6ES7321-1BL00-0AA0产品齐全

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mcgs触摸屏在BGA返修、焊接设备上的应用及优势

    随着电子元件朝着小型化和高密集成化发展，BGA元器件已越来越被广泛地应用到SMT装配技术中来。而针对BGA返修的难度大而应运而生的BGA返修台也逐渐得到普及。

    多家BGA返修台生产企业采用mcgsTpc作为人机交互界面，进行各种参数的设置以及温度设定曲线和测温曲线的显示。

    特点一：强大的曲线显示及分析功能
    对于BGA返修和重新焊接，可以说温度的控制是关键性技术，mcgs触摸屏TPC1262HI具备强大的温度曲线的实时显示和历史浏览功能，并且划时代的提供了曲线的导入和导出功能，可以方便的在上位机浏览、打印整条温度曲线，便于用户进行工艺的研究和改进，对BGA焊接质量提高提供强有力的理论依据。

       特点二：完善的设备通讯兼容性     

    mcgsTpc不仅针对西门子PLC有着良好的兼容性，同时还可以利用嵌入式组态软件功能的拓展性，可以与多种温控仪表直接通讯，改变了原来操作者在仪表上设置温度的繁琐操作，直接在触摸屏上进行温度的设置。

    针对某些单片机级的温度控制器协议不统一，VC语言编写通讯接口相对比较复杂的情况，mcgsTpc专门提供了脚本驱动开发工具来解决驱动通讯的问题，采用与MCGS脚本语言兼容的编程语言，封装了大量标准功能，并提供必要的容错处理。您只需要做一些简单的设置，编写一些简单的脚本，就可以完成一个设备驱动。

    mcgsTpc还与大连理工大学通力合作，开发出替代原有PLC+温控模块的自控系统，进一步降低了BGA返修台自动化控制方面的成本，并将温度控制精度提高到了一个新的档次。

    特点三：强大的数据处理功能

     A. 配方数据存取查询；

    传统的威纶触摸屏+西门子PLC控制系统，由于触摸屏功能的限制，往往将配方存储在PLC中。一方面限制了配方的存储量，另一方面在PLC程序编写上也较为繁琐。而MCGSTPC由于具有组态软件+128MB存储的优势，将工艺配方改为在触摸屏上存储，简化了PLC编程，并将配方存储数量扩大到数以千计。mcgsTpc还具有特有的中文输入功能，大的方便了终客户输入中文名称的愿望！

    B. 工艺数据导出；

       mcgsTpc可将现场工艺数据以文件形式导出到U盘中形成报表，供客户分析打印；

三、mcgsTpc在电池卷绕、涂布设备上的应用及优势

    锂离子电池自1990年问世以来，因其的性能得到了快速的发展，并广泛的用于社会的各行各业，如移动电话、笔记本电脑等。而新能源汽车是采用了锂离子电子作为动力的，mcgsTpc与多家国内锂电池生产设备商合作，为祖国新能源的发展做出自己的贡献。      

mcgsTpc在锂电池多个生产过程设备中均有应用。表现了mcgsTpc强大的通用性及良好的度。  

     传统的触摸屏+PLC控制系统受限于触摸屏功能，往往将配方存储在信捷PLC中。一方面限制了配方的存储量，一方面在PLC程序编写上较为繁琐。而 mcgsTpc由于具有组态软件+128MB存储的优势，将工艺配方改为在触摸屏上存储，简化了PLC编程，并将配方存储数量扩大到数以千计。大大降低了终用户操作员的工作强度，并且下拉菜单式的配方选择，具备bbbbbbS风格，符合广大操作工的操作习惯。  

    由于锂离子电池具有大规模生产特点，一个生产车间里往往有数十台以上的设备，如何有效的对车间内的设备进行组网状态监视与参数设置，成为众多锂电池生产厂家的新需求。mcgsTpc具有的网络通讯功能成功在多家电池厂实现了联网管理效果。

    上位机（服务器-台式机）使用同样出自昆仑通态的MCGS通用版/网络版软件，通过TCP/IP以太网与锂电池生产设备上的mcgsTpc进行通讯，由于上下位机均采用了昆仑通态的软件，在连接和通讯上简单、成熟，大大降低了生产车间现场工程的难度。

    如果服务器使用MCGS网络版软件，还可以将每台设备的实时工作状态上传到厂内局域网甚至广域网中，远程管理不再是难题！

   纤维滤棒成型机组是生产滤棒的设备。经过十几年的应用，原组逐渐显示出技术上的局限性：机械结构复杂；电控系统相对落后；生产环境比较差，噪音响；维修难度高，能源利用率低等。因此，原组越来越不适应现代生产要求。结合的需求和机组的特点，运用伺服传动系统的优良特性及西门子PLC在工业控制中的优势，设计了此套控制系统。而监控设备及数据的设定修改则采用闽台威纶触摸屏MT6100IV5来完成。
1 系统概述
纤维滤棒成型机组控制和传动系统采用了Lenze公司的伺服系统、威纶触摸屏和西门子PLC，分别通过MPI和DP通讯控制。

