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北京綠創(chuàng)生態(tài)科技有限公司關(guān)沖

摘要：本文講述了啤酒灌裝線中卸箱機電氣控制系統(tǒng)由S5升級為S7的思路及方法，描述了硬件升級的對應(yīng)模塊、編程過程中的難點語句的處理方法、AS-i總線的尋址方法以及格雷碼的轉(zhuǎn)換語句思路和程序。

關(guān)鍵詞：西門子S5和S7、PLC、AS-i總線及格雷碼

我公司于98年購進一條3.2萬瓶/小時啤酒灌裝線，是由德國KRONES公司生產(chǎn)，這條灌裝線的卸箱機生產(chǎn)能力為3.6萬瓶/小時，十多年來一直運行良好，卸箱機的控制系統(tǒng)是采用西門子S5-115U系列PLC進行控制，控制穩(wěn)定可靠，去年5月PLC出現(xiàn)故障停止生產(chǎn)。

一、卸箱機的功能與結(jié)構(gòu)

該卸箱機由輸瓶裝置、輸箱裝置、抓瓶裝置、雙四連桿機構(gòu)、機架、氣動裝置、電氣控制系統(tǒng)等部分組成。當裝滿啤酒瓶子的塑料箱子從輸箱帶走過時止箱汽缸上升止住箱子，分箱汽缸帶動分箱架子將箱子分開，使得每個瓶子正對一個抓瓶裝置，同時抓瓶裝置下落到瓶子上，抓瓶汽缸動作，將瓶子抓住，接著抓瓶裝置上升將瓶子放到輸瓶臺上，空箱放走，裝滿瓶子的箱子再過來，這樣往復運動。每次卸箱6個，每箱裝瓶子24個，所以動作一次卸瓶子144個。

機械部分較簡單，每年更換易損件，運行良好；其電氣部分主要由兩臺同步電機帶動雙四連桿機構(gòu)，為確保兩臺電機同步運行，在電機上安裝了編碼器，PLC隨時讀取其數(shù)據(jù)進行比較，自動調(diào)整，確保兩臺電機同步；止箱、分箱、及每個汽缸均根據(jù)編碼器的數(shù)值動作，所以編碼器的數(shù)值至關(guān)重要。

二、改造思路與過程

故障原因是PLC損壞，為了給以后其他設(shè)備改造打基礎(chǔ)和節(jié)省資金，公司決定對這臺卸箱機進行升級改造，將控制系統(tǒng)升級為S7-300控制系統(tǒng)。升級分為硬件和軟件升級兩部分。

硬件的升級改造

其硬件由電源模塊、CPU主模塊、AS—i通訊模塊及數(shù)字量輸入輸出模塊，其更新升級替代模塊如表一所示

表一

2、軟件的升級改造

S5系列的PLC是西門子早期生產(chǎn)，它的編程軟件是在MS-doc系統(tǒng)下運行，和現(xiàn)在的S7-200、300的語句截然不同，不能直接相互轉(zhuǎn)換，這就給改造帶來非常大的困難，并且S5語句不易懂，熟悉它的工程師較少。經(jīng)過總結(jié)我認為難點主要有以下幾點：

第一、塊的處理。S5程序由組織塊BO、功能塊PC、數(shù)據(jù)塊DB和程序塊PB組成,這些塊所起作用不同，編程方法也不相同，源程序共有20個塊，我的思路就是必須看懂原有的S5程序，熟悉每個塊的功能和性質(zhì)以及使用方法，清楚塊與塊之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，所起作用，將其一句句轉(zhuǎn)變?yōu)镾7的程序；編寫完成后，其中S5和S7組織塊相似，變動較少，將S5的功能塊變成S7的子程序塊，S5的程序塊依然變成S7的程序塊可。

