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枕式包裝機上位機監(jiān)控系統(tǒng)設計

發(fā)布時間：2020-05-19 16:26:36 |來源：網絡轉載

  1. 枕式包裝機上位機監(jiān)控系統(tǒng)設計

在對包裝工藝明確的基礎上，系統(tǒng)設計的主要任務是如何控制實現這些過程，并取得較好的實際效果。  本設計主要包括以下幾個方面:

    1. 電氣控制系統(tǒng)設計;
    2. HMI(人機界面)設計;
    3. SIMOTION 與上位機通訊設計;
    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 轉換后與上位機通訊，用來調節(jié)吸氣電機的轉速從而調節(jié)吸氣或吹氣的強度，這由具體被包裝的產品的特性來決定;PLC 及模擬量擴展模塊 EM231 通過 RS-485 接口與上位機通訊，用來實現橫封及縱封加熱裝置溫度的閉環(huán)控制。 運動控制部分的核心是 SIMOTION D425，與 SINAMICS 驅動模塊通過 DRIVE-CLiQ 接口進行數據交換， 在本文 SIMOTION D425 中采用以太網 UDP 的方式與上位機通訊。

  1. 電氣控制系統(tǒng)

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

    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，伺服電機本身具有很好的自保護功能，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，保護電力設備，另一方面為了調試程序方便門，有些時候伺服電機驅動器設置參數后需要斷電，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 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。

    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 地址及外設連接

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

  1. HMI(人機界面)設計
    1. MCGS 組態(tài)軟件簡介

工業(yè)控制組態(tài)軟件在工業(yè)界有著相當廣泛的應用，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、過程輸出設備、生產車間、控制回路、文件報警、生產報表、控制策略、網絡設備和生產工藝畫面進行定義與組態(tài)。

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

MCGS  具有操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點己成功應用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機械制造、交通運輸、能源原材料、農業(yè)自動化、航空航天等領域，經過各種現場的長期實際運行，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 運行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成。 兩部分相互獨立，又緊密相關，MCGS 組態(tài)環(huán)境是生成用戶應用系統(tǒng)的的工作環(huán)境，用戶在組態(tài)環(huán)境中完成動畫設計、設備連接，編寫控制流程、編制工程和打印報表等。 全部組態(tài)后生成擴展名為 MCG 的工程文件，又稱為組態(tài)結果數據庫，其與 MCGS 運行環(huán)境一起構成了用戶應用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為工程。

MCGS 運行環(huán)境是用戶應用系統(tǒng)的運行環(huán)境?？捎蓤?zhí)行程序 McgsRun.exe 支持，其存放于 MCGS 目錄的 Program 子目錄中。在運行環(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、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略五部分構成，每部分分別進行組態(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備窗口和多個用戶窗口，負責調度和管理這些窗口的打開或關閉。     主要的的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設計封面圖形，設定自動啟動的窗口， 設定動畫刷新周期，制定數據庫存盤文件名稱及存盤時間等。

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

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

    1. 系統(tǒng)界面設計

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

  1. SIMOTION D 與上位機通訊設計

SIMION 下位機， 以 UDP 子程序接收主機的命令， 解析并根據讀寫命令實現與 SIMOTION D 的數據的交互。 SIMOTION D 對UDP 數據收發(fā)是利用 Byte 數組形式實現的。 而最終 SIMOTION D 與 nTouch 交互的數據有不同長度及格式的組合，并要求可組態(tài)修改。為方便以后擴展的要求，整個方案參考目前 PLC 讀寫的結構，并對通訊協(xié)議作了相應的簡化，以減少下位機編程的難度。數據對應的類型及格式

由 SIMOTION D 方面編程實現后，上位機按其數據列表組態(tài)通過驅動構件的內部屬性添加實現。

此方案以 nTouch 為上位主機。 上位主機驅動的組態(tài)形式類似于 PLC，可在內部屬性中添加地址并設置讀寫、數據類型等(類似于 S7200 的 V 寄存器的操作)。 完成添加，連接通道變量并進行相應組態(tài)后，上位機將按所添加通道進行組碼，并下發(fā)讀取命令數據包，并將收到的正確數據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，如是寫命令，為從機，當上位主機向從機發(fā)送指令，要求讀取或寫入相應數據，從機并根據不同指令回應，如果是讀指令，則按要求回發(fā)主機所需要的數則寫數據并回應寫成功指令。

  1. 軟件結構

本系統(tǒng)軟件在 Simotion SCOUT V4.0 平臺下編寫，運動控制程序由 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：

    1. 執(zhí)行系統(tǒng)中的 BackgroudTask 任務被操作系統(tǒng)周期調用，其作用類似于PLC 中的 OBI。
    2. Teehnologiea1FaultTask 任務是當系統(tǒng)中出現報警時被調用，Peri1hPera1FaultTask 是外部 I/O 出錯時被調用，如果這兩個任務沒有程序，系統(tǒng)將停機，所以將一個空程序分配給這兩個任務。
    3. MotionTask 啟動一個運動任務，如定位等，MotionTask 與 BackgroundTask 的區(qū)別在于 MotionTask 被調用后只執(zhí)行一次，該任務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 任務中不能使用等待指令，否則 BackgroundTask 運行超時會造成系統(tǒng)死機。

 

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