時間：2013-05-15 14:30:43來源：關沖
Updatingelectriccontrolsystemofadecrater
北京綠創生態科技有限公司關沖
摘要：本文講述了啤酒灌裝線中卸箱機電氣控制系統由S5升級為S7的思路及方法，描述了硬件升級的對應模塊、編程過程中的難點語句的處理方法、AS-i總線的尋址方法以及格雷碼的轉換語句思路和程序。
關鍵詞：西門子S5和S7、PLC、AS-i總線及格雷碼
我公司于98年購進一條3.2萬瓶/小時啤酒灌裝線，是由德國KRONES公司生產，這條灌裝線的卸箱機生產能力為3.6萬瓶/小時，十多年來一直運行良好，卸箱機的控制系統是采用西門子S5-115U系列PLC進行控制，控制穩定可靠，去年5月PLC出現故障停止生產。
一、卸箱機的功能與結構
該卸箱機由輸瓶裝置、輸箱裝置、抓瓶裝置、雙四連桿機構、機架、氣動裝置、電氣控制系統等部分組成。當裝滿啤酒瓶子的塑料箱子從輸箱帶走過時止箱汽缸上升止住箱子，分箱汽缸帶動分箱架子將箱子分開，使得每個瓶子正對一個抓瓶裝置，同時抓瓶裝置下落到瓶子上，抓瓶汽缸動作，將瓶子抓住，接著抓瓶裝置上升將瓶子放到輸瓶臺上，空箱放走，裝滿瓶子的箱子再過來，這樣往復運動。每次卸箱6個，每箱裝瓶子24個，所以動作一次卸瓶子144個。
機械部分較簡單，每年更換易損件，運行良好；其電氣部分主要由兩臺同步電機帶動雙四連桿機構，為確保兩臺電機同步運行，在電機上安裝了編碼器，PLC隨時讀取其數據進行比較，自動調整，確保兩臺電機同步；止箱、分箱、及每個汽缸均根據編碼器的數值動作，所以編碼器的數值至關重要。
二、改造思路與過程
故障原因是PLC損壞，為了給以后其他設備改造打基礎和節省資金，公司決定對這臺卸箱機進行升級改造，將控制系統升級為S7-300控制系統。升級分為硬件和軟件升級兩部分。
硬件的升級改造
其硬件由電源模塊、CPU主模塊、AS—i通訊模塊及數字量輸入輸出模塊，其更新升級替代模塊如表一所示
表一
|
模塊名稱 |
S5模塊型號 |
S7模塊型號 |
|
底板（rack） |
6ES5-700-2LA12 |
6ES7 390-1AF30-0AA0 |
|
電源（power） |
6ES5—951—7ND21 |
6ES7 307-1EA01-0AA0 |
|
CPU |
6ES5—943—7UB11 |
6ES7 314-6CF01-0AB0 |
|
AS—I模塊 |
CP2430 |
6ES7 342_2AH01-0XA0 |
|
輸入模塊（input） |
6ES5—430—7LA12 |
SM 321 DI32×DC24V |
|
輸出模塊（out） |
6ES5—451—7LA12 |
SM 322 DO32×DC24V |
2、軟件的升級改造
S5系列的PLC是西門子早期生產，它的編程軟件是在MS-doc系統下運行，和現在的S7-200、300的語句截然不同，不能直接相互轉換，這就給改造帶來非常大的困難，并且S5語句不易懂，熟悉它的工程師較少。經過總結我認為難點主要有以下幾點：
第一、塊的處理。S5程序由組織塊BO、功能塊PC、數據塊DB和程序塊PB組成,這些塊所起作用不同，編程方法也不相同，源程序共有20個塊，我的思路就是必須看懂原有的S5程序，熟悉每個塊的功能和性質以及使用方法，清楚塊與塊之間的關聯關系，所起作用，將其一句句轉變為S7的程序；編寫完成后，其中S5和S7組織塊相似，變動較少，將S5的功能塊變成S7的子程序塊，S5的程序塊依然變成S7的程序塊可。
第二、語句的處理。對于S7和S5語句相同功能相同的只要照抄即可;還有語句相似功能相同,如S5中LPY13是讀第13個字節的數值，在S7中器語句是，LIB13，基本相似，只要從其功能出發，確保功能相同即可，再比如調用數據塊22，S5用OPENDB22，S7用CDB22表不同；另外在S5中數據塊中的數據是雙字，在S7中數據塊中數據是單字，所以對應到7中是DBW0、DBW2、DBW4、DBW6，即是偶數的形式，與S5不同；有的語句在S5中有而在S7中沒有，就需要搞清楚其功能，用S7中組合語句將其替代，比如S5有語句DOFW120SLW0，在S7的語句表中就沒有這個語句，需要通過轉換，在表二中，帶下劃線的就是他們之間巧妙的轉換，其他語句也能相互轉換。
表二：
|
S5語句 |
S7語句 |
|
L IB 10 L KH 000F AW T MW 120 L KH 0001 T MW 178 DO FW 120 SLW 0 T MW 178
|
L IB 10 L W#16#F AW T MW 120 L W#16#1 T MW 178 T #CONV_AKKUL1 TAK T #CONV_AKKUL2 L MB 121 L #CONV_AKKUL1 SLW L #CONV_AKKUL1 TAK T MW178 |
第三、尋找AS-i總線地址的對應關系。AS-i總線在歐洲也叫省線模式，由CP2430控制兩路總線(分別為MasterA和MasterB)，它的難點是總線地址不便于理解，通過認真讀源程序及現場器件的地址比較找出規律及相互對應的順序，每路總線帶31個站，每個站帶四位地址，其對應關系如圖表三所示，在表三中只要起始地址64.0固定，其余依次地址排列，31個站點一直排到79.7，在編程時要特別注意地址的順序，和使用的地址，另外0#站點的四位不能使用；同時在STEP7編程時與之地址相互對應，總線控制的地址難點迎刃而解了，同時編程問題也就變得簡單了，將STEP7中默認地址進行修改，只需將起始地址修改即可。
