周炳蘭 葉 瑋 霍 超/文

施耐德PLC在煙草工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用

周炳蘭 葉 瑋 霍 超/文

本文結(jié)合某煙葉公司復(fù)烤廠自動(dòng)化物流系統(tǒng)工程案例，闡述了施耐德可編程控制器在煙草工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。從新建項(xiàng)目開(kāi)始到主控制器和子站的硬件配置以及變量的創(chuàng)建和程序開(kāi)發(fā)，詳細(xì)介紹了施耐德編程軟件和組態(tài)軟件的使用，并通過(guò)軟件集成的仿真器對(duì)所開(kāi)發(fā)程序進(jìn)行仿真測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析最終得出可行結(jié)論。

自動(dòng)化系統(tǒng)、可編程控制器、煙草工業(yè)、M580、Modbus

本文結(jié)合工程案例，闡述了施耐德可編程控制器在煙草工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，從新建項(xiàng)目開(kāi)始到主控制器和子站的硬件配置以及變量的創(chuàng)建和程序開(kāi)發(fā)，通過(guò)整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段流程，詳細(xì)介紹了施耐德編程軟件和組態(tài)軟件的使用，并通過(guò)軟件集成的仿真器對(duì)所開(kāi)發(fā)程序進(jìn)行仿真測(cè)試，測(cè)試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)工程案例要求。

一、關(guān)于施耐德可編程邏輯控制器（PLC）

施耐德電氣（中國(guó)）有限公司旗下可編程邏輯控制器（PLC）產(chǎn)品是專(zhuān)門(mén)面向過(guò)程控制而設(shè)計(jì)的通用自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)，具有強(qiáng)大的對(duì)離散量、模擬量及過(guò)程回路控制方面的處理能力以及開(kāi)放、靈活、耐用和可持續(xù)等特性。施耐德Modicon公司推出的Modbus通訊協(xié)議成為當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域里的通訊標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)推出的專(zhuān)門(mén)面向過(guò)程控制而設(shè)計(jì)的自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)Quantum通用自動(dòng)化系統(tǒng)，繼承并擴(kuò)展了Modicon產(chǎn)品一貫的特點(diǎn)，并融入了當(dāng)今最新的IT技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)靈活、功能強(qiáng)大、使用簡(jiǎn)便、性價(jià)比高、集成度高、兼容性好以及廣泛開(kāi)放性等特點(diǎn)，不斷推動(dòng)和領(lǐng)導(dǎo)著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向和潮流。

施耐德PLC主要應(yīng)用在終端用戶和機(jī)械設(shè)備制造領(lǐng)域，應(yīng)用的行業(yè)廣泛，包括鋼鐵、冶金、電力、石化、交通、污水、市政、玻璃、水泥、有色金屬、采礦業(yè)、汽車(chē)、食品飲料和制藥等領(lǐng)域。本文結(jié)合某煙葉公司復(fù)烤廠自動(dòng)化物流系統(tǒng)工程案例，介紹了施耐德PLC在煙草工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的具體應(yīng)用情況。

二、工程案例系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本工程案例選用施耐德M580系列PLC，該產(chǎn)品配置了功能強(qiáng)大的處理器，具有高水平的網(wǎng)絡(luò)通訊計(jì)算能力、顯示功能以及自動(dòng)控制應(yīng)用程序。通訊處理器采用BMENOC0301以太網(wǎng)卡，支持EtherNet/IP、Modbus TCP/IP網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)。控制箱內(nèi)I/O模塊采用施耐德STB系列I/O子站。設(shè)備層采用星型鏈接的方式將子站IO模塊以及其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入控制網(wǎng)絡(luò)。

圖1為工程案例電控系統(tǒng)配置圖，電控系統(tǒng)主控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)子站以Modbus協(xié)議進(jìn)行通訊，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器件、電機(jī)以及檢測(cè)器件直接或間接連接到現(xiàn)場(chǎng)子站，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作員終端對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

該工程的物流自動(dòng)化系統(tǒng)由成品煙包信息錄入及碼垛組盤(pán)、入庫(kù)輸送系統(tǒng)、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、出庫(kù)輸送系統(tǒng)、裝車(chē)發(fā)貨等組成。主要具有以下功能：

1.成品煙包組盤(pán)區(qū)：完成成品煙包的信息錄入及碼垛組盤(pán)功能；

2.入庫(kù)輸送區(qū)：完成成品煙包托盤(pán)的入庫(kù)輸送功能和空托盤(pán)的補(bǔ)貨；

3.成品高架庫(kù)區(qū)：完成成品煙包存儲(chǔ)單元的自動(dòng)存儲(chǔ)功能；

4.出庫(kù)輸送區(qū)：完成成品煙包存儲(chǔ)單元的自動(dòng)出庫(kù)、出庫(kù)輸送、信息校驗(yàn)、余料返庫(kù)等功能。

三、主控制器及子站硬件組態(tài)

