個方案參考目前 PLC 讀寫的結(jié)構(gòu)，并對通訊協(xié)議作了相應(yīng)的簡化，以減少下位機(jī)編程的難度。數(shù)據(jù)對應(yīng)的類型及格式

由 SIMOTION D 方面編程實(shí)現(xiàn)后，上位機(jī)按其數(shù)據(jù)列表組態(tài)通過驅(qū)動構(gòu)件的內(nèi)部屬性添加實(shí)現(xiàn)。

此方案以 nTouch 為上位主機(jī)。 上位主機(jī)驅(qū)動的組態(tài)形式類似于 PLC，可在內(nèi)部屬性中添加地址并設(shè)置讀寫、數(shù)據(jù)類型等(類似于 S7200 的 V 寄存器的操作)。 完成添加，連接通道變量并進(jìn)行相應(yīng)組態(tài)后，上位機(jī)將按所添加通道進(jìn)行組碼，并下發(fā)讀取命令數(shù)據(jù)包，并將收到的正確數(shù)據(jù)解析后以通道形式返回并按用戶組態(tài)要求顯示存儲等。

SIMOTION   D  收到指令后響應(yīng)，如是寫命令，為從機(jī)，當(dāng)上位主機(jī)向從機(jī)發(fā)送指令，要求讀取或?qū)懭胂鄳?yīng)數(shù)據(jù)，從機(jī)并根據(jù)不同指令回應(yīng)，如果是讀指令，則按要求回發(fā)主機(jī)所需要的數(shù)則寫數(shù)據(jù)并回應(yīng)寫成功指令。

  1. 軟件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)軟件在 Simotion SCOUT V4.0 平臺下編寫，運(yùn)動控制程序由 MCC 語言編寫，通訊部分程序用 ST 語言編寫，程序的執(zhí)行有以下特點(diǎn)：

    1. 執(zhí)行系統(tǒng)中的 BackgroudTask 任務(wù)被操作系統(tǒng)周期調(diào)用，其作用類似于PLC 中的 OBI。
    2. Teehnologiea1FaultTask 任務(wù)是當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)報警時被調(diào)用，Peri1hPera1FaultTask 是外部 I/O 出錯時被調(diào)用，如果這兩個任務(wù)沒有程序，系統(tǒng)將停機(jī)，所以將一個空程序分配給這兩個任務(wù)。
    3. MotionTask 啟動一個運(yùn)動任務(wù)，如定位等，MotionTask 與 BackgroundTask 的區(qū)別在于 MotionTask 被調(diào)用后只執(zhí)行一次，該任務(wù)可以使用等待指令在執(zhí)行中無限期等待，但執(zhí)行完后不會自動再次執(zhí)行。
    4. BackgroundTask 任務(wù)中不能使用等待指令，否則 BackgroundTask 運(yùn)行超時會造成系統(tǒng)死機(jī)。

 

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