西门子PLC与英展150S称重仪表通讯的实现
2023-01-17查小焱
查小焱
（九江金鹭硬质合金有限公司，江西 九江 332000）
冶金工业自动化在未来发展不可或缺，高效的自动化设备，在提高产品品质和生产过程中的节能环保起到至关重要的作用。钨粉作为金属粉末生产中典型的上游行业，在生产过程中主要受还原温度、通氢方式、烧舟中氧化钨的装舟量、舟皿在炉管中的时间、炉管氢气流量和氢气干燥度等因素的影响。在工业生产金属钨粉的过程中，使用的主体设备有兰氧炉、还原炉。兰氧炉是将仲钨酸铵经过加热脱氨制成氧化钨粉，还原炉的作用是将氧化钨粉利用氢气还原出钨粉，为了使氧化钨粉充分还原，对舟皿的装舟量有严格的控制（±5 g），由于氧化钨粉流动性差异及工艺调整等因素，操作员对粉末装舟量参数调整频繁。往往需要专业人员在称重控制器150S中进行参数设置，给现场操作人员带来不便。本实例利用人机对话，将称重控制器参数直观地显示在界面上，根据需求进行参数更改，免去操作人员在称重控制器上翻看参数，降低操作人员技能要求。
1 系统构成
本系统由西门子CPU1515-2N、分布式ET200sp、威纶触摸屏MT8102IE、称重控制器150S、称重控制器扩展模块OP-05、电磁阀及气缸组成。西门子S7-1515-2N 采用模块化控制[1]，具有应用范围广、系统安全可靠的特点，应用于各种中小型自动化设备中。西门子ET 200MP 是一种模块化、可扩展及通用型的分布式I/O 系统。西门子 ET 200MP 提供与西门子S7-1515-2N 相同的系统优势，通过以太网连接，以PROFINET 协议与ET 200SP 通讯。触摸屏MT8102IE具有1 024×600 的分辨率，10.1 寸显示器，具有10/100Base-T 以太网接口和3 个串行接口支持RS485 或RS232。150S 是一款专为重量控制所设计的控制器，具有高性能A/D 界面，取样灵敏度达到0.12 μVD，取样频率达到120 Hz，测量电压范围-0.1～4.0 mV；具有灵活的矫正方式，6 种重量比较模式，灵活的计量模式可独立完成简易的系统控制，又可以与PLC 连接组成复杂的控制系统。本实例CPU1515-2N 作为主控与称重控制器150S 之间采用RS485 通讯，通讯协议为称重控制器支持的Modbus-RTU，称重控制器控制扩展模块OP-05 给PLC 传递信号，PLC 控制电磁阀从而实现气缸动作实现投料动作。CPU1515-2N 与ET200sp 采用Profint 通讯。触摸屏MT8102IE 与CPU1515-2N 采用以太网组网，通讯协议使用触摸屏自带的绝对值寻址EtherNet 协议。
2 系统控制过程介绍
整个称重控制过程分3 段控制，第一段为快速下料阶段，大小下料口气缸同时打开，粉末流速最快；第二段为缓慢下料阶段，只开小下料口气缸，粉末流速最慢；第三段为自由落料阶段，大小下料口关闭，停止粉末下料，判断重量是否达到目标值。称重控制器OP-05模块连接PLC，PLC 根据输入信号控制电磁阀输出，使气缸执行动作。称重启动前，PLC 程序检测称重控制器零位信号，称重控制器在零位，PLC 允许称重，当称重控制器接收到PLC 给出称重启动信号时，称重控制器SP1、SP2 同时输出给PLC，大小口下料电磁阀同时动作，控制大小口下料气缸打开，开始下料，称重控制器实时判断重量是否达到第一段设定值，未达到一段设定值SP1、SP2 输出保持，大小口下料气缸保持打开动作，当重量达到第一段设定值，称重控制器关闭SP1 输出，SP2 保持，即大下料口气缸关闭，小下料口保持打开，称重控制器判断重量是否达到第二段设定值，当重量达到第二段设定值，称重控制器关闭SP1、SP2 输出，即大小口下料气缸关闭，停止下料，自由落料后，称重控制器判断稳定重量是否达到目标值，未达到SP2 快速输出，进行补料操作，当重量达到目标重量后，称重控制器给出称重完成信号，并给出累信号，称重控制器进行累计[2-3]。
3 系统主要元件参数设置
3.1 HMI 参数设置
采用EasyBuilder Pro 软件编辑人机界面，界面包含累计重量、实时重量显示、目标重量设置、SP1 动作重量设置、SP2 动作重量设置、自由落料重量设置、开始投料、停止投料和显示清零按钮。打开EasyBuilder Pro 软件，单击“系统参数”，跳转到系统参数设置界面，单击“HMI 属性”设置当前触摸屏型号，在设备列表界面，单击“新增”按钮，在设备类型下拉菜单中选择西门子“S7-1200/S7-1500（Absolute Addressing）EtherNet”通讯协议，以太网IP 地址设置值与PLC 端口1 配置的地址一致[4-5]。
3.2 PLC 配置
