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創(chuàng)贏——西門子工業(yè)成功案例

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西門子S7-200 SMART PLC在全自動(dòng)蓄電池短路內(nèi)阻檢測(cè)機(jī)上的應(yīng)用

本文介紹了西門子S7-200 SMART PLC、SMART LINE觸摸屏等產(chǎn)品在蓄電池短路內(nèi)阻檢測(cè)設(shè)備控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,詳細(xì)描述了控制系統(tǒng)中的硬件配置、控制系統(tǒng)流程圖、軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的功能。 實(shí)踐表明,該方案完全滿足全自動(dòng)短路內(nèi)阻檢測(cè)機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)要求,并且工作穩(wěn)定,性能良好。

1. 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
蓄電池是工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中非常重要的電氣設(shè)備,廣泛應(yīng)用于國(guó)防、航空、通信、能源、交通等眾多領(lǐng)域。汽車用蓄電池一直是蓄電池市場(chǎng)需求產(chǎn)量最大的品種,隨著汽車行業(yè)作為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展支柱產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,車用鉛酸蓄電池的用量也迅速增加,大約占整個(gè)鉛酸蓄電池用量的80%。加之原有汽車對(duì)蓄電池的替換需求,汽車蓄電池的市場(chǎng)需求量還將有一個(gè)較大的增長(zhǎng)。電動(dòng)自行車作為一種新型代步工具,受到了群眾的認(rèn)可和歡迎,產(chǎn)量和社會(huì)擁有量迅速增長(zhǎng),其專用蓄電池的需求量也迅速擴(kuò)大,產(chǎn)值已超過原來居第二位的固定型蓄電池。目前新能源儲(chǔ)能也成為蓄電池新的應(yīng)用市場(chǎng),這些新的增長(zhǎng)點(diǎn)都為蓄電池行業(yè)帶來更大的發(fā)展空間,而且蓄電池行業(yè)的發(fā)展,也推動(dòng)了其他眾多行業(yè)的發(fā)展。

      但是,目前蓄電池生產(chǎn)企業(yè)眾多,競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈,另外隨著汽車行業(yè)的逐步開放,外資汽車制造廠在國(guó)內(nèi)逐步發(fā)展,導(dǎo)致對(duì)配套電池要求提高,這些都要求蓄電池生產(chǎn)企業(yè)必須提升產(chǎn)品品質(zhì),降低生產(chǎn)成本,來適應(yīng)新的市場(chǎng)需求。

        南京某公司專業(yè)生產(chǎn)各種蓄電池專用設(shè)備,主要生產(chǎn)極板設(shè)備、裝配設(shè)備、后處理設(shè)備、充放電機(jī)、檢測(cè)設(shè)備及環(huán)保等設(shè)備,以良好的質(zhì)量和較高的性價(jià)比,在國(guó)內(nèi)外中高端廠商用戶中有較好口碑。

        針對(duì)市場(chǎng)上對(duì)電池生產(chǎn)線檢測(cè)設(shè)備越來越高的要求,該公司推出了全自動(dòng)短路內(nèi)阻檢測(cè)機(jī)設(shè)備,采用西門子S7-200 SMART PLC 作為主控系統(tǒng)。全自動(dòng)短路內(nèi)阻檢測(cè)機(jī)是電池生產(chǎn)線中必不可少的專業(yè)質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備,相比以往的設(shè)備具有更多的優(yōu)勢(shì)。它將以往獨(dú)立的短路檢測(cè)機(jī)和內(nèi)阻檢測(cè)機(jī),融為一體,同時(shí)檢測(cè)短路和內(nèi)阻,將兩個(gè)工序并為一個(gè)工序處理,縮短處理時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率,也節(jié)約了設(shè)備成本。

2.工藝流程介紹
全自動(dòng)短路內(nèi)阻檢測(cè)機(jī)是蓄電池質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備,用于將需檢測(cè)的蓄電池傳送到高壓短路檢測(cè)位置和內(nèi)阻檢測(cè)位置,分別接通檢測(cè)電路,進(jìn)行極板短路檢測(cè)和焊點(diǎn)內(nèi)阻檢測(cè),以此來檢查蓄電池質(zhì)量。

