西门子S7-200 SMART 在码垛线上的应用

1 引言

国内的包装生产线在发展初期一般只能完成物料包 装，后续的搬运工作则由搬运工人来完成。随着产量的 日益扩大，传统的人工搬运方式显然无法满足需求，码 垛机械的出现为这一问题提供了有效的解决方案。

码垛机可以集成在生产线中，使生产现场变得智能 化，可以实现饮料、食品、日化等行业各种作业的码垛 物流，为企业改善工作条件，减轻个人体力劳动，减员 增效起到了关键作用。目前主流的控制系统采用 PLC+ 机 械手的方式，对整条生产线的末端产品进行整理、堆叠、 整垛输出等。

目前市场上主流的码垛线为单线输送系统，码垛能力 在 30~40 箱 / 分，具体的码垛能力视货物而异。本项目中 设计的码垛线为双线输送，码垛能力能达到 60 箱 / 分， 主要应用在食品行业。该码垛线通过 PLC 控制将两条生 产线上输送过的产品分别输送到对应的堆叠区，且通过触摸屏可设定不同的层数采用不同的堆叠方式，如第 1层按方式 1 堆叠，第 2 层按方式 2 堆叠，码垛方式灵活。

2 工艺要求

码垛线分为 A、B 两线，每条线均由以下部分组成： 入口输送带 1、入口输送带 2、入口输送带 3、分离电机、 转向电磁阀、转向滚筒、堆叠输送带，出口输送带等；A、 B 两线共用栈板供应系统和左右栈板输送带等设备。码垛 线装备实物图片如图 1 所示。

货物由入口输送带 1 进入，经过三个入口缓存输送带， 输送到分离电机处；分离电机分离后根据需要确认是否 转向 ( 如需转向则转向气缸动作 ) 并计数，PLC 进行判断 产品是否已完成一列。达到一列后控制推杆动作，将货 物整平。此时，PLC 发出 DO 信号给 ABB 机械手 (ABB 机械手与 PLC 通过硬接线连接 )，机械手动作抓取已完成 码垛的一列产品；当完成一垛后，堆叠电机动作，将已整垛输出；然后栈板供应启动，为缺少 栈板的堆叠区提供栈板，依次循环实现持续码垛。其工艺流程如图 2 所示。

3 自动化平台选型

鉴于该码垛机 I/O 点数较多 (DI 为 75，DO 为 40)， 以及电控柜空间限制的需求，在系统选型时采用西门子 S7-200 SMART PLC 作为主控制器，因为 S7-200 SMART具备 60I/O 的大点数 CPU 以及高密度扩展模块，并且模 块体积紧凑，能够有效满足以上需求。码垛线上的转向 气缸、滚筒等动作频繁，高达 20~30 次 / 分，故采用晶体 管输出类型，外接中间继电器驱动大负载。在 HMI 选型上， 单线系统选用 7 寸屏即能满足要求，但对于双线控制系统， 需要显示的信息更多，最终选用 10 寸屏。同时，屏上集 成的以太网接口与 S7-200 SMART 无缝连接，编程调试、 设备通讯都很方便。电控系统配置如附表所示。

4 PLC 程序设计

4.1 结构化模块设计

由于码垛线控制点 数较多，程序较大，而 且 各 部 分 功 能 较 为 分 明，所以在软件设计时， 采用结构化编程的理念 可 使 程 序 结 构 更 加 分 明。程序设计分为主程 序和子程序两部分，主 程序中 AB 两线运行各 自调用相应子程序。子 程序主要有：开机初始 化程序、各设备手动控 制程序、入口计数子程 序、整列推杆初始化子 程序、自动运行子程序、 堆叠方式处理子程序、 故障报警子程序、系统 复位及数量清零等子程 序组成，如图 3 所示。

4.2 HMI 程序设计：

触摸屏程序分主画面及窗口调用 画面等总计 23 个画面。主画面用于 监视 AB 生产线运行数据，调用窗口 包括报警、手动控制、自动控制、堆 叠程序设定、箱体动作设定、帮助说 明等画面；读取或写入 PLC 变量总 计约 300 个。主画面和调用窗口画面 举例如下：

(1) 主画面：用于监视两条生产 线当前运行数据， 如当前程序 ( 配 方 )、每层设定箱数、设定层数，已 计箱区箱体数、已计当前层数等如图 4 所示。

(2) 奇数层箱体动作画面：奇数层 用于设定当层数达到奇数层时 ( 例 1 层、3 层、5 层等 )，该层即按本触摸 所设定的方式进行堆叠，如图 5 所示。

5 结束语

西 门 子 小 型 可 编 程 控 制 器 S7- 200 SMART 集成以太网接口，使用 低成本的普通线缆与编程设备通讯。 可拆卸的端子、紧凑的结构设计大 大节省了控制柜占用空间等特点。 Micro/WIN SMART 软件的子程序的 调用功能，相比较其他小型 PLC 编程软件更易于方便查找、浏览程序。 子程序可以做成功能块，在对多台 相同设备控制时只需反复调用即可， 程序结构更加清晰。

同其他 HMI 解决方案相比，西 门子 SMART LINE 触摸屏编程调试 更加便捷，集成的以太网接口可与 S7-200 SMART 等控制设备实现快速 的实时通讯，同时具备 65000 色真彩 显示，让操作员具有更好的视觉体 验，高分辨率使画面更清晰，画质更细腻。其新颖设计和传统触摸屏相比 具有更大的可视面积，单个画面中可 显示更多的信息。

通过实际的测试运行，采用 S7- 200 SMART PLC 和 SMART LINE 触摸屏的双线码垛生产线控制系统性 能可靠，相比之前的单线控制系统， 产能提升了 50% 以上。

作者简介

林开洪 (1981-) 男 技术工程师，现就职于福建华拓自动化技术有 限公司，从事 OEM 事业部电气及自 动化系统的设计、开发及成套调试。

参考文献

[1]  S7-200   SMART 产品样本 [ Z]. 西门子

( 中国 ) 有限公司 .

[2]  S7-200   SMART 系统手册 [ Z]. 西门子

( 中国 ) 有限公司 .

[3] Wincc flexible 2008 操作手册 [Z]. 西门 子 ( 中国 ) 有限公司

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