多串口PLC在電池混料攪拌中的應(yīng)用
摘要：本文以實(shí)際的工程項(xiàng)目為例，較詳細(xì)介紹了一臺(tái)PLC與多個(gè)電子稱(chēng)和觸摸屏通過(guò)通信方式連接的方法，解決了一臺(tái)PLC連多個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)通信設(shè)備的技術(shù)難題，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
1. 引言
隨著彩屏手機(jī)的出現(xiàn)，人們對(duì)鋰電池的質(zhì)量和性能要求越來(lái)越高。手機(jī)電池正負(fù)極材料的混料和攪拌，是電池生產(chǎn)的第一道工序，該道工序質(zhì)量控制的好壞，將直接影響手機(jī)電池的質(zhì)量和成品合格率。而且該道工序工藝流程復(fù)雜，對(duì)原料配比，混料步驟，攪拌時(shí)間等等都有較高的要求。傳統(tǒng)的人工控制方式，不僅工人的勞動(dòng)強(qiáng)度極高，而且很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和重復(fù)性。所以，必須對(duì)混料和攪拌的全過(guò)程實(shí)行自動(dòng)控制。
經(jīng)過(guò)多方調(diào)研論證，我們采用了以瑞士SAIA PCD系列多串口PLC為現(xiàn)場(chǎng)控制站，以PC為中控室操作站，以觸摸屏為現(xiàn)場(chǎng)操作站的控制方案，解決了一臺(tái)PLC連多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的電子稱(chēng)，觸摸屏的技術(shù)難題，完成了電池材料混料和攪拌的自動(dòng)控制。
2. SAIA PCD系列PLC簡(jiǎn)介
SAIA PCD是瑞士思博控制公司（SAIA-Burgess Control）生產(chǎn)的高性能價(jià)格比的PLC，其CPU采用工業(yè)級(jí)的32位處理器，運(yùn)算速度非常快，特別適合對(duì)數(shù)學(xué)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)通信要求較高的應(yīng)用。
l 帶實(shí)時(shí)時(shí)鐘的32位CPU，強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算能力和模擬量處理能力。
l 強(qiáng)大的內(nèi)存（最小17KBYTE，最大的1MBYTE），用戶(hù)可以根據(jù)需要擴(kuò)充
l 模塊化的I/O，可以根據(jù)需要任意組合
l 全系列PCD產(chǎn)品都具有相同的內(nèi)部資源
l 全系列PCD產(chǎn)品均使用同一個(gè)圖形化的編程工具，簡(jiǎn)單易學(xué)
l 通訊、通信能力非常強(qiáng)大，最多有8個(gè)串行通訊口，支持RS232，RS422， RS485，MODBUS，TCP/IP，PROFIBUS，LONWORKS等）
l 絕對(duì)開(kāi)放的系統(tǒng)，提供OPC的支持
l 良好的性能價(jià)格比
在本系統(tǒng)中，CPU模塊我們選用的是PCD2.M170，1Mbyte存儲(chǔ)器，將通信口擴(kuò)展到6個(gè)，每個(gè)通信口采用獨(dú)立的通信協(xié)議，用以連接上位機(jī)，多個(gè)觸摸屏和多個(gè)電子稱(chēng)。
3. 控制方案
3.1 系統(tǒng)硬件組成
l PLC選用SAIA的PCD2.M170，擴(kuò)展到2個(gè)RS232，4個(gè)RS485通信接口，配置40個(gè)DI，55個(gè)DO，16路AI，24路AO，2路高速計(jì)數(shù)，用于采集質(zhì)量流量計(jì)脈沖信號(hào)。
l 觸摸屏：WeinView 510T，10寸彩色觸摸屏，帶RS232/485通信口，支持SAIA S-Bus 協(xié)議
l 電子稱(chēng)：METTLER TOLEDO/KB1100
l 質(zhì)量流量計(jì)：LZLB-8(太航儀表)
3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
上位機(jī)：作為工程師站，通過(guò)Port0與PLC連接，走基于RS485的S-Bus通信協(xié)議，安裝SAIA PG5對(duì)PLC進(jìn)行組態(tài)和編程。上位監(jiān)控軟件采用Grace 2.2，顯示整道工序的工藝流程圖和報(bào)警一覽圖，完成混料的配方設(shè)置，攪拌時(shí)間設(shè)置，歷史數(shù)據(jù)和歷史趨勢(shì)記錄，生產(chǎn)報(bào)表打印等功能。