第二、語句的處理。對于S7和S5語句相同功能相同的只要照抄即可;還有語句相似功能相同,如S5中LPY13是讀第13個字節(jié)的數(shù)值，在S7中器語句是，LIB13，基本相似，只要從其功能出發(fā)，確保功能相同即可，再比如調(diào)用數(shù)據(jù)塊22，S5用OPENDB22，S7用CDB22表不同；另外在S5中數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)是雙字，在S7中數(shù)據(jù)塊中數(shù)據(jù)是單字，所以對應(yīng)到7中是DBW0、DBW2、DBW4、DBW6，即是偶數(shù)的形式，與S5不同；有的語句在S5中有而在S7中沒有，就需要搞清楚其功能，用S7中組合語句將其替代，比如S5有語句DOFW120SLW0，在S7的語句表中就沒有這個語句，需要通過轉(zhuǎn)換，在表二中，帶下劃線的就是他們之間巧妙的轉(zhuǎn)換，其他語句也能相互轉(zhuǎn)換。

表二：

第三、尋找AS-i總線地址的對應(yīng)關(guān)系。AS-i總線在歐洲也叫省線模式，由CP2430控制兩路總線(分別為MasterA和MasterB)，它的難點是總線地址不便于理解，通過認真讀源程序及現(xiàn)場器件的地址比較找出規(guī)律及相互對應(yīng)的順序，每路總線帶31個站，每個站帶四位地址，其對應(yīng)關(guān)系如圖表三所示，在表三中只要起始地址64.0固定，其余依次地址排列，31個站點一直排到79.7，在編程時要特別注意地址的順序，和使用的地址，另外0#站點的四位不能使用；同時在STEP7編程時與之地址相互對應(yīng)，總線控制的地址難點迎刃而解了，同時編程問題也就變得簡單了，將STEP7中默認地址進行修改，只需將起始地址修改即可。

第四、數(shù)值的轉(zhuǎn)換。這臺卸箱機主軸是由兩臺同步電機帶減速機驅(qū)動，為使兩臺減速機同步，減速機上安裝了絕對值編碼器，當兩個編碼器差值超過一定數(shù)值時，說明主軸有故障，必須停機校正；這兩臺編碼器是格雷碼編碼器，格雷碼是一種無權(quán)碼，采用絕對編碼方式，典型的格雷碼是一種具有反射特性和循環(huán)特性，格雷碼必須變換成二進制碼，然后變換成十進制碼進行比對，二進制轉(zhuǎn)換成十進制容易，二進制格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進制碼,其法則是保留格雷碼的最高位作為自然二進制碼的最高位，而次高位自然二進制碼為高位自然二進制碼與次高位格雷碼相異或，而自然二進制碼的其余各位與次高位自然二進制碼的求法相類似，為了便于理解我選用雙字1011010011111101為例，進行轉(zhuǎn)換其步驟如表四所示，轉(zhuǎn)換結(jié)果為1101100010101101。

其程序轉(zhuǎn)換對照如表五所示，在S7語句中從輸入字節(jié)PIB12和PIB13中讀取的數(shù)值，存放到數(shù)據(jù)字DBW中，通過移位、異或得到二進制數(shù)，將其存放到DB22中。

表五

三、改造時間及效果

1、改造的具體時間

公司于5月20日決定采用升級改造的方法，從21日我們開始聯(lián)系西門子公司，采購S7-300系列的PLC卡件，并著手編寫程序，6月1日安裝了PLC卡件并開始接線、調(diào)試，期間部分程序進行了反復的修改，最終于6月10日成功交付車間使用，本次改造時間20天。

2、改造效果

在卸箱機性能方面：采納了一些操作人員的建議升級改造后的卸箱機功能更實用，更便于操作，減少了中間停機時間；在備件管理上，由于運用了S7-300的控制系統(tǒng)，西門子S7-300系列的卡件市面非常多，經(jīng)計算原來S5需要12萬的備件，現(xiàn)在只需1.8萬元，有利于備件管理；在節(jié)約資金方面：這次升級改造比更換S5器件節(jié)約資金8萬元。