常源

摘要：電子稱計(jì)量是目前無菌灌裝機(jī)普遍采用的計(jì)量方式，如何將灌裝量準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地讀入PLC可以采用多種方法。本文主要利用S7-200的自由口與稱重儀表或者帶通訊口變送器之間的協(xié)議，通過編程實(shí)現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸。利用自由口通訊在節(jié)約成本的同時(shí)，可以獲取穩(wěn)定準(zhǔn)確的重量數(shù)據(jù)，大大的提升了灌裝精度。

關(guān)鍵詞：PLC 自由口通訊 灌裝機(jī) 稱重系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）06-0010-02

1 前言

西門子S7-200系列PLC是主要面向小型設(shè)備的控制系統(tǒng)，它成本低，接口豐富，模塊擴(kuò)展性強(qiáng)，是目前包裝行業(yè)普遍采用的控制系統(tǒng)。飲料包裝行業(yè)，對(duì)重量的要求是非常精確的，密度單一，流動(dòng)性較好的物料，通常采用流量計(jì)來計(jì)量，精度可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。但根據(jù)市場(chǎng)需要，含有大顆粒、囊包或者密度粘度不均勻的飲料更能滿足營養(yǎng)和口味的需求，此類物料由于其質(zhì)量或者電導(dǎo)率不均勻，采用流量計(jì)計(jì)量，誤差較大。利用電子稱計(jì)量可以有效的避免以上缺點(diǎn)，簡(jiǎn)單直觀的反映出灌裝重量，大大提高了灌裝精度。

過去，通常采用稱重儀表的IO信號(hào)控制灌裝量，但是這種計(jì)量方法無法將實(shí)際灌裝重量引入PLC，不能方便分析實(shí)時(shí)重量，回饋控制灌裝機(jī)構(gòu)。另一種方法，經(jīng)過儀表的二次變換，輸出4-20Ma電流，采集進(jìn)PLC，采用這種方式，經(jīng)過變換的重量值精度沒有儀表高，也會(huì)帶來儀表和PLC重量值不一致的誤差。隨著PLC和儀表通訊技術(shù)的日漸成熟，利用兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸，可方便地實(shí)現(xiàn)讀寫、標(biāo)定、記錄等功能，使灌裝量控制更加靈活，有效。

2 S7-200的串行通訊技術(shù)

S7-200PLC一般具有一到兩個(gè)RS485通訊接口，并且通信口各自獨(dú)立，每個(gè)通信口都有自己的網(wǎng)絡(luò)地址、通信速率等參數(shù)設(shè)置。灌裝機(jī)稱重系統(tǒng)中采用的是S7-200中的CPU226，此CPU有PORT0、PORT1兩個(gè)通信接口，可根據(jù)需要自由定義為PPI協(xié)議和自由口通訊模式。

2.1 通訊協(xié)議及自由口介紹

定義為自由口模式后，通過編寫程序就可以完全控制通信端口的操作，通信協(xié)議也完全受用戶程序控制，速波特率可以設(shè)置為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500。S7-200CPU上的通信口在電氣上是標(biāo)準(zhǔn)的RS-485半雙工串行通信口。此串行字符通信的格式一般包括：

一個(gè)起始位；

7或8位字符（數(shù)據(jù)字節(jié)）；

一個(gè)奇/偶校驗(yàn)位；

一個(gè)停止位；

凡是符合這些格式的串行通信設(shè)備，理論上都可以和S7-200 CPU通信。

2.2 控制字介紹

S7-200是通過不同的特殊寄存器來控制自由口的通訊方式和檢測(cè)讀寫信息指令的狀態(tài)。SMB30、SMB130分別用于對(duì)PORT0、PORT1的初始化，通過定義這兩個(gè)特出寄存器，可以控制自由口的協(xié)議、波特率、每個(gè)字符的數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)方式，定義后的通訊方式要和稱重儀表的通訊方式一致。SMB86到SMB94、SMB186到SMB194狀態(tài)字主要檢測(cè)通訊過程，比如通訊超時(shí)、校驗(yàn)錯(cuò)誤或者定義起始與結(jié)束字符。

3 灌裝機(jī)稱重系統(tǒng)

3.1 稱重原理

灌裝機(jī)靠灌裝閥來控制灌裝量的多少，當(dāng)灌裝量到達(dá)設(shè)定值時(shí)，PLC控制灌裝閥關(guān)閉。為精確達(dá)到控制灌裝重量的大小，灌裝閥可以根據(jù)流量大小，分幾段減小進(jìn)入灌裝管內(nèi)的流量，防止流量過大，在關(guān)閉物料閥的瞬間，造成沖擊，此時(shí)進(jìn)入的多余物料是不可控制的，會(huì)引起物料重量不規(guī)律的波動(dòng)。