輔助監(jiān)控觸摸屏：安裝在中控室，通過(guò)Port1與PLC連接，走基于RS485的S-Bus通信協(xié)議，由操作工來(lái)進(jìn)行日常的混料和攪拌操作。主要作為計(jì)算機(jī)失效時(shí)的備用。
干粉稱(chēng)：安裝在干粉稱(chēng)量間，通過(guò)Port2與PLC連接，由于距離PLC較進(jìn)，采用RS232通信接口，通信協(xié)議為托利多電子稱(chēng)的自定義協(xié)議。
干粉稱(chēng)操作觸摸屏：安裝在干粉稱(chēng)量間，通過(guò)Port3與PLC連接，走基于RS485的S-Bus通信協(xié)議，主要由操作工來(lái)完成干粉稱(chēng)量的確認(rèn)操作。每次稱(chēng)量的重量都與設(shè)定值作比對(duì)，在設(shè)定值誤差范圍的數(shù)據(jù)才能確認(rèn)通過(guò)，以確保稱(chēng)量的準(zhǔn)確度。且所有的操作都將記錄在PLC中。
SBR稱(chēng)：安裝在SBR稱(chēng)量間，通過(guò)Port4與PLC連接，采用RS232通信接口，通信協(xié)議為托利多電子稱(chēng)的自定義協(xié)議。
SBR操作觸摸屏：安裝在SBR稱(chēng)量間，通過(guò)Port5與PLC連接，走基于RS485的S-Bus通信協(xié)議，主要由操作工來(lái)完成SBR稱(chēng)量的操作，每次稱(chēng)量的重量都與設(shè)定值作比對(duì)，在設(shè)定值誤差范圍的數(shù)據(jù)才能確認(rèn)通過(guò)，以確保稱(chēng)量的準(zhǔn)確度。且所有的操作都將記錄在PLC中。
4. PLC與電子稱(chēng)的通信編程
PLC與上位機(jī)，觸摸屏之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的S-Bus協(xié)議通信，只需簡(jiǎn)單地設(shè)置一下通信參數(shù)就可以了，不需要編寫(xiě)通信程序；電子稱(chēng)是托利多自己的通信標(biāo)準(zhǔn)，所以，要和PLC之間通信，必須編寫(xiě)相應(yīng)的通信程序。
4.1 通信方式
PLC與 電子稱(chēng)之間采用主從方式進(jìn)行通信，PLC為主站，電子稱(chēng)為從站，從站只有在收到主站的讀寫(xiě)命令后才發(fā)送數(shù)據(jù)，由于電子稱(chēng)的通信協(xié)議中沒(méi)有站號(hào)，所以只能采用點(diǎn)到點(diǎn)連接方式，
4.2 電子稱(chēng)的通信協(xié)議
串行口通信格式：1個(gè)起始位，7個(gè)通信位，1個(gè)停止位，1個(gè)校驗(yàn)位。
波特率：9600
輸出格式：18字節(jié)連續(xù)輸出
其中1-STX是起始字符
2是三個(gè)狀態(tài)字，分別表示小數(shù)點(diǎn)位置，毛重/皮重，以及重量單位。
3是毛重或皮重，根據(jù)設(shè)定而來(lái)
4是皮重值
5是回車(chē)符
6是校驗(yàn)和
4.3 PCD與電子稱(chēng)的通信程序
;;----------初始化通信口--------------------------------------------
$init
sasi 2
Init ;SBR稱(chēng)重計(jì)接口初始化
$endinit
pb 30
sth timer1 ; 記時(shí)器
jr h end
ld timer1 ;記時(shí)器
1
acc h
ld CNT
15
begin: SEI K 0
REPEAT: STH RBSY
JR L lp
SRXDX 2
RBUF_R ;讀數(shù)據(jù)
CMP RBUF_R ;讀數(shù)據(jù)
K 02
ACC Z
JR L begin
INI K 17
JR H REPEAT
cmp RBUF_R16 ;數(shù)據(jù)結(jié)尾，回車(chē)
k 13
acc z
jr l end
jr dip
lp: acc h
DEC CNT
STH CNT
JR H REPEAT
acc h
dip: CPB DISPOSE
end: copy NET ;凈重?cái)?shù)據(jù)
WgtSBR ;SBR實(shí)時(shí)重量
epb
5.結(jié)論
該自控系統(tǒng)投運(yùn)后，混料控制精度達(dá)1‰，不但減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)大，而且大大提高了生產(chǎn)率和成品合格率。本文所述的技術(shù)方案，是一個(gè)多通信口應(yīng)用的典型案例，對(duì)PLC與多臺(tái)設(shè)備通過(guò)通信方式連接的應(yīng)用，有作較高的指導(dǎo)價(jià)值。