短路檢測(cè)采用脈沖高壓進(jìn)行測(cè)試,用于檢測(cè)蓄電池組裝過程中正負(fù)極板間的安全間距,可靠的檢測(cè)出極板間存在微短路的電池,快速精確的測(cè)試出不合格產(chǎn)品。這樣就能在電池組裝后,充電之前就檢測(cè)出錯(cuò)誤,獲得電池更高的質(zhì)量產(chǎn)出,大大減少因電池極板短路造成產(chǎn)品的不合格率。

內(nèi)阻檢測(cè)用于檢查蓄電池穿壁焊接后的焊接質(zhì)量,給穿壁焊的兩個(gè)極耳之間加一個(gè)恒定的電流,根據(jù)穿壁焊兩個(gè)極耳之間的電阻不同用精密毫伏表測(cè)出電壓的變化,能夠有效的檢測(cè)電池在穿壁焊過程中出現(xiàn)的氣孔、假焊、濺鉛等缺陷,從而減小因焊接不達(dá)標(biāo)造成的產(chǎn)品不合格。

全自動(dòng)短路內(nèi)阻檢測(cè)機(jī),通過光電開關(guān)檢測(cè)蓄電池位置,將蓄電池傳送到電路和內(nèi)阻檢測(cè)位置,下降并夾緊測(cè)試機(jī)頭,自動(dòng)完成短路檢測(cè)和內(nèi)阻檢測(cè),判斷產(chǎn)品是否合格,執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。

     控制系統(tǒng)流程圖如下:見圖1

3.方案確定及產(chǎn)品硬件配置
全自動(dòng)短路內(nèi)阻檢測(cè)機(jī),相比以往的檢測(cè)設(shè)備,工藝更加復(fù)雜,程序處理量更大,邏輯更加繁瑣,且需要與多個(gè)設(shè)備進(jìn)行通訊,從而對(duì)PLC處理器的性能要求更高。因此,根據(jù)其要求最終選擇了運(yùn)算處理速度更快,性價(jià)比更高的SIMATIC S7-200 SMART PLC。

本系統(tǒng)使用數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多,需要24個(gè)數(shù)字量輸入和22個(gè)數(shù)字量輸出,總共46個(gè)數(shù)字量IO,選用SR60 CPU模塊,其本體集成I/O點(diǎn)數(shù)高達(dá)60點(diǎn),充分滿足了系統(tǒng)的需求。另外還需要1個(gè)模擬量輸出,連接恒流源設(shè)備,SR60標(biāo)準(zhǔn)型CPU,可方便地?cái)U(kuò)展模擬量模塊,以滿足系統(tǒng)要求。

以往的檢測(cè)設(shè)備不帶觸摸屏,人機(jī)交互很不方便,不能實(shí)時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。全自動(dòng)短路內(nèi)阻檢測(cè)機(jī)增加了HMI設(shè)備,選用了SMART 700 IE觸摸屏,使操作更加方便,隨時(shí)監(jiān)控設(shè)備的正常運(yùn)行或故障狀態(tài)。這款7寸寬屏觸摸屏相對(duì)于上代產(chǎn)品,顏色更加豐富,且集成了以太網(wǎng)接口。S7-200 SMART PLC通過內(nèi)置以太網(wǎng)接口與SMART 700 IE觸摸屏進(jìn)行通信,組網(wǎng)方便,且通訊快速。

在內(nèi)阻測(cè)試時(shí)需使用5個(gè)毫伏表、1個(gè)電流表,采用MODBUS RTU通訊。通過CPU模塊集成485接口與軟件集成的MODBUS通訊指令庫,很方便地實(shí)現(xiàn)MODBUS RTU通訊。(見圖2)

主要硬件配置表:

 

網(wǎng)絡(luò)配置圖:(見圖3)

4.軟件開發(fā)
全自動(dòng)短路內(nèi)阻檢測(cè)機(jī)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式。

手動(dòng)模式可執(zhí)行滾道啟停,高壓短路測(cè)試機(jī)頭上升下降,內(nèi)阻測(cè)試機(jī)頭上升下降,高壓短路測(cè)試機(jī)頭夾緊,內(nèi)阻測(cè)試機(jī)頭夾緊,剔除汽缸開關(guān)等手動(dòng)動(dòng)作。