在TIA Portal 软件中，双击打开设备和网络界面，在硬件目录中找到CPU1515-2PN 和IM155-6 PN ST 硬件进行添加，鼠标指针停留在PLC 第二个以太网口上，按住鼠标左键连接到ET200-SP 以太网口上，如图1所示。
图1 硬件配置界面图
双击IM155-6 PN ST 模块，打开设备视图窗，在右侧目录中找DI/DO 模块拖动至对应的安装位，如图2所示。
图2 I/O 模块配置界面图
3.3 称重控制器150S 参数设置
称重控制器150S 共有6 种重量比较模式，分别是一般投入计量模式、一般排出计量模式、一般比较模式、内建程式投入计量模式、内建程式排出计量模式及内建保持模式，本实例用到了内建程式投入计量模式。在功能参数组中找到“10 sq”称重模式参数组进入，再将“sq 01”设置为4（即称重模式为内建程式投入计量模式）。在功能参数组中找到“08 in”输入参数组进入，将“IN-01”设置为1（即清零显示值信号），将“IN-04”设置为4（即重量比较模式启动信号），将“IN-05”设置为4（即重量比较模式停止信号），将“IN-06”设置为9（即重量累计信号）。在功能参数组中找到“09 out”输出参数组进入，将“OUT-01”设置为1（即称重控制器在零位），将“OUT-02”设置为2（即称重下料1 段动作），将“OUT-03”设置为3（即称重下料2 段动作），将“OUT-05”设置为5（即称重下料完成）。在功能设定菜单中找到“03 rs1”通讯串口参数，将“RS-01”传输格式设定为0（即传送数据与控制器显示值相同），“RS-02”通讯协议设定为4（即Modbus-RTU 模式），“RS-03”波特率设定为4（即波特率9 600），“RS-04”奇偶校验、数据位、停止位设定为0（即O、8、2），“RS-07”仪表地址设定为1。
4 PLC 点位分配及通讯连接
系统安装DI 8×24VDC ST_1 输入模块、DQ 8×24VDC/0.5A ST_1 输出模块及CM PtP_1 点对点通讯模块，点位分配如图3所示。
图3 I/O 分配界面图
通讯模块CM PtP_1 接口操作模式选择为RS232C，其通讯模块BaseUnit 端子分配表见表1，称重控制器150S 端子分配表见表2。
表1 CM PtP_1 通讯模块端子引脚分配表
表2 称重控制器150S 通讯端子引脚分配表
通讯连接：CM PtP_1 模块1 号端子连接称重控制器5 号端子，CM PtP_1 模块2 号端子连接称重控制器6 号端子，CM PtP_1 模块9 号端子连接称重控制器7号端子。
5 通讯程序编写及组态
称重控制器Modbus 通讯地址分配：40 000 ～40 001 重量实时显示值，40 018～40 019 重量累计值，41 004～41 005 称重目标设定值，41 006～41 007 SP1段设定值，41 008～41 009 SP2 段设定值，41 022～41 023自由落料值。PLC 程序采用自由口通讯模式，程序中调用到Port_Config 通讯参数设置命令、Send_P2P 数据发送指令及Receive_P2P 数据接收指令。Port Config 命令主要参数定义，“REQ”通讯参数设置使能，“PORT”通讯模块硬件标识地址，“PROTOCOL”通讯协议指定，“BAUD”通讯波特率设置，“PARITY”通讯端口奇偶校验方式，“DATABITS”通讯数据位，“STOPBITS”通讯停止位数，“MODE”通讯模块工作模式。Send_P2P 命令主要参数定义，“REQ”通讯脉冲时钟输入，“PORT”通讯模块硬件标识地址，“BUFFER”连接发送数据存储块，“LENGTH”要发送数据存储块的数据长度，“DONE”通讯中，“ERROR”通讯错误，“STATUS”通讯错误代码。Receive_P2P 命令主要参数定义，“PORT”通讯模块硬件标识地址，“BUFFER”接收数据缓冲区的存储块，“LENGTH”接收数据长度，“NDR”通讯中，“ERROR”通讯错误，“STATUS”通讯错误代码。Port Config 命令配置如图4所示，Send_P2P 命令配置如图5所示，Receive_P2P命令配置如图6所示。
图4 Port Config 命令配置
图5 Send_P2P 命令配置
图6 Receive _P2P 命令配置
5.1 查询命令编写：命令代码（03）
5.2 数据解析命令编写
5.3 参数设置命令编写：命令代码（06）
6 结束语
在金属粉末的生产过程中，操作人员对作业指令快速准确的响应，对金属粉末品质的提升至关重要。而操作人员在面对称重仪表繁杂的操作步骤，需要高度集中精神，稍有疏忽就容易出错。本系统采用CPU1515-2PN 与英展150S 称重控制器通讯，利用威纶MT8102IE 10 寸触摸屏显示，将称重控制器参数直接显示在触摸屏上，参数一目了然，操作简单，易懂。