1. 引言
隨著彩屏手機(jī)的出現(xiàn)，人們對(duì)鋰電池的質(zhì)量和性能要求越來(lái)越高。手機(jī)電池正負(fù)極材料的混料和攪拌，是電池生產(chǎn)的第一道工序，該道工序質(zhì)量控制的好壞，將直接影響手機(jī)電池的質(zhì)量和成品合格率。而且該道工序工藝流程復(fù)雜，對(duì)原料配比，混料步驟，攪拌時(shí)間等等都有較高的要求。傳統(tǒng)的人工控制方式，不僅工人的勞動(dòng)強(qiáng)度極高，而且很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和重復(fù)性。所以，必須對(duì)混料和攪拌的全過(guò)程實(shí)行自動(dòng)控制。
經(jīng)過(guò)多方調(diào)研論證，我們采用了以瑞士SAIA PCD系列多串口PLC為現(xiàn)場(chǎng)控制站，以PC為中控室操作站，以觸摸屏為現(xiàn)場(chǎng)操作站的控制方案，解決了一臺(tái)PLC連多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的電子稱(chēng)，觸摸屏的技術(shù)難題，完成了電池材料混料和攪拌的自動(dòng)控制。
2. SAIA PCD系列PLC簡(jiǎn)介
SAIA PCD是瑞士思博控制公司（SAIA-Burgess Control）生產(chǎn)的高性能價(jià)格比的PLC，其CPU采用工業(yè)級(jí)的32位處理器，運(yùn)算速度非常快，特別適合對(duì)數(shù)學(xué)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)通信要求較高的應(yīng)用。
l 帶實(shí)時(shí)時(shí)鐘的32位CPU，強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算能力和模擬量處理能力。
l 強(qiáng)大的內(nèi)存（最小17KBYTE，最大的1MBYTE），用戶(hù)可以根據(jù)需要擴(kuò)充
l 模塊化的I/O，可以根據(jù)需要任意組合
l 全系列PCD產(chǎn)品都具有相同的內(nèi)部資源
l 全系列PCD產(chǎn)品均使用同一個(gè)圖形化的編程工具，簡(jiǎn)單易學(xué)
l 通訊、通信能力非常強(qiáng)大，最多有8個(gè)串行通訊口，支持RS232，RS422， RS485，MODBUS，TCP/IP，PROFIBUS，LONWORKS等）
l 絕對(duì)開(kāi)放的系統(tǒng)，提供OPC的支持
l 良好的性能價(jià)格比
在本系統(tǒng)中，CPU模塊我們選用的是PCD2.M170，1Mbyte存儲(chǔ)器，將通信口擴(kuò)展到6個(gè)，每個(gè)通信口采用獨(dú)立的通信協(xié)議，用以連接上位機(jī)，多個(gè)觸摸屏和多個(gè)電子稱(chēng)。
3. 控制方案
3.1 系統(tǒng)硬件組成
l PLC選用SAIA的PCD2.M170，擴(kuò)展到2個(gè)RS232，4個(gè)RS485通信接口，配置40個(gè)DI，55個(gè)DO，16路AI，24路AO，2路高速計(jì)數(shù)，用于采集質(zhì)量流量計(jì)脈沖信號(hào)。
l 觸摸屏：WeinView 510T，10寸彩色觸摸屏，帶RS232/485通信口，支持SAIA S-Bus 協(xié)議
l 電子稱(chēng)：METTLER TOLEDO/KB1100
l 質(zhì)量流量計(jì)：LZLB-8(太航儀表)
3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
上位機(jī)：作為工程師站，通過(guò)Port0與PLC連接，走基于RS485的S-Bus通信協(xié)議，安裝SAIA PG5對(duì)PLC進(jìn)行組態(tài)和編程。上位監(jiān)控軟件采用Grace 2.2，顯示整道工序的工藝流程圖和報(bào)警一覽圖，完成混料的配方設(shè)置，攪拌時(shí)間設(shè)置，歷史數(shù)據(jù)和歷史趨勢(shì)記錄，生產(chǎn)報(bào)表打印等功能。
輔助監(jiān)控觸摸屏：安裝在中控室，通過(guò)Port1與PLC連接，走基于RS485的S-Bus通信協(xié)議，由操作工來(lái)進(jìn)行日常的混料和攪拌操作。主要作為計(jì)算機(jī)失效時(shí)的備用。
干粉稱(chēng)：安裝在干粉稱(chēng)量間，通過(guò)Port2與PLC連接，由于距離PLC較進(jìn)，采用RS232通信接口，通信協(xié)議為托利多電子稱(chēng)的自定義協(xié)議。