自動(dòng)模式,通過光電開關(guān)檢測(cè)蓄電池位置,使用滾道將蓄電池傳送到短路檢測(cè)位置,自動(dòng)下降高壓短路測(cè)試機(jī)頭并夾緊,接通高壓短路測(cè)試儀器,短路檢測(cè)完成后,再將蓄電池傳送到內(nèi)阻檢測(cè)位置,自動(dòng)下降內(nèi)阻測(cè)試機(jī)頭并夾緊,接通內(nèi)阻測(cè)試電路,自動(dòng)完成內(nèi)阻檢測(cè),并判斷電池是否合格,不合格產(chǎn)品通過滾道傳送到剔除位置剔除,合格產(chǎn)品傳送到下一工序。

模擬量輸出連接至內(nèi)阻測(cè)試用恒流源設(shè)備,用于設(shè)定恒流源大小,信號(hào)量程1-5V。通過軟件設(shè)置模擬量輸出通道組態(tài),可選擇電流0-20mA或電壓正負(fù)0-10V,所以必須在程序中進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換,對(duì)應(yīng)1-5V,方可正常使用。

在內(nèi)阻測(cè)試時(shí),需要讀取電流表和毫伏表的數(shù)值來計(jì)算內(nèi)阻值,這5個(gè)毫伏表和1個(gè)電流表是通過MODBUS總線與PLC進(jìn)行通訊的,STEP 7- Micro/WIN SMART 提供便利的MODBUS指令庫功能,將子程序轉(zhuǎn)化成指令塊,與普通指令塊一樣,直接拖拽到編程界面就能完成調(diào)用。通過設(shè)置好相應(yīng)地址、波特率、讀寫模式以及數(shù)據(jù)交換區(qū)地址等參數(shù),便可實(shí)現(xiàn)PLC與毫伏表和電流表的數(shù)據(jù)交換。但MODBUS是半雙工通訊的,不能同時(shí)讀寫多個(gè)設(shè)備,所以必須編寫輪詢程序?qū)崿F(xiàn)多個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)讀寫。

     5。應(yīng)用體會(huì)
  SIMATIC S7-200 SMART PLC集成IO點(diǎn)數(shù)更多,性價(jià)比更高,更加符合小型OEM設(shè)備的需求。PLC本身集成了以太網(wǎng)接口,不需要使用專用編程電纜,使用網(wǎng)線就可以下載程序和進(jìn)行程序調(diào)試,在實(shí)際使用中很方便,而且下載速度非?臁

SIMATIC SMART 700 IE觸摸屏,顏色更加豐富,顯示效果比以前更好。觸摸屏本體集成了以太網(wǎng)接口和串口,接口比以前多了,提供了用戶更多的通訊連接選擇。另外,通過以太網(wǎng)可同時(shí)連接3臺(tái)PLC通訊,相比上一代產(chǎn)品只能與1臺(tái)PLC通訊,有所增強(qiáng),可以滿足一些特殊應(yīng)用的場(chǎng)合。

STEP 7- Micro/WIN SMART編程軟件,總體上保持STEP 7- Micro/WIN軟件界面和功能,改進(jìn)了一些菜單和窗口,操作方便。移植老程序也很方便,只需復(fù)制過來即可。STEP 7- Micro/WIN SMART軟件本身集成了MODBUS和USS指令庫,不需要另外安裝,使用起來很方便。但軟件沒有集成量程轉(zhuǎn)換的指令庫,需要自己編程或從STEP 7- Micro/WIN軟件中移植過來,希望以后能夠增加集成,從而使編程更加方便。

6.意見與建議
SIMATIC S7-200 SMART PLC只集成了一個(gè)以太網(wǎng)接口,在該接口已連接觸摸屏,又沒有路由器的情況下,想要在線監(jiān)控程序狀態(tài)時(shí),需要將觸摸屏網(wǎng)線拔下,使用中略有不便。未來是否能考慮增加集成以太網(wǎng)接口,使組網(wǎng)更加方便,也利于程序調(diào)試。S7-200 SMART PLC目前沒有電池模塊,不能滿足長(zhǎng)時(shí)間斷電保持時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的場(chǎng)合,希望能盡早推出電池模塊。

參考文獻(xiàn)
[1] 西門子技術(shù)文檔, S7-200 SMART PLC樣本手冊(cè)
[2] 西門子技術(shù)文檔, SMART LINE 觸摸屏樣本手冊(cè)

作者簡(jiǎn)介:

卞朋兵,男,本科,應(yīng)用工程師,西門子(中國(guó))有限公司江蘇分公司

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聯(lián)系地址:江蘇省南京市玄武區(qū)中山路228號(hào)地鐵大廈17層  郵編:210008 


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