西门子代理商-交换机代理商

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随着激光技术的发展，激光测距传感器在检测领域得到了越来越多的应用。基于HOLLIAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统，在上位机监控下，对多台激光测距传感器采集的数据进行处理，通过PLC把数据传送给上位机应用软件。

激光测距传感器的基本原理是通过相位测距技趵慈范勘昃嗬搿Ｖ灰獬龇⑸浜徒邮展獠ǖ南辔徊睿纯傻玫侥勘甑木嗬耄虼讼辔徊饩嗫衫斫馕缘髦乒獠ò氩ǔの安饬砍叨取暗木嗬氩饬糠椒ā?/P>

激光测距系统的部分为和利时公司基于HOLLIAS-LEC G3系列小型一体化PLC的40点CPU模块LM3108，该模块包含PORTO和PORT1两个串口，其中PORTO为RS485通信接口，PORT1为RS232通信接口，利用RS232通信接口可建立PLC与上位机的通信，实现PLC程序的下装和监控。利用RS485通信接口可建立PLC与现场仪表通信。利用PLC自由口协议可设置各类通信参数，方便地与激光测距传感器进行通信。PLC通过自由口协议接收多台激光测距传感器发送过来的数据，根据传感器提供的数据格式解析数据包、计算出测量的距离。该系统还具有显示测量距离，在非正常情况下报警，与上位机进行数据交换等功能。

该方案的控制程序选用和利时公司的编程软件PowerPro实现，根据传感器通信参数要求，设置PLC的PORTO通信协议。PLC采用自由协议方式接收激光测距传感器的数据，用%MB400-%MB411的12个字节作为通信接收寄存器，存放自由口通信方式下所接收的数据。由于PLC对传感器操作指令的形式是ASCII码，在发送数据时，需把来自传感器的ACSII码转换为PLC可操作的十六进制数，并写入数据缓冲区后，再进行偶校验，校验完成后写入发送缓冲区，供串口发送。同样，杂接收数据时，需把接收缓冲区的ACSII码格式数据转换为十进制数，存放在自定义的寄存器中，后以视图形式显示。

该方案成功地实现了小型PLC通过自由协议监控多台激光测距传感器，且系统结构简单，运行稳定、运行效果良好。

1.引言

随着机械自动化水平的不断提高，自动控制技术在定量包装生产中应用越来越多，在粮食、化肥、饲料和轻工等行业中都有广泛应用。称量包装技术的发展大致经历了手工称量、继电器控制、称重仪表控制、PLC 控制等几个阶段。相对于传统的称重仪表控制，应用PLC 和触摸屏组成的控制系统便于将开关量设置、复位操作以及设定和修改系统参数功能的结合，提高机器速度和精度。

2. 包装机的工作原理

2.1 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。如图1 所示，为包装机的组成图。

2.2 工作原理

称重式自动定量包装机的工作原理流程图如图2 所示。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。控制系统框图如图3 所示。

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EM 235 模拟量处理模块，该模块具有4 路模拟量输入。POP 文本显示器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。如图4 所示为软件系统的总体结构。

4.1 称重信号处理

由于称量信号存在干扰，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

标准差为

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 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，程序流程图如图5 所示。

4.3 POP 文本画面设计

POP-HMI 除 LCD 显示窗之外，还有22 个薄膜开关按键，其中16 个按键能被设定成特殊的功能键，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POP-HMI 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。

5.结束语

本系统设计完成后，进行了多次模拟实验，并且根据现场调试的情况进行修改。系统在投入运行后，性能稳定，满足各项工艺要求，生产效率和产品质量均有所提高，完成了机械和电器控制系统的一体化要求，可广泛应用于食品包装等行业。

（一）读取单片机的信息
根据空压机控制器内单片机的相关Modbus通讯协议，编写通讯“读信息指令”的数据帧，以PLC中的Modbus通讯指令发给控制器内的单片机，单片机响应后返回相应的数据帧。通过返回帧的相应字符串判断与控制器相连的空压机的各种故障状态工作状态以及空压机的各种压力温度数据，并将返回的各类数据存放在相应的数据寄存器。
在该子程序的开始部分，执行站地址加1的操作，即每进入读数据子程序就会读取上次读过的程序的下一台；靠站地址的不断变化我们实现了读取数据通讯的轮询操作。

空压机系统联控可以根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。有效保持了系统内空气压力稳定。调整了整体的负载平衡，减少了排气放空，节约了多的能源，提高了监控系统的有效性，真正实现了无人自动化操作