纤维滤棒成型机通过二次开松、增塑剂添加、卷制成形、盘切断和排列装盘的过程生产滤棒。
2 控制策略 
(1) 对增塑剂添加的控制策略
起初延用原系统的欠阻尼响应曲线的控制方式。但是，在实际调试过程中，发现该控制方式存在一定的缺陷，具体表现为：每天次上电开机时，增塑剂存储器中增塑剂积累时间过长，造成一段时间内滤棒增塑剂含量过低。根据售后服务部门的反馈，某些为保证滤棒质量往往会剔除盒滤棒。这样会有较大的浪费。产生这种情况是因为每天工作结束时或者西门子plc重启时机组都会停机，并排空存储器中的增塑剂。由于欠阻尼响应到达设定值时间过长，造成开始阶段滤棒增塑剂含量过低。日常生产班次中，每次停机不排空增塑剂，而是在存储器中保有一定储存量。 
西门子plc会根据自动控制原理，车速斜坡响应可以分为过阻尼响应、临界阻尼响应和欠阻尼响应。理论上说，临界阻尼响应是理想的控制方式，这种响应方式既实现了控制的快速性又实现了控制的稳定性；过阻尼响应是为了稳定性牺牲快速性；欠阻尼响应则是为了快速性牺牲稳定性。然而，临界阻尼由于条件过于苛刻，在实际控制中是无法实现的。 
根据剩余的两种响应曲线的特性，笔者认为CPU启动时使用欠阻尼响应曲线，其理由是：西门子plc启动状态下，对增塑剂积累时间的要求于增塑剂含量的稳定性；而其他状态下使用过阻尼响应曲线，此时对含量的稳定要求于积累的快速性。 
因此，利用S7-300西门子plc启动时的组织块OB100在CPU启动中只执行一次的特性，对增塑剂伺服电机的控制方式依据机组不同的启动状态采取了不同响应曲线下的控制方法。具体来说，在西门子plc启动时（此时增塑剂存储量必定为零），通过启动组织块OB100中送出高速运转命令至增塑剂伺服电机，使控制曲线成为欠阻尼响应状态以实现对存储器中增塑剂的快速积累。而在非CPU启动状态，控制增塑剂伺服电机的FC功能块将送出普通速度命令，使控制曲线成为比较接近临界阻尼的过阻尼响应状态。 
新的设计避免了西门子plc重启时带来的增塑剂积累过慢的问题、减少了废品数量，因此这样的设计不会影响正常生产状况时增塑剂含量的稳定性。 
(2) 对滤棒剔除支数的计算策略
在纤维滤棒成型机的生产中，为保证滤棒质量，每当速度一定的设定值时，机组就会剔除此时的滤棒。此时机组的速度是不断变化的，按通常方式无法计算出具体的剔除支数。这对统计生产效率带来了相当的困难。 
笔者可以得到动态的车速反馈，但这条反馈曲线是不断波动和变化的非线性曲线。对于非线性曲线，数学上只能够采用面积积分求解的计算方法。对于此项目就是要求给出一定时间内主电机的圆周行程，即机组一段时间内所生产的滤棒长度。 
从这一角度出发，笔者考虑采用了对车速进行模拟积分的计算方法，即从积分的基本定义出发，求出剔除时间内的滤棒生产长度L=Σ(Δv*Δt)，再除以单个滤棒长度得剔除支数的计算方法。 
按照积分的定义要求，积分求解是在一定条件下才能够成立。这个条件就是Δt要足够的小即Δt→0。在实际过程中，近似认为Δt=20ms时可以满足条件。此时，计算得出的滤棒支数与实际滤棒支数的误差在±3支以内。在精度上，以生产速度3300支/分钟计（此时滤棒长度为120mm），±3支的精度是可以满足精度要求。所以笔者认为只要将Δt控制在20ms时就可以满足积分求解的条件。 
原系统的西门子PLC扫描一周的时间高达几十毫秒，显然不满足要求。而此项目采用的CPU315-2DP，其单指令扫描周期为10μs级、整个扫描周期被缩短为7~8ms，这样就满足了积分计算的要求。 
(3) 对拼接纸圈的控制策略
改造之前，纤维滤棒成型机执行的是降低运行速度再进行纸圈拼接。这种降速接纸方式对实际生产是不利的：每次降速都会造成车速的大幅度变化，影响了滤棒的质量。为这种影响，笔者采用了不降速拼接的方法。不降速拼接和降速拼接并没有本质的区别：两者采用的接纸动作一样，两者只是在机械结构和电气控制元件上有区别。接纸速度的提高势必使纸圈的静摩擦力同等上升。如果转速斜坡率过高会产生很大的静摩擦力，该力会撕裂纸圈。如果转速斜坡率过低，拼接时的纸圈浪费将增加。 
为避免烦琐，该项目放弃西门子变频器对接纸电机转速的分段控制。为求出静摩擦力和纸圈长度两者之间的优控制，笔者对接纸电机上升时间采取优筛选法。通过优筛选法得到的电机上升时间大约为3.4s。考虑到生产情况及电磁阀等器件的时滞效应，将这一时间进一步放宽为3.5s。 
3 程序设计 
程序设计采用了结构化设计，将所需实现的各主要功能编制成为S7-300中的用户功能块（FC块），在主程序循环模块（组织块OB1）中调用这些已经编制好的子程序。 
程序设计分成硬件设计和软件设计两方面。在硬件方面针对系统要求进行设计，在软件方面则按需要编制了速度计算模块、报警和故障模块、伺服电机执行模块、增塑剂执行模块、生产统计计算模块等FC块和预设、保持系统及生产数据的数据块DB块。 
(1) 硬件设计与组态
本系统在S7-300西门子plc的硬件方面采用了1块PS307 电源模块，1块CPU315-2DP，4块24V/0V SM321数字量输入模块，3块24V/0. SM322数字量输出模块，1块FM352-2高速计数模块，2块SM331模拟量输入模块，1块SM332模拟量输出模块以及用于DP总线通讯的IM153-1通讯模块1块。 
S7-300西门子plc的外围设备为5个伺服电机的DP通讯端。 

