摘要：根據食用菌培養料自動(dòng)套袋裝袋機工藝流程及控制要求，設計了一套基于S7-200 SMART 的控制系統；結合現場(chǎng)控制工藝需求，分析了硬件配置以及軟件控制流程；提出了一些關(guān)于S7-200 SMART的應用感受；經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)中的應用，該控制系統工作穩定，高效，滿(mǎn)足控制工藝需求。

    關(guān)鍵詞：S7-200 SMART；食用菌培養料自動(dòng)套袋裝袋機

    1　項目簡(jiǎn)介

    中國有豐富的食用菌資源，也是最早栽培食用菌的國家之一。由于食用菌含有多種人體健康必需的物質(zhì)，近年來(lái)受到越來(lái)越多消費者的歡迎，市場(chǎng)需求迅速擴大，但是其加工機械，特別是裝袋機的發(fā)展比較緩慢。本文中設計的裝袋機采用PLC控制，能夠自動(dòng)把食用菌培養料裝入聚丙烯、低壓聚乙烯菌種袋中，大大減輕了操作者的勞動(dòng)強度，同時(shí)還提高了裝袋效率。

    技術(shù)參數

    （1）總功率3kW
    （2）工作電壓：AC380V；
    （3）裝袋速度：800 -1000袋/h；
    （4）工作氣壓：約0.7Mpa；
    （5）重量：約800kg
    （6）外形尺寸：2000×1000×1800mm

    結構：主要由機架、主軸、圓齒盤(pán)、裝料盤(pán)及傳動(dòng)機構、氣壓控制系統、電控柜等組成。

    原理：食用菌培養料裝袋機主要由一個(gè)間歇旋轉的裝料盤(pán)通過(guò)變頻調速和勻速旋轉的壓力盤(pán)及傳動(dòng)機構組成。裝料盤(pán)上均布若干個(gè)料筒，通過(guò)真空泵來(lái)取袋，氣動(dòng)機構配合完成張袋、套袋全過(guò)程，料筒下方套上塑料袋，隨著(zhù)裝料盤(pán)的旋轉，將菌料自動(dòng)裝入塑料袋，同時(shí)正對料筒上方的壓料氣缸把培養料壓實(shí)，即可將塑料袋中的菌料均勻壓緊，能使菌菇健康生長(cháng)；而且可根據需要調節菌料松緊度。自動(dòng)食用菌培養料裝袋機結構簡(jiǎn)單，適用于各種菌袋。

    2　工藝流程結構圖（如圖1所示）

                     
                              圖1 工藝流程圖

    3　方案確定

    該用戶(hù)是國內食用菌裝袋機械的知名產(chǎn)商，對設備元器件品牌和性能的要求都非常高，尤其是電控產(chǎn)品。同時(shí)為了滿(mǎn)足出口歐美市場(chǎng)的需求，最終選用西門(mén)子產(chǎn)品作為最終的方案，包括S7-200 SMART PLC，SMART LINE觸摸屏和V20變頻器。S7-200 SMART本體集成以太網(wǎng)接口，使用普通的網(wǎng)線(xiàn)就能下載程序。以太網(wǎng)接口的另一個(gè)巨大優(yōu)勢是工程師可以利用互聯(lián)網(wǎng)對現場(chǎng)設備進(jìn)行遠程診斷、修改程序，而其中只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的VPN設置，為用戶(hù)提供了方便快捷的售后服務(wù)途徑。SMART LINE觸摸屏本體也集成以太網(wǎng)接口，與S7-200 SMART無(wú)縫連接，得力于以太網(wǎng)的高速通訊，畫(huà)面響應及時(shí)，比起串口通訊，用戶(hù)體驗更好。V20變頻器操作簡(jiǎn)單，根據鏈接宏設定，使用戶(hù)易學(xué)易懂。S7-200 SMART與V20是用I/O控制多段速，來(lái)實(shí)現轉盤(pán)定位。

                         
                                        表1 I/O分配清單

                                         表2 主要硬件配置表
                      

    4　軟件開(kāi)發(fā)

    自動(dòng)套袋裝袋機分兩種工作模式。手動(dòng)模式：在HMI里面設計每個(gè)機構手動(dòng)按鈕，每一個(gè)動(dòng)作都可以單獨運行，方便機構調試。自動(dòng)模式：通過(guò)按下啟動(dòng)按鈕，自動(dòng)完成培養料自動(dòng)套袋。通過(guò)停止按鈕，完成一個(gè)周期后自動(dòng)停止。

    PLC程序由主程序、畫(huà)面密碼、自動(dòng)、參數和手動(dòng)共5部分組成，部分程序如圖所示。

    （1）主程序主要用結構化編程，結構化編程很清晰對程序進(jìn)行修改，對設備動(dòng)作進(jìn)一步優(yōu)化，同時(shí)降低CPU掃描周期；

    （2）畫(huà)面密碼主要是控制HMI畫(huà)面切換和用戶(hù)登錄數據處理；

    （3） 自動(dòng)就是在自動(dòng)模式下根據設定的工藝流程自動(dòng)運行；

    （4）參數主要是設定機構動(dòng)作運行數據；

    （5）手動(dòng)主要是在手動(dòng)模式下手動(dòng)操作運行。

               
                                    圖2 用戶(hù)密碼輸入正確切換畫(huà)面

                     
                                        圖3 轉盤(pán)高速定位

    HMI組態(tài)中總共7頁(yè)畫(huà)面: 開(kāi)機畫(huà)面1頁(yè)，手動(dòng)畫(huà)面1頁(yè)，自動(dòng)畫(huà)面1頁(yè)，參數畫(huà)面1頁(yè)，參數更改登錄畫(huà)面1頁(yè)，部件標識畫(huà)面2頁(yè)，使用了162個(gè)變量。

    HMI整個(gè)畫(huà)面有開(kāi)機畫(huà)面中菜單欄來(lái)選擇操作畫(huà)面，且每個(gè)子畫(huà)面都有相對菜單欄來(lái)選擇相對操作畫(huà)面。

    5　應用體會(huì )

    由于S7-200 SMART和SMART LINE都集成了以太網(wǎng)接口，使用路由器便能把二者和電腦連在一起，通過(guò)選擇IP地址對相應的設備進(jìn)行編程。S7-200 SMART編程軟件自帶浮動(dòng)框提示功能，將鼠標挪到某個(gè)功能塊，即會(huì )顯示各管腳賦值的數據類(lèi)型，根據提示進(jìn)行賦值即可。如果數據類(lèi)型不符，還會(huì )有紅色波浪線(xiàn)提示，非常人性化，大幅提高編程效率。另外，V20變頻器提供鏈接宏功能，簡(jiǎn)單易用。通過(guò)用戶(hù)的測試表明，這套由S7-200 SMART PLC，SMART LINE觸摸屏和V20變頻器組成的小型自動(dòng)化解決方案提高了設備性能，操作簡(jiǎn)單，易于使用。