3.2 儀表通訊協(xié)議介紹

灌裝機(jī)采用的是杰曼GM8806配料控制器，控制器具有一個(gè)RS485串行口，通訊方式采用應(yīng)答方式，即通過PLC發(fā)出命令幀給儀表，儀表接收到給命令幀后向PLC發(fā)出命令相應(yīng)幀的方法實(shí)現(xiàn)通訊。字節(jié)格式為：起始位—1bit，字符長(zhǎng)—7bit，停止位—1bit，代碼：ASCⅡ，校驗(yàn)方式：偶校驗(yàn)。

GM8806提供比較全面的讀寫命令，比如：讀取儀表狀態(tài)、讀取配方參數(shù)、寫工作參數(shù)、標(biāo)定等。CPU226主要是讀取儀表的當(dāng)前值，所以就以讀取儀表當(dāng)前狀態(tài)為例，發(fā)送的數(shù)據(jù)格式為：

STX—起始符（02H）

地址—稱號(hào)（可輪流讀取多個(gè)稱的當(dāng)前值）

R—（52H）

S—（53H）

CRC—校驗(yàn)和

CR—（0DH）回車標(biāo)志

LF—（OAH）結(jié)束標(biāo)志

如果讀取1號(hào)稱的當(dāng)前狀態(tài)時(shí)，發(fā)送命令的數(shù)據(jù)格式位：023031525336340D0A。

儀表應(yīng)答后返回?cái)?shù)據(jù)格式為：

DDDDDD—儀表顯示值，6位。狀態(tài)—穩(wěn)定（4DH），不穩(wěn)定（53H），溢出（4FH）

通過編程把6位當(dāng)前儀表顯示值讀取到PLC中，運(yùn)算轉(zhuǎn)換成帶有重量單位的當(dāng)前重量值。

4 硬件連接及程序設(shè)計(jì)

4.1 硬件連接

PLC與GM8806通過帶屏蔽的雙絞線連接，自由口通過西門子專用的RS485接頭進(jìn)行連接，采用質(zhì)量較好的傳輸線，能更好的提高信號(hào)的抗干擾能力，增加傳輸距離，當(dāng)傳輸速率小于187.5kbps波特率時(shí)，可以保證50米以內(nèi)的有效傳輸距離，用戶也可以采用RS-485中繼器延長(zhǎng)通信距離。

4.2 中斷介紹

CPU通信的核心指令是發(fā)送（XMT）和接收（RCV）指令，在自由口通信中常用的中斷有“接收指令結(jié)束中斷”、“發(fā)送指令結(jié)束中斷”。通訊協(xié)議位于自由端口模式時(shí)完全受梯形圖程序的控制，在編程的時(shí)候可以很方便地使用這兩個(gè)命令。發(fā)送和接收指令可以允許傳送最多長(zhǎng)達(dá)255個(gè)字符的數(shù)字緩沖區(qū)，并且在發(fā)送和接收完畢后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷，在S7-200中，為端口1分配的中斷事件為26和24。數(shù)據(jù)的接收開始和終止分別采用起始字符、結(jié)束字符檢測(cè)，當(dāng)SMB188接收到和儀表指定的起始字符后，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)將接收以起始字符為第一個(gè)字符的數(shù)據(jù)，在此期間，"接收"指令會(huì)檢查接收的每個(gè)字符，查看是否與結(jié)束字符相符，收到結(jié)束字符時(shí)，結(jié)束字符被寫入信息緩沖區(qū)中，接收終止。在GM8806通信協(xié)議中，起始字符被指定為02H，結(jié)束字符被指定為0AH。

4.3 程序設(shè)計(jì)

程序主要由主程序、發(fā)送中斷程序和接收中斷程序組成，主程序主要完成對(duì)端口1的初始化、調(diào)用中斷程序和數(shù)據(jù)處理任務(wù)。