对上述硬件按要求进行组态，分别占据Profibus-DP通讯端的2、3~7和9号站

 定量包装机的组成：称重式自动定量包装机由供料部分、称重部分与卸料部分组成。供料部分分为储料斗和重力供料装置。储料斗用于存储需要灌装的物料，重力供料装置主要是向称量料斗中提供物料。称重部分即称量斗，它通过和称重传感器相连，测量物料重量。卸料部分用来完成标准重量物料的卸料装袋过程。

2.2 工作原理

   采用西门子plc控制的称重式自动定量包装机的工作原理：当储料斗中物料足够，在重力的作用下进入重力供料装置，打开料门进入大给料状态。当到达给定大给料重量时，关闭给料门，留一条狭缝，进入小给料状态。当到达给定小给料重量时，关闭给料门，经过一定的空中落料，称量斗稳定，并且卡袋机构卡紧时，卸料门打开，物料进入放料斗，再落入袋内，完成一个包装循环。
3.控制系统硬件设计

   该系统主要为开关量控制，料门的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制。设备即可以手动操作也可以自动操作。手动操作要求用按钮对机器的每一步运动单进行操作控制。自动操作要求按一下自动/手动选择开关，机器自动地、连续不断地周期性循环。在工作中若按下停止按钮，则机器继续完成一个周期的动作，回到初始状态后自动停止。根据称重式自动定量包装机的操作和控制要求，控制系统选用西门子公司的SIMATICS7-200系列西门子PLC，此系列的PLC具有结构紧凑、模块化、可扩展性强、指令集丰富等特点。所选CPU 的型号为CPU 226 AC／DC／REL，它提供24 个数字量输入和16个数字量输出，输入／输出接口电路均采用了光耦合电路，对外界接口具有很强的适应性。并且2个RS485 通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。由于要处理传感器的模拟量输入信号，所以扩展了一个EM235西门子plc模拟量处理模块，该模块具有4 路模拟量输入。监控采用TPC1162HI昆仑通态触摸屏对整个系统进行过程监控显示以及参数设定等功能，可以通过PPI协议和s7-200系列西门子PLC的编程口或扩展通讯口直接通讯。

4.控制系统软件设计

控制系统软件设计为各功能软件设计，包括显示功能、参数设定功能、自动修正给料量功能、通讯功能等。

4.1 称重信号处理

由于西门子plc系统中称量信号存在干扰，需要对信号进行滤波处理，并判断信号是否稳定，读数是否准确。所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号的比重，是一种程序滤波即软件滤波。常见的滤波方法有限幅滤波、限速滤波、中值滤波、滑动平均滤波等。本系统采用滑动平均滤波方法，系统采集的信号是与重量成正比的电压信号。这类信号的特点是存在一个平均值，信号在某一数值范围附近作上下波动，在这种情况下仅取一个采样值作为判断依据显然是不准确的。采用滑动滤波方法可以得到较好的效果。该方法采用新采集的一个数据替换n 个暂存数据中的早的一个数据，使得n 个暂存数据始终是近的数据。求平均后所得数据既反映了近的数据变化，又克服了随机误差带来的响。

所求的平均值为

当标准差σ 小于设定值时，则系统稳定，当前值即为称量值。根据系统要求的精度不同，可以设定不同的值。

4．2 西门子PLC程序设计

根据称重式自动定量包装机的操作要求，确定各动作的顺序和相互之间的关系，画出程序流程图，再由西门子PLC输入输出的逻辑关系编写出梯形图。本系统输入端口定义为自动手动按钮、卡袋复位按钮、单步执行按钮、总复位按钮、停止按钮、卡袋开关等，输出端口定义为称量斗稳定指示、大给料气缸动作、小给料气缸动作、卸料气缸动作、卡袋气缸动作、系统报警等。输出采用西门子公司STEP7-Micro/WIN32 软件进行编写。
4.3 MCGSTPC昆仑通态触摸屏显示画面设计

TPC1162HI除LCD显示窗之外，用来完成画面跳转，开关量、位状态设定等功能。本系统中通过TPC1162HI来可以设定灌装目标重量、大给料量、小给料量，同时实时监控称量重量，并且查看灌装数据。