本工程案例PLC編程、調(diào)試軟件平臺(tái)采用施耐德編程軟件Unity Pro 10.0。打開(kāi)Unity Pro新建項(xiàng)目，根據(jù)提示選擇所采用PLC版本。項(xiàng)目新建完成后，通過(guò)“項(xiàng)目瀏覽器”中的配置選項(xiàng)在PLC機(jī)架中添加電源以及輸入輸出等所需模塊。

現(xiàn)場(chǎng)子站STB組態(tài)采用施耐德軟件Advantys，打開(kāi)Unity Pro軟件中的DTM瀏覽器，右擊CPU，選擇添加子站通訊模塊后，雙擊已添加子站，在彈出的窗口中點(diǎn)擊Advantys按鈕啟動(dòng)Advantys軟件，在Advantys軟件中添加所需子站電源以及輸入輸出模塊。

需要注意的是，當(dāng)所插入的模塊總功率超過(guò)限制，需添加邏輯電源模塊，否則會(huì)造成輸入輸出模塊無(wú)法正常工作。組態(tài)時(shí)，點(diǎn)擊工具欄中的Resource Analysis，在彈出的窗口中可以直觀地顯示當(dāng)前組態(tài)模塊的總功率是否超過(guò)極限，如圖2。

圖1 ： 電控系統(tǒng)配置圖

圖2 ： 硬件功率分析表

圖3 ：DDT類(lèi)型結(jié)構(gòu)體

圖4 ：仿真模型

圖5 ：程序監(jiān)控

圖6 ： 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)表初始值

圖7 ：動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)表終止值

四、程序開(kāi)發(fā)

施耐德編程軟件Unity Pro為用戶提供了FBD、LD、SFC、IL以及ST編程語(yǔ)言，本工程采用較為直觀的LD（梯形圖）進(jìn)行編程。通過(guò)項(xiàng)目瀏覽器中的“變量和FB實(shí)例”創(chuàng)建項(xiàng)目所需變量以及功能塊。創(chuàng)建變量時(shí)，可以通過(guò)DDT類(lèi)型創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體和數(shù)組，在變量中嵌套已創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)體或者數(shù)組，如圖3。

本工程通過(guò)DFB類(lèi)型創(chuàng)建了用于物流輸送系統(tǒng)信息傳遞的類(lèi)型SUB_M_M_INFO，以及用于站臺(tái)信息存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)體M_INFO。為便于分析，本文模擬工程案例建立了簡(jiǎn)單的仿真模型，如圖4，其中包括站臺(tái)101和102，用于測(cè)試該自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)物料輸送時(shí)信息傳遞是否成功。

101站臺(tái)上的物料輸送至站臺(tái)102，當(dāng)傳遞信息條件滿足時(shí)，101上的物料信息自動(dòng)傳送到102站臺(tái)上，同時(shí)101物料信息清零。在程序塊test中調(diào)用SUB_ M_M_INFO類(lèi)型，程序如圖5所示，當(dāng)DFB類(lèi)型SUB_M_M_INFO的端口M0_TO_M1狀態(tài)由“false”跳變至“true”時(shí)，表示信息傳遞條件滿足，如果類(lèi)型SUB_M_M_ INFO程序沒(méi)有問(wèn)題，站臺(tái)101上的信息將傳遞至站臺(tái)102。

五、仿真調(diào)試

施耐德編程軟件Unity Pro集成了仿真模擬器，便于用戶對(duì)所開(kāi)發(fā)程序進(jìn)行仿真調(diào)試，解決程序中存在的問(wèn)題，減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試周期。

程序開(kāi)發(fā)完成后，點(diǎn)擊編程軟件Unity Pro工具欄中的“仿真模式”按鈕，再點(diǎn)擊測(cè)試連接按鈕，當(dāng)提示“成功連接到當(dāng)前選擇的目標(biāo)”時(shí)，表示編程器與PLC仿真器連接成功。點(diǎn)擊工具欄中的“連接”按鈕，再點(diǎn)擊“PLC --> 將項(xiàng)目傳輸?shù)絇LC”按鈕將程序下載到PLC仿真器中，傳輸完成再點(diǎn)擊工具欄運(yùn)行按鈕即可監(jiān)控程序，如圖5。

在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)表中新建一個(gè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表，表中監(jiān)視站臺(tái)101和站臺(tái)102上的數(shù)據(jù)信息。如圖6，邏輯中BQ1_101采用常閉點(diǎn)，即BQ1_101信號(hào)為0時(shí)，程序邏輯為1，因此該信號(hào)點(diǎn)不用更改，在102上添加物料信息，目標(biāo)地址指向102。手動(dòng)將OP_AUTO和BQ1_102置為1，傳遞信息條件滿足，站臺(tái)101上的數(shù)據(jù)信息立即傳輸?shù)秸九_(tái)102上，同時(shí)站臺(tái)101信息清零，如圖7終止值所示，仿真結(jié)果符合預(yù)期設(shè)計(jì)要求，DFB類(lèi)型SUB_M_M_ INFO功能塊滿足信息傳遞功能。

作者單位為昆明昆船物流信息產(chǎn)業(yè)有限公司