【连载-应用篇】西门子S7-1500在液压成型机中的应用

1. 项目简介

液压成型机是符合国家环保节能的产业政策的新型墙材装备，可广泛应用在电力、冶金、化工、煤炭等行业的固体废弃物的综合再利用上，能生产标准砖、空心砖、盲孔砖等。其制品质量高、成本低，可消化大量工业废渣，具有良好的经济和社会效益。

2. 设备工艺介绍

液压成型机主要由液压站，主机，托砖平台，机器人码垛系统，蒸养车，进给机等设备组成。液压站4台伺服泵提供压制及脱模的液压系统动力，主机上由伺服电机带动的布料小车将物料布撒进模腔后退回，主缸与模套共同向下加压完成压制，然后主缸回到上位，模套脱模，布料小车再在向前布料的同时将成品夹放到托砖平台上，由机器人将其堆垛到蒸养小车上。小车放满后由进给机将小车推至前一工位，并带一空车进入码放位，如此循环往复。液压系统是设备的主要动力系统，决定着设备的运行质量。

3. 系统架构

此套系统控制器采用西门子S7-1500PLC作为主控制器，TP1500作为操作面板，采用S7-1200作为I-O DEVICE下挂DP通讯模块连接4个力士乐伺服泵的DP控制卡，采用多个远程IO模块接入设备的传感器和执行器，Profinet总线接入SEW伺服控制器和KUKA机器人，省去了大量的电缆。系统看起来更整洁，安装维护工作量较少。

4. TRACE功能

博途Trace功能可以以二进制、位串、整数、浮点数等基本数据类型记录CPU的过程映像输入输出、位存储、数据块等区域数据。当然，轨迹记录会增加CPU的负载，过多的轨迹记录会导致CPU使用率过高，执行级过量，因此配置轨迹记录时，选择配置较少必要的变量和信号，或者选择较慢的记录级是有必要的。不同的CPU能支持的轨迹数量是不一样的，如有需要，请参考设备手册，或者博途帮助文档。

在CPU树下Traces目录里双击添加新Trace新建一个Trace。点击添加的Trace右侧出现轨迹测量的配置窗口，在信号类别下选择需要配置的变量，可以使用符号或者绝对地址寻址，系统会自动为变量配置颜色，也可手动更改颜色。下部是配置轨迹测量的记录条件以及触发器。

触发器可以选择立即记录或者变量触发两种触发模式。另外还可以选择从触发前多少测量点开始记录，对于追踪信号变化非常有用。

配置好轨迹测量后点击左上角下载将轨迹测量下载至CPU中，系统会自动跳转到示意图界面，左上角工具栏可以进行Trace的上下载，观察开/关，激活/禁用记录以及删除轨迹等操作。点击激活按钮激活轨迹测量。

如果选择每1循环记录一个测量点，则最大记录时长9361个测量点。Trace在激活后记录9361个测量点后停止记录，并将记录轨迹缩放显示在示意图上。轨迹记录会保存在CPU中，下次Trace在线时自动上载轨迹。

Trace的强大之处还在于点击工具栏里“添加到轨迹测量”按钮，可以将轨迹测量数据添加到Traces树下测量目录里进行保存。所测数据可以离线保存。另外打开离线保存的数据，在左上角工具栏点击导出测量，可以将测量数据导出，可以保存为CSV等通用格式文件方便其他数据分析软件分析。当然也可导成轨迹测量文件，在其他电脑上使用博途进行导入查看，非常方便。

Trace的示意图功能非常强大，做数据分析工作毫不费力。默认状态下，系统会自动按所测数值的最大最小值为界限缩放到Y轴上，并将各监测点形成曲线显示在图表上（自动按比例缩放模式），在观察过程量变化时，这看起来直观形象。也可以切换到轨迹排列模式，每一个检测变量行程一个图表公用X轴，检查每个变量的变化曲线时更方便。连续量和布尔量分开在两个窗口进行监测，看起来更清晰。点击每个变量前边的小眼睛，可以切换此变量的显示隐藏，在监控变量较多时可以更好的屏蔽掉无关因素的干扰。

自动按比例缩放模式：

轨迹排列模式：

Trace的数据分析功能相当强大，借助于此可以实现非常多的功能：

1. 帮助进行程序调试。由于Trace可以每循环周期记录变量数据并可设置采样触发前记录，检测需要的变量，可以观察其在每个周期的变化，从而确定程序bug点，或者导致事件出现的原因。比如，在液压成型机上有多个导致液压系统停止的条件，使用Trace监控可能导致的液压系统停止的条件，就可以清楚的知道是哪一个条件在什么时间使液压系统停止了。如下图，在调试过程中发现小车伺服定位问题，监测曲线可以看出在小车定位过程中目标位到达信号会有一个短脉冲，是伺服定位过程中超过目标位置后再回调的现象。

2. 液压系统调试。液压系统的调试需要测量各个测压点的压力及流量等变化。没有使用博途软件时需要借助于液压万用表——一个相当昂贵的测试仪器。每次测试都需要准备场地放液压万用表的场地，布测压软管，安装测压传感器，设置万用表各个测压点的参数，记录并导出到安装分析软件的电脑上进行分析，实时性较差。测量完要收集整理测压传感器，线缆，软管，费力费时。现在使用博途，直接在编程软件中就可以监视，还可以和程序中的其他变量结合，分析液压系统工作状况快捷又精准。在这此设备的研发过程中，我们在很大程度上依赖Trace功能来发现并解决问题。

3. 测试优化设备性能。通过检测各个关键传感器或者动作变量，分析设备运行过程中遇到的问题，通过曲线图表来分析设备运行过程中各部分占用的时间等，可以为设备故障处理，提升性能提供可靠地数据支撑。

总体来说，采用S7-1500系列PLC在研发项目进程中，缩短了设计和调试周期，改进了设备调试的方法和效率，是工业装备研发制造的一大利器。

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