基于S7-1500 PLC的多模式高位码垛机控制系统

牟智刚,郑 昊

（上海工程技术大学高等职业技术学院 (上海市高级技工学校),上海 200437）

0 引言

随着通信、计算机和控制技术的发展，工业自动化发展的速度加快[1]。以往的人工码垛产品的速度已无法满足自动化的流水线需求。伴随产生的自动码垛机行业也如日中天的发展起来，但其码垛的产品都比较单一，常见的如盐类、大米、奶制品等等，往往都是一台码垛机只适用于码垛一种物品。本文提出了一种基于S7-1500 PLC控制的多模式高位码垛机，其优点在于码垛产品不定，可码垛层次及码垛方案可设定。

1 控制器及变频器

本控制系统运用的PLC选用较新型的S7-1516F，其与原有的PLC相比处理速度更快，网络控制能力更强，安全性能更高，有效地提高了生产效率。从资源上来说1500系列PLC比S7-300的各项指标都高出很多，运算处理时间典型值为10ns一位操作指令，浮点数运算处理时间为64ns。通信方式上来说，本系统选用PROFINET通信，与以往的DP通信相比无论反应时间还是系统响应速度都有明显的提升，最小循环时间为250μs。

系统的变频器选用SINAMICSG120系列，用以控制爬坡输送机，过度输送机和升降电机的运行速度。变频器的参数在自动模式下由PLC通过报文的方式来发送控制指令，在手动模式下也可以通过HMI和外部按钮发送控制指令给PLC，再由PLC发送报文给变频器，控制其工作。

2 控制方式与组态

本系统除了必要的电缆线以外，各设备之间的通信线用网线连接，用以确保通信速度和质量。控制方式的话主要有PC端控制、HMI触摸屏现场控制、现场模拟量输入、现场开关量输入用以控制PLC，再由PLC输出相应控制信息，控制从站以及变频器等工作，控制方式如图1所示。

PLC与HMI以及从站、电源模块、交换机和变频器之间通过PROFINET方式进行连接，如图2所示。

3 控制过程

码垛系统的控制方式主要可分为，手动控制和自动控制两种模式。在自动控制模式运行前，必须进行多项检测，若检测状态不合格，则程序会进行报警，需要进行手动调节至合适状态，取消报警后才能进入自动模式自动运行。若在自动运行过程中出现意外状况，导致系统不能正常工作，程序也会自动进入报警模式，马上停止整个码垛流水线，等待手动维护后再恢复运行。

若自动模式下运行程序检测正常，即可选择码垛规格，现有的规格是常见的3*2和3*4*4两种编组包装方式（若要添加只需更改包装程序即可），选择好包装模式启动自动运行状态，爬坡电机启动，然后过渡电机启动，然后程序根据码垛规格和已码垛的层数进行判断包装方式。以现有的3*2编组包装为例，若是单数层则以图3中的A方式进行编组，即前2包产品直接推送，后3包产品经由转向机转向90度后进行推送。若是双数层则以图3中B方式进行编组包装，若以3*4*4编组包装则参考图4分为3层不同进行编组包装。

每完成一层的编组包装，分层电机开始工作，编组包装好的产品进行码垛，此时若码垛层数未达到控制要求则升降机下降1层继续码垛，若码垛层数达到最大码垛高度或达到控制要求的层数，则升降机下降到底层，然后跺盘运输机工作，运送码垛好的货物，接着托盘运输机工作，更换新的码垛托盘，升降机上升至初始位置，进行新的一次码垛包装，自动控制详细流程如图5所示。

4 控制面板与监控

本系统的控制面板采用西门子的TP1500触摸屏用以进行人机交互。采用博图V13自带的触摸屏编程软件进行编写。用来达到模式选择，手动控制，自动控制，报警记录等功能。

如图6所示，在手动模式下可以通过触摸屏控制，分别对爬坡输送机，过度输送机，转位输送机，托盘运输机，跺盘输送机，推包机，分层电机，升降电机，编组机，转向电机等进行独立控制。在手动控制时若操作的物品达到相应限位开关时，画面中会有信息反馈。

在监控模式中还可以对自动工作模式经行实时监控，观察整个系统的运行状态。包括所有限位开关的实时状态，如图7所示。

5 结束语

本控制系统具有运行可靠，模式多样，操作简单等特点。但在现在工业4.0的时代与外国的同类产品在速度上还有一些差距，需要进一步深入研究、改善。

[1]崔坚.SIMATICS7-1500与TIA博图软件使用指南[M].北京：机械工业出版社,2016.

[2]赵伟.基于盐业成品箱的码垛机设计[J].盐业与化工,2013,52(05):31-33.