干粉稱(chēng)操作觸摸屏：安裝在干粉稱(chēng)量間，通過(guò)Port3與PLC連接，走基于RS485的S-Bus通信協(xié)議，主要由操作工來(lái)完成干粉稱(chēng)量的確認(rèn)操作。每次稱(chēng)量的重量都與設(shè)定值作比對(duì)，在設(shè)定值誤差范圍的數(shù)據(jù)才能確認(rèn)通過(guò)，以確保稱(chēng)量的準(zhǔn)確度。且所有的操作都將記錄在PLC中。
SBR稱(chēng)：安裝在SBR稱(chēng)量間，通過(guò)Port4與PLC連接，采用RS232通信接口，通信協(xié)議為托利多電子稱(chēng)的自定義協(xié)議。
SBR操作觸摸屏：安裝在SBR稱(chēng)量間，通過(guò)Port5與PLC連接，走基于RS485的S-Bus通信協(xié)議，主要由操作工來(lái)完成SBR稱(chēng)量的操作，每次稱(chēng)量的重量都與設(shè)定值作比對(duì)，在設(shè)定值誤差范圍的數(shù)據(jù)才能確認(rèn)通過(guò)，以確保稱(chēng)量的準(zhǔn)確度。且所有的操作都將記錄在PLC中。
4. PLC與電子稱(chēng)的通信編程
PLC與上位機(jī)，觸摸屏之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的S-Bus協(xié)議通信，只需簡(jiǎn)單地設(shè)置一下通信參數(shù)就可以了，不需要編寫(xiě)通信程序；電子稱(chēng)是托利多自己的通信標(biāo)準(zhǔn)，所以，要和PLC之間通信，必須編寫(xiě)相應(yīng)的通信程序。
4.1 通信方式
PLC與 電子稱(chēng)之間采用主從方式進(jìn)行通信，PLC為主站，電子稱(chēng)為從站，從站只有在收到主站的讀寫(xiě)命令后才發(fā)送數(shù)據(jù)，由于電子稱(chēng)的通信協(xié)議中沒(méi)有站號(hào)，所以只能采用點(diǎn)到點(diǎn)連接方式，
4.2 電子稱(chēng)的通信協(xié)議
串行口通信格式：1個(gè)起始位，7個(gè)通信位，1個(gè)停止位，1個(gè)校驗(yàn)位。
波特率：9600
輸出格式：18字節(jié)連續(xù)輸出
其中1-STX是起始字符
2是三個(gè)狀態(tài)字，分別表示小數(shù)點(diǎn)位置，毛重/皮重，以及重量單位。
3是毛重或皮重，根據(jù)設(shè)定而來(lái)
4是皮重值
5是回車(chē)符
6是校驗(yàn)和
4.3 PCD與電子稱(chēng)的通信程序
;;----------初始化通信口--------------------------------------------
$init
sasi 2
Init ;SBR稱(chēng)重計(jì)接口初始化
$endinit
pb 30
sth timer1 ; 記時(shí)器
jr h end
ld timer1 ;記時(shí)器
1
acc h
ld CNT
15
begin: SEI K 0
REPEAT: STH RBSY
JR L lp
SRXDX 2
RBUF_R ;讀數(shù)據(jù)
CMP RBUF_R ;讀數(shù)據(jù)
K 02
ACC Z
JR L begin
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JR H REPEAT
cmp RBUF_R16 ;數(shù)據(jù)結(jié)尾，回車(chē)
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acc z
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jr dip
lp: acc h
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STH CNT
JR H REPEAT
acc h
dip: CPB DISPOSE
end: copy NET ;凈重?cái)?shù)據(jù)
WgtSBR ;SBR實(shí)時(shí)重量
epb
5.結(jié)論
該自控系統(tǒng)投運(yùn)后，混料控制精度達(dá)1‰，不但減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)大，而且大大提高了生產(chǎn)率和成品合格率。本文所述的技術(shù)方案，是一個(gè)多通信口應(yīng)用的典型案例，對(duì)PLC與多臺(tái)設(shè)備通過(guò)通信方式連接的應(yīng)用，有作較高的指導(dǎo)價(jià)值。
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