随着我国房地产业的发展，也带来了电梯制造业的繁荣和激烈竞争，作为中国电梯行业羊的上海三菱，面临着的压力和竞争挑战。为了保持优势，在降低制造成本的同时也能增大产量来满足订单的需求，上海三菱电梯着手进行生产设备的改造和添置。
电梯的轿门（即电梯门）是整个电梯直接接触乘客的部分之一，每部电梯都会使用到几十甚至上百块轿门。一般的轿门均采用不锈钢或者类似的材料进行制造。为了美观，轿门板和其他工件的连接不能使用焊接、螺栓或者铆钉，而是要使用某种金属粘合剂。以前，的粘合剂的涂敷需要熟练的技术工人手工操作，但是涂抹的均匀度和速度都不能让人满意。同时，在凝固的时候没有专门的恒温加热设备，自然凝固的粘合质量难以控制。对于这个电梯中关键部件的制造，上海三菱电梯决定定做全新的生产线，在轿门涂胶这个工艺环节上进一步保证产品质量，提高生产效率。

流水线的工艺流程
在这套生产流水线的解决方案中，预加工好的不锈钢轿门板先在前处理工作台上进行清洁，然后送入涂胶平台，按照预先设定好的图案和涂胶量由全自动喷自动进行涂敷。操作工人确认涂敷无误后再在门板上安放好需要粘接的其他工件。

在涂胶完毕之后，门板被送入加载平台，加载平台将自动运行，把门板送入烘箱内进行加热。
烘箱内一共有4层，每层4个，一共16个工位，可以同时容纳16块门板进行加热，促使胶水凝固。每个工位的温度都是进行立控制的，以确保升降温的平滑性。同时，其加热时间也都是单进行计时，以保证不会有胶水被过分加热或者加热不足而导致质量问题。
这样，在预先设定好温度下，加热了设定的时间之后，门板会自动被送出烘箱，通过卸载平台放置到检查台上，经工人确认没有质量问题之后送进下个加工工段使用。至此整块电梯轿门涂胶加工完毕。
解决方案
经过多方比较，上海三菱电梯决定采用由奥地利Sigmatek公司生产的DIAS系列PLC和工业PC产品作为控制系统。
整个控制系统包括一台PCT121 工业PC担当的SoftPLC CPU。伺服控制模块一组，用以控制用3轴伺服电机驱动的涂胶平台。数字量和模拟量的输入输出模块若干，负责外围液压、气动以及变频器等执行设备的控制。此外还通过通讯端口同美国生产的胶水泵送、计量和喷系统进行通讯，共同配合使用。

PCT121工业PC不同于传统意义上的工控机。它采用了10.4寸TFT真彩液晶显示触摸屏，具有的显示效果。整个系统的各种参数均在这个界面上进行显示。而PCT121的处理器采用300MHz Inbbb Celeron芯片，内存64MB，内建10GB的硬盘。不论是运算的速度，还是针对生产数据的存储空间都可以说是绰绰有余。而其操作系统则是采用Sigmatek LASAL OS，而不是稳定性欠佳的bbbbbbs平台，保证了整个系统365X24小时连续运行的稳定性。
在3轴伺服电机驱动的涂胶平台方面，整个系统采用了3套YASKAWA安川交流伺服。可通过进行X、Y两轴联动画出任意的平面曲线。通过Z轴调整涂胶喷头的高度，以便适应不同的厚度。所有伺服控制程序的运算由PCT121进行，再由Sigmatek的伺服控制模块进行发出和接受位置控制和编码器反馈的信号来进行闭环控制。
除去需要控制伺服涂胶，侦测各类限位开关信号和控制液压输送回路之外，PCT121还需要进行16路的PID温度闭环控制。通过16组电加热丝以及变频器带动的风冷机构之间的交替动作，可以地立控制每个门板的温度，精度达正负0.5度。
除了上述的工作之外，PCT121还需要计算每块门板的加热时间，还要保证各个工作之间的互锁保护等等任务。
后期改造工程
整套生产线于2002年底投产之后一直运行正常，为上海三菱电梯的增产增效做出了贡献。在将近一年的使用之后，上海三菱电梯决定将这套生产线的控制系统并入工厂ERP的监控网络之内，这是当初设计制造的时候所没有提出的要求。
所幸，Sigmatek的软硬件系统均具有良好的开放性和可扩展性，系统程序也非常容易进行修改和升级。经过双方的沟通，鼎茂兴公司技术人员用数天的时间进行讲解和培训，后，和上海三菱电梯的工程师一起进行了将该生产线并入ERP系统的改造。

由于PCT121工业PC自带有以太网接口，所以省去了扩展硬件的麻烦。通过简单地配置启动参数，直接将PCT121定义好IP地址、DNS、默认网关等参数，便顺利接入了车间现场的交换机，并路由成功。由于LASAL采用变量的方式取代了一般PLC编程的地址定义方式，所以在后期的修改上就变得为简单。工程师们根据ERP系统所需要读取的生产参数，对应找到了原程序中的各个LASAL系统变量，这样就可以直接修改程序来实现进行发送和读取的相关功能了。经过一段时间的程序编写和调试，PCT121顺利和SAP R/3以及完成了信息的交换。ERP可以直接地实时得知生产线的当前值班职工编号、生产产品型号、产量、累积产量、设备状态、报警信号等等信息，还可以上传备份生产数据，甚至可以直接远程控制生产线紧急停车。至此这条轿门涂胶生产线已经成功地和上海三菱电梯的ERP系统完成了整合。