基于S7-200 SMART PLC的智能桶式封裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

梁銀海 張亮 王亞瓊

摘 要：為提升機(jī)采煤樣封裝系統(tǒng)整體性能，設(shè)計(jì)了以西門子s7-200smart PLC為核心控制器的新型智能桶式封裝系統(tǒng)，通過PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)出桶、自動(dòng)選桶、自動(dòng)放樣稱重及芯片編碼讀寫功能。文章從系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)硬件和軟件方面詳細(xì)闡述了設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法，詳細(xì)介紹了設(shè)備運(yùn)行的軟件流程。本系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，現(xiàn)場運(yùn)行效果良好。

關(guān)鍵詞：機(jī)采煤樣;s7-200smart;智能桶式封裝

引言

當(dāng)前常見的機(jī)采煤樣封裝標(biāo)識(shí)主要有編織袋縫口方式、塑料桶封鋁膜方式、不銹鋼桶封蓋方式等[1]。編織袋縫口方式勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗材多，同時(shí)對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重;塑料桶封鋁膜方式耗材多，且鋁膜不宜清理，多次使用后，封蓋成功率較低;不銹鋼桶封蓋方式桶蓋采用電動(dòng)機(jī)構(gòu)，需經(jīng)常充電，但現(xiàn)場粉塵較大，濕度較大，設(shè)備故障率高，增加了設(shè)備維護(hù)成本。同時(shí)現(xiàn)有的煤樣桶封裝方式無法實(shí)現(xiàn)煤樣編碼自動(dòng)寫入，需人工打印貼碼，人力成本高。

針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)了新型智能桶式封裝系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了機(jī)采煤樣的自動(dòng)封裝標(biāo)識(shí)，同時(shí)具備自動(dòng)進(jìn)桶、出桶、自動(dòng)尋目標(biāo)桶、指定工位出桶、稱重計(jì)量及樣桶編碼寫入功能。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能適應(yīng)于惡劣的環(huán)境，使用方便，性能穩(wěn)定，煤樣桶重復(fù)利用率高，耗材低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

智能桶式封裝系統(tǒng)主要包括進(jìn)桶平臺(tái)、轉(zhuǎn)盤單元、稱重編碼單元、壓蓋單元、出桶平臺(tái)、框架組件、電控系統(tǒng)及其他輔助部分組成。

進(jìn)桶平臺(tái)由進(jìn)桶氣缸、進(jìn)桶平臺(tái)電機(jī)、托輥裝置及外部信號(hào)檢測裝置組成，用于實(shí)現(xiàn)空煤樣桶手動(dòng)和自動(dòng)進(jìn)入轉(zhuǎn)盤單元功能。

轉(zhuǎn)盤單元主要包括工位圓形轉(zhuǎn)盤、樣桶定位裝置、回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置及驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。

稱重編碼單元由稱重氣缸、芯片讀寫器、稱重傳感器、稱重儀表及配套電纜等組成，實(shí)現(xiàn)計(jì)量和編碼讀寫功能。

壓蓋單元主要發(fā)蓋裝置、壓蓋裝置及附屬設(shè)施構(gòu)成，該單元用于實(shí)現(xiàn)煤樣桶自動(dòng)封裝壓蓋功能。

出桶平臺(tái)由出桶氣缸、出桶托輥平臺(tái)以及外部信號(hào)檢測裝置組成，用于實(shí)現(xiàn)非空桶自動(dòng)和手動(dòng)出桶功能。

2封裝系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要采用西門子200smart作為核心控制器[2]，CPU型號(hào)為ST40，該信號(hào)CPU具有24路數(shù)字量輸入點(diǎn)、16路數(shù)字量輸出點(diǎn)，同時(shí)配置有RS485串口及以太網(wǎng)通訊接口。

本系統(tǒng)輸入信號(hào)主要有按鈕、動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)限位信號(hào)及外部檢測輸入信號(hào);輸出信號(hào)主要有轉(zhuǎn)盤電機(jī)、指示燈信號(hào)及動(dòng)作執(zhí)行電磁閥信號(hào)。

PLC控制器通過485通訊電纜分別連接稱重計(jì)量儀表以及芯片讀寫器設(shè)備，系統(tǒng)同時(shí)配有與MCGS觸摸屏通訊信號(hào)實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制及運(yùn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)展示功能[3]。

3封裝系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

進(jìn)桶模塊：控制系統(tǒng)給出啟動(dòng)信號(hào)，進(jìn)桶平臺(tái)輸送線啟動(dòng)。當(dāng)檢測到桶位到達(dá)信號(hào)時(shí)，輸送線停止工作。進(jìn)桶氣缸動(dòng)作，將空桶推入到轉(zhuǎn)盤內(nèi)，進(jìn)桶氣缸退回，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)一個(gè)工位后，再次啟動(dòng)進(jìn)桶平臺(tái)輸送線執(zhí)行進(jìn)桶操作，進(jìn)桶循環(huán)執(zhí)行指定工位數(shù)后完成進(jìn)桶操作功能。