|
站號 |
0#站點 |
1#站點 |
||||||
|
地址 |
|
|
|
|
64.3 |
64.2 |
64.1 |
64.0 |
|
站號 |
2#站點 |
3#站點 |
||||||
|
地址 |
65.7 |
65.6 |
65.5 |
65.4 |
65.3 |
65.2 |
65.1 |
65.0 |
|
依次類推，4#至29#站點省略 |
||||||||
|
站號 |
30#站點 |
31#站點 |
||||||
|
地址 |
79.7 |
79.6 |
79.5 |
79.4 |
79.3 |
79.2 |
79.1 |
79.0 |
第四、數值的轉換。這臺卸箱機主軸是由兩臺同步電機帶減速機驅動，為使兩臺減速機同步，減速機上安裝了絕對值編碼器，當兩個編碼器差值超過一定數值時，說明主軸有故障，必須停機校正；這兩臺編碼器是格雷碼編碼器，格雷碼是一種無權碼，采用絕對編碼方式，典型的格雷碼是一種具有反射特性和循環特性，格雷碼必須變換成二進制碼，然后變換成十進制碼進行比對，二進制轉換成十進制容易，二進制格雷碼轉換成自然二進制碼,其法則是保留格雷碼的最高位作為自然二進制碼的最高位，而次高位自然二進制碼為高位自然二進制碼與次高位格雷碼相異或，而自然二進制碼的其余各位與次高位自然二進制碼的求法相類似，為了便于理解我選用雙字1011010011111101為例，進行轉換其步驟如表四所示，轉換結果為1101100010101101。
|
位編碼 |
15 |
14 |
13 |
12 |
11 |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
格雷碼 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
右移一位 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1異或結果 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
右移兩位 |
|
|
1 |
1 |
1 |
01 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
2異或結果 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
右移4位 |
|
|
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
3異或結果 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
右移8位 |
|
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|
|
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|
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
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二進制數 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
其程序轉換對照如表五所示，在S7語句中從輸入字節PIB12和PIB13中讀取的數值，存放到數據字DBW中，通過移位、異或得到二進制數，將其存放到DB22中。
表五
|
S5語句 |
S7語句 |
|
C DB 110 L PY 12 T DR 1 L PY 13 L KM 00000000 00000111 AW T DL 1 L DW 1 T DW 2 L DW 2 SRW 1 XOW SRW2 XOW SRW4 XOW SRW8 XOW T DW 11
|
OPN DB 110 L PIB 12 T DBB 3 L PIB 13 L 2#111 AW T DBB 2 L DBW 2 T DBW 4 L DBW 4 SRW 1 XOW SRW2 XOW SRW4 XOW SRW8 XOW T DBW 22 |
三、改造時間及效果
1、改造的具體時間
公司于5月20日決定采用升級改造的方法，從21日我們開始聯系西門子公司，采購S7-300系列的PLC卡件，并著手編寫程序，6月1日安裝了PLC卡件并開始接線、調試，期間部分程序進行了反復的修改，最終于6月10日成功交付車間使用，本次改造時間20天。
2、改造效果
在卸箱機性能方面：采納了一些操作人員的建議升級改造后的卸箱機功能更實用，更便于操作，減少了中間停機時間；在備件管理上，由于運用了S7-300的控制系統，西門子S7-300系列的卡件市面非常多，經計算原來S5需要12萬的備件，現在只需1.8萬元，有利于備件管理；在節約資金方面：這次升級改造比更換S5器件節約資金8萬元。
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