LD SM0.1 // 首次掃描時(shí)，

MOVB 16#69 SMB130 // 初始化自由端口：選擇9600波特，選擇8個(gè)數(shù)據(jù)位，奇校驗(yàn)方式。

MOVB 16#E0 SMB187 // 初始化RCV信息控制字節(jié)：RCV被啟用，檢測(cè)到信息字符結(jié)束

MOVB 16#0A SMB189 // 將信息字符結(jié)束設(shè)為hex OA（換行符）。

MOVW +5 SMW190 // 將空閑行超時(shí)設(shè)為5毫秒。

MOVB 100 SMB194 // 將最大字符數(shù)設(shè)為100。

ATCH INT_0 24 // 將中斷附加在接收完成事件上。

ATCH INT_2 26 // 將中斷2附加在傳送完成事件上。

ENI // 啟用用戶中斷

RCV VB100 ，1// 為端口1在VB100位置啟用帶緩沖區(qū)的接收區(qū)域

XMT VB500， 1// 為端口1在VB500位置啟用帶緩沖區(qū)的發(fā)送區(qū)域

LD SM0.0

ATH VB112， VB0， 4

MOVW VW0， VW10

BCDI VW10

ITD VW10， VD20

DTR VD20， VD30

MOVR VD30， VD40

/R 10.0， VD40// 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將6位ASCⅡ碼轉(zhuǎn)換為以Kg位單位的十進(jìn)制。

在接收完數(shù)據(jù)后，設(shè)定了40ms的時(shí)間間隔后在重新向儀表發(fā)送讀取命令，防止儀表同時(shí)接受到讀取和發(fā)送命令，引起錯(cuò)誤。經(jīng)GM8806返回的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)重量以ASCⅡ碼的格式存儲(chǔ)在VB109-VB118的地址中，經(jīng)過數(shù)據(jù)變換后，就可得到和儀表顯示一致的重量值。

5 結(jié)語

電子稱計(jì)量精度高，灌裝量誤差不依賴溫度、流量等其他工藝參數(shù)，是目前灌裝機(jī)主要采用的計(jì)量方式。通過PLC-200自由口和稱重儀表的通訊，將重量數(shù)據(jù)讀入PLC，消除了采用變送器所帶來的誤差，同時(shí)將灌裝量讀入PLC，方便編程，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制功能。自由口的通訊也可方便的與打印機(jī)、變頻器、智能儀表等工業(yè)儀器通訊。S7-200CPU在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，依靠通訊連傳輸數(shù)據(jù)打破了以往單一的I＼O，4-20Ma的傳統(tǒng)模式，讓儀器儀表之間連接方式更加標(biāo)準(zhǔn)化。

參考文獻(xiàn)

[1]Siemens AG.S7-200.LOGO.SITOP參考[K].2008.

[2]Siemens AG.S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè)[K].2007.

[3]趙金榮，葉真主編.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].上海：上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，2003.

[4]劉華波，等主編.西門子S7-200 PLC編程及應(yīng)用案例精選[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[5]姜建芳.西門子S7-200PLC工程應(yīng)用技術(shù)教程[M].2010.

4.3 程序設(shè)計(jì)

程序主要由主程序、發(fā)送中斷程序和接收中斷程序組成，主程序主要完成對(duì)端口1的初始化、調(diào)用中斷程序和數(shù)據(jù)處理任務(wù)。

LD SM0.1 // 首次掃描時(shí)，

MOVB 16#69 SMB130 // 初始化自由端口：選擇9600波特，選擇8個(gè)數(shù)據(jù)位，奇校驗(yàn)方式。

MOVB 16#E0 SMB187 // 初始化RCV信息控制字節(jié)：RCV被啟用，檢測(cè)到信息字符結(jié)束

MOVB 16#0A SMB189 // 將信息字符結(jié)束設(shè)為hex OA（換行符）。

MOVW +5 SMW190 // 將空閑行超時(shí)設(shè)為5毫秒。

MOVB 100 SMB194 // 將最大字符數(shù)設(shè)為100。

ATCH INT_0 24 // 將中斷附加在接收完成事件上。

ATCH INT_2 26 // 將中斷2附加在傳送完成事件上。

ENI // 啟用用戶中斷

RCV VB100 ，1// 為端口1在VB100位置啟用帶緩沖區(qū)的接收區(qū)域

XMT VB500， 1// 為端口1在VB500位置啟用帶緩沖區(qū)的發(fā)送區(qū)域

LD SM0.0

ATH VB112， VB0， 4

MOVW VW0， VW10

BCDI VW10

ITD VW10， VD20

DTR VD20， VD30

MOVR VD30， VD40

/R 10.0， VD40// 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將6位ASCⅡ碼轉(zhuǎn)換為以Kg位單位的十進(jìn)制。

在接收完數(shù)據(jù)后，設(shè)定了40ms的時(shí)間間隔后在重新向儀表發(fā)送讀取命令，防止儀表同時(shí)接受到讀取和發(fā)送命令，引起錯(cuò)誤。經(jīng)GM8806返回的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)重量以ASCⅡ碼的格式存儲(chǔ)在VB109-VB118的地址中，經(jīng)過數(shù)據(jù)變換后，就可得到和儀表顯示一致的重量值。