出桶模塊：控制系統(tǒng)給出出桶信號(hào)，出桶工位檢測當(dāng)前工位有桶且非空桶時(shí)，出桶氣缸動(dòng)作并推出煤樣桶，當(dāng)前工位出桶后，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)工位并檢測是否滿足出桶條件，循環(huán)執(zhí)行指定工位數(shù)的出桶操作后完成本次出桶任務(wù)。

稱重編碼模塊：控制系統(tǒng)給出稱重信號(hào)，稱重氣缸推出，樣品桶被抬起，稱重傳感器將重量數(shù)據(jù)實(shí)施傳送到PLC控制系統(tǒng)，現(xiàn)場電控柜子儀表以及上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示稱重?cái)?shù)據(jù)信息，當(dāng)煤樣桶重量達(dá)到設(shè)定數(shù)值后，PLC控制系統(tǒng)執(zhí)行封裝壓蓋出桶操作;當(dāng)系統(tǒng)給出寫碼指令時(shí)，執(zhí)行讀寫碼操作，經(jīng)管控系統(tǒng)下發(fā)的數(shù)據(jù)編碼實(shí)時(shí)傳輸進(jìn)控制系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)煤樣桶寫碼操作過程。

壓蓋模塊：

控制系統(tǒng)給出壓蓋信號(hào)，推蓋裝置將桶蓋推出。當(dāng)系統(tǒng)檢測到桶蓋推出到位時(shí)，夾蓋氣缸動(dòng)作并夾住桶蓋。壓蓋氣缸下降動(dòng)作并吸住桶蓋后，退回推蓋氣缸和夾蓋氣缸。壓蓋氣缸再次動(dòng)作，將桶蓋壓到樣品桶上完成封裝壓蓋操作。

封裝系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程如圖3所示，采用順控器執(zhí)行規(guī)則[4]，設(shè)備上電后，管控系統(tǒng)發(fā)送封裝啟動(dòng)命令及編碼數(shù)據(jù)，封裝系統(tǒng)判斷當(dāng)前接料工位編碼與管控編碼是否相同，若編碼相同，則系統(tǒng)執(zhí)行當(dāng)前工位煤樣桶接料及稱重功能;若不相同，則執(zhí)行找桶邏輯。

找桶邏輯中，首先比較管控編碼是否與系統(tǒng)其他工位編碼相同，若數(shù)據(jù)比對(duì)相同，則定義該工位為目標(biāo)桶工位，系統(tǒng)將目標(biāo)工位桶轉(zhuǎn)至接料位并執(zhí)行稱重功能;若管控編碼與系統(tǒng)其他工位編碼都不相同，則系統(tǒng)查找是否有空桶，存在空桶時(shí)，將空桶轉(zhuǎn)到接料位，執(zhí)行稱重及寫碼功能;若系統(tǒng)沒有空桶則發(fā)出缺桶報(bào)警。

找桶邏輯成功執(zhí)行后，主程序繼續(xù)執(zhí)行稱重接料子程序，系統(tǒng)實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前接料工位煤樣桶重量信息，當(dāng)改工位桶重量達(dá)到設(shè)定重量時(shí)，將接料工位煤樣桶旋轉(zhuǎn)至壓蓋工位執(zhí)行壓蓋操作，壓蓋完成后旋轉(zhuǎn)至出桶工位執(zhí)行出桶工位。正常出桶后，系統(tǒng)執(zhí)行進(jìn)桶流程，從進(jìn)桶平臺(tái)自動(dòng)補(bǔ)空桶到剛空出的轉(zhuǎn)盤工位中，完成一輪循環(huán)操作。

當(dāng)管控系統(tǒng)再次發(fā)送封裝啟動(dòng)命令及編碼后，循環(huán)執(zhí)行上述流程。

4結(jié)束語

本系統(tǒng)充分利用了S7-200SAMRT plc的硬件特點(diǎn)，利用編程軟件實(shí)現(xiàn)封裝系統(tǒng)過程智能化，能自動(dòng)記憶每個(gè)工位狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)煤樣桶的智能化管理;方式多樣化，具備自動(dòng)方式、半自動(dòng)方式工作方式，半自動(dòng)方式下支持自動(dòng)進(jìn)多桶、自動(dòng)出多桶等操作;同事系統(tǒng)以“人性化”為理念，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)進(jìn)桶，自動(dòng)出桶，減輕了取樣人員勞動(dòng)強(qiáng)度。改設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)行效果良好，值得廣泛推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀小明 張順林.火電企業(yè)燃料智能化管理.北京：中國電力出版社，2014 P2-P3

[2]宋伯生.PLC編程實(shí)用指南.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 P7-P8

[3] 王永紅.MCGS組態(tài)控制技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2020 P65-P67

[4]張春.西門子STEP7編程語言與使用技巧.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 P108-P110

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