卸箱机控制系统升级改造

本文讲述了啤酒灌装线中卸箱机电气控制系统由S5升级为S7的思路及方法，描述了硬件升级的对应模块、编程过程中的难点语句的处理方法、AS-i总线的寻址方法以及格雷码的转换语句思路和程序。

关键词：西门子S5和S7、PLC、AS-i总线及格雷码

我公司于98年购进一条3.2万瓶/小时啤酒灌装线，是由德国KRONES公司生产，这条灌装线的卸箱机生产能力为3.6万瓶/小时，十多年来一直运行良好，卸箱机的控制系统是采用西门子S5-115U系列PLC进行控制，控制稳定可靠，去年5月PLC出现故障停止生产。

一、卸箱机的功能与结构

该卸箱机由输瓶装置、输箱装置、抓瓶装置、双四连杆机构、机架、气动装置、电气控制系统等部分组成。当装满啤酒瓶子的塑料箱子从输箱带走过时止箱汽缸上升止住箱子，分箱汽缸带动分箱架子将箱子分开，使得每个瓶子正对一个抓瓶装置，同时抓瓶装置下落到瓶子上，抓瓶汽缸动作，将瓶子抓住，接着抓瓶装置上升将瓶子放到输瓶台上，空箱放走，装满瓶子的箱子再过来，这样往复运动。每次卸箱6个，每箱装瓶子24个，所以动作一次卸瓶子144个。

机械部分较简单，每年更换易损件，运行良好;其电气部分主要由两台同步电机带动双四连杆机构，为确保两台电机同步运行，在电机上安装了编码器，PLC随时读取其数据进行比较，自动调整，确保两台电机同步;止箱、分箱、及每个汽缸均根据编码器的数值动作，所以编码器的数值至关重要。

二、改造思路与过程

故障原因是PLC损坏，为了给以后其他设备改造打基础和节省资金，公司决定对这台卸箱机进行升级改造，将控制系统升级为S7-300控制系统。升级分为硬件和软件升级两部分。

硬件的升级改造

其硬件由电源模块、CPU主模块、AS—i通讯模块及数字量输入输出模块，其更新升级替代模块如表一所示

S5系列的PLC是西门子早期生产，它的编程软件是在MS-doc系统下运行，和现在的S7-200、300的语句截然不同，不能直接相互转换，这就给改造带来非常大的困难，并且S5语句不易懂，熟悉它的工程师较少。经过总结我认为难点主要有以下几点：

第一、块的处理。S5程序由组织块BO、功能块PC、数据块DB和程序块PB组成,这些块所起作用不同，编程方法也不相同，源程序共有20个块，我的思路就是必须看懂原有的S5程序，熟悉每个块的功能和性质以及使用方法，清楚块与块之间的关联关系，所起作用，将其一句句转变为S7的程序;编写完成后，其中S5和S7组织块相似，变动较少，将S5的功能块变成S7的子程序块，S5的程序块依然变成S7的程序块可。

第二、语句的处理。对于S7和S5语句相同功能相同的只要照抄即可;还有语句相似功能相同,如S5中LPY13是读第13个字节的数值，在S7中器语句是，LIB13，基本相似，只要从其功能出发，确保功能相同即可，再比如调用数据块22，S5用OPENDB22，S7用CDB22表不同;另外在S5中数据块中的数据是双字，在S7中数据块中数据是单字，所以对应到7中是DBW0、DBW2、DBW4、DBW6，即是偶数的形式，与S5不同;有的语句在S5中有而在S7中没有，就需要搞清楚其功能，用S7中组合语句将其替代，比如S5有语句DOFW120SLW0，在S7的语句表中就没有这个语句，需要通过转换，在表二中，带下划线的就是他们之间巧妙的转换，其他语句也能相互转换。

第三、寻找AS-i总线地址的对应关系。AS-i总线在欧洲也叫省线模式，由CP2430控制两路总线(分别为MasterA和MasterB)，它的难点是总线地址不便于理解，通过认真读源程序及现场器件的地址比较找出规律及相互对应的顺序，每路总线带31个站，每个站带四位地址，其对应关系如图表三所示，在表三中只要起始地址64.0固定，其余依次地址排列，31个站点一直排到79.7，在编程时要特别注意地址的顺序，和使用的地址，另外0#站点的四位不能使用;同时在STEP7编程时与之地址相互对应，总线控制的地址难点迎刃而解了，同时编程问题也就变得简单了，将STEP7中默认地址进行修改，只需将起始地址修改即可。

第四、数值的转换。这台卸箱机主轴是由两台同步电机带减速机驱动，为使两台减速机同步，减速机上安装了绝对值编码器，当两个编码器差值超过一定数值时，说明主轴有故障，必须停机校正;这两台编码器是格雷码编码器，格雷码是一种无权码，采用绝对编码方式，典型的格雷码是一种具有反射特性和循环特性，格雷码必须变换成二进制码，然后变换成十进制码进行比对，二进制转换成十进制容易，二进制格雷码转换成自然二进制码,其法则是保留格雷码的最高位作为自然二进制码的最高位，而次高位自然二进制码为高位自然二进制码与次高位格雷码相异或，而自然二进制码的其余各位与次高位自然二进制码的求法相类似，为了便于理解我选用双字1011010011111101为例，进行转换其步骤如表四所示，转换结果为1101100010101101。

公司于5月20日决定采用升级改造的方法，从21日我们开始联系西门子公司，采购S7-300系列的PLC卡件，并着手编写程序，6月1日安装了PLC卡件并开始接线、调试，期间部分程序进行了反复的修改，最终于6月10日成功交付车间使用，本次改造时间20天。

2、改造效果

在卸箱机性能方面：采纳了一些操作人员的建议升级改造后的卸箱机功能更实用，更便于操作，减少了中间停机时间;在备件管理上，由于运用了S7-300的控制系统，西门子S7-300系列的卡件市面非常多，经计算原来S5需要12万的备件，现在只需1.8万元，有利于备件管理;在节约资金方面：这次升级改造比更换S5器件节约资金8万元。

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