5 結(jié)語

電子稱計(jì)量精度高，灌裝量誤差不依賴溫度、流量等其他工藝參數(shù)，是目前灌裝機(jī)主要采用的計(jì)量方式。通過PLC-200自由口和稱重儀表的通訊，將重量數(shù)據(jù)讀入PLC，消除了采用變送器所帶來的誤差，同時(shí)將灌裝量讀入PLC，方便編程，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制功能。自由口的通訊也可方便的與打印機(jī)、變頻器、智能儀表等工業(yè)儀器通訊。S7-200CPU在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，依靠通訊連傳輸數(shù)據(jù)打破了以往單一的I＼O，4-20Ma的傳統(tǒng)模式，讓儀器儀表之間連接方式更加標(biāo)準(zhǔn)化。

參考文獻(xiàn)

[1]Siemens AG.S7-200.LOGO.SITOP參考[K].2008.

[2]Siemens AG.S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè)[K].2007.

[3]趙金榮，葉真主編.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].上海：上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，2003.

[4]劉華波，等主編.西門子S7-200 PLC編程及應(yīng)用案例精選[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[5]姜建芳.西門子S7-200PLC工程應(yīng)用技術(shù)教程[M].2010.

4.3 程序設(shè)計(jì)

程序主要由主程序、發(fā)送中斷程序和接收中斷程序組成，主程序主要完成對(duì)端口1的初始化、調(diào)用中斷程序和數(shù)據(jù)處理任務(wù)。

LD SM0.1 // 首次掃描時(shí)，

MOVB 16#69 SMB130 // 初始化自由端口：選擇9600波特，選擇8個(gè)數(shù)據(jù)位，奇校驗(yàn)方式。

MOVB 16#E0 SMB187 // 初始化RCV信息控制字節(jié)：RCV被啟用，檢測(cè)到信息字符結(jié)束

MOVB 16#0A SMB189 // 將信息字符結(jié)束設(shè)為hex OA（換行符）。

MOVW +5 SMW190 // 將空閑行超時(shí)設(shè)為5毫秒。

MOVB 100 SMB194 // 將最大字符數(shù)設(shè)為100。

ATCH INT_0 24 // 將中斷附加在接收完成事件上。

ATCH INT_2 26 // 將中斷2附加在傳送完成事件上。

ENI // 啟用用戶中斷

RCV VB100 ，1// 為端口1在VB100位置啟用帶緩沖區(qū)的接收區(qū)域

XMT VB500， 1// 為端口1在VB500位置啟用帶緩沖區(qū)的發(fā)送區(qū)域

LD SM0.0

ATH VB112， VB0， 4

MOVW VW0， VW10

BCDI VW10

ITD VW10， VD20

DTR VD20， VD30

MOVR VD30， VD40

/R 10.0， VD40// 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將6位ASCⅡ碼轉(zhuǎn)換為以Kg位單位的十進(jìn)制。

在接收完數(shù)據(jù)后，設(shè)定了40ms的時(shí)間間隔后在重新向儀表發(fā)送讀取命令，防止儀表同時(shí)接受到讀取和發(fā)送命令，引起錯(cuò)誤。經(jīng)GM8806返回的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)重量以ASCⅡ碼的格式存儲(chǔ)在VB109-VB118的地址中，經(jīng)過數(shù)據(jù)變換后，就可得到和儀表顯示一致的重量值。

5 結(jié)語

電子稱計(jì)量精度高，灌裝量誤差不依賴溫度、流量等其他工藝參數(shù)，是目前灌裝機(jī)主要采用的計(jì)量方式。通過PLC-200自由口和稱重儀表的通訊，將重量數(shù)據(jù)讀入PLC，消除了采用變送器所帶來的誤差，同時(shí)將灌裝量讀入PLC，方便編程，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制功能。自由口的通訊也可方便的與打印機(jī)、變頻器、智能儀表等工業(yè)儀器通訊。S7-200CPU在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，依靠通訊連傳輸數(shù)據(jù)打破了以往單一的I＼O，4-20Ma的傳統(tǒng)模式，讓儀器儀表之間連接方式更加標(biāo)準(zhǔn)化。

參考文獻(xiàn)

[1]Siemens AG.S7-200.LOGO.SITOP參考[K].2008.

[2]Siemens AG.S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè)[K].2007.

[3]趙金榮，葉真主編.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].上海：上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，2003.

[4]劉華波，等主編.西門子S7-200 PLC編程及應(yīng)用案例精選[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[5]姜建芳.西門子S7-200PLC工程應(yīng)用技術(shù)教程[M].2010.