摘要：根據(jù)食用菌培養(yǎng)料自動(dòng)套袋裝袋機(jī)工藝流程及控制要求，設(shè)計(jì)了一套基于S7-200 SMART 的控制系統(tǒng)；結(jié)合現(xiàn)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(yīng)用感受；經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，該控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，高效，滿足控制工藝需求。

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

    1　項(xiàng)目簡(jiǎn)介

    中國(guó)有豐富的食用菌資源，也是最早栽培食用菌的國(guó)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(fèi)者的歡迎，市場(chǎng)需求迅速擴(kuò)大，但是其加工機(jī)械，特別是裝袋機(jī)的發(fā)展比較緩慢。本文中設(shè)計(jì)的裝袋機(jī)采用PLC控制，能夠自動(dòng)把食用菌培養(yǎng)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(qiáng)度，同時(shí)還提高了裝袋效率。

    技術(shù)參數(shù)

    （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(jié)構(gòu)：主要由機(jī)架、主軸、圓齒盤、裝料盤及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、氣壓控制系統(tǒng)、電控柜等組成。

    原理：食用菌培養(yǎng)料裝袋機(jī)主要由一個(gè)間歇旋轉(zhuǎn)的裝料盤通過(guò)變頻調(diào)速和勻速旋轉(zhuǎn)的壓力盤及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。裝料盤上均布若干個(gè)料筒，通過(guò)真空泵來(lái)取袋，氣動(dòng)機(jī)構(gòu)配合完成張袋、套袋全過(guò)程，料筒下方套上塑料袋，隨著裝料盤的旋轉(zhuǎn)，將菌料自動(dòng)裝入塑料袋，同時(shí)正對(duì)料筒上方的壓料氣缸把培養(yǎng)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(zhǎng)；而且可根據(jù)需要調(diào)節(jié)菌料松緊度。自動(dòng)食用菌培養(yǎng)料裝袋機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于各種菌袋。

    2　工藝流程結(jié)構(gòu)圖（如圖1所示）

                     
                              圖1 工藝流程圖

    3　方案確定

    該用戶是國(guó)內(nèi)食用菌裝袋機(jī)械的知名產(chǎn)商，對(duì)設(shè)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)為了滿足出口歐美市場(chǎng)的需求，最終選用西門子產(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)線就能下載程序。以太網(wǎng)接口的另一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)是工程師可以利用互聯(lián)網(wǎng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷、修改程序，而其中只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的VPN設(shè)置，為用戶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，畫面響應(yīng)及時(shí)，比起串口通訊，用戶體驗(yàn)更好。V20變頻器操作簡(jiǎn)單，根據(jù)鏈接宏設(shè)定，使用戶易學(xué)易懂。S7-200 SMART與V20是用I/O控制多段速，來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤定位。

                         
                                        表1 I/O分配清單

                                         表2 主要硬件配置表
                      

    4　軟件開發(fā)

    自動(dòng)套袋裝袋機(jī)分兩種工作模式。手動(dòng)模式：在HMI里面設(shè)計(jì)每個(gè)機(jī)構(gòu)手動(dòng)按鈕，每一個(gè)動(dòng)作都可以單獨(dú)運(yùn)行，方便機(jī)構(gòu)調(diào)試。自動(dòng)模式：通過(guò)按下啟動(dòng)按鈕，自動(dòng)完成培養(yǎng)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、畫面密碼、自動(dòng)、參數(shù)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(jié)構(gòu)化編程，結(jié)構(gòu)化編程很清晰對(duì)程序進(jìn)行修改，對(duì)設(shè)備動(dòng)作進(jìn)一步優(yōu)化，同時(shí)降低CPU掃描周期；

    （2）畫面密碼主要是控制HMI畫面切換和用戶登錄數(shù)據(jù)處理；

    （3） 自動(dòng)就是在自動(dòng)模式下根據(jù)設(shè)定的工藝流程自動(dòng)運(yùn)行；

    （4）參數(shù)主要是設(shè)定機(jī)構(gòu)動(dòng)作運(yùn)行數(shù)據(jù)；

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

               
                                    圖2 用戶密碼輸入正確切換畫面

                     
                                        圖3 轉(zhuǎn)盤高速定位

    HMI組態(tài)中總共7頁(yè)畫面: 開機(jī)畫面1頁(yè)，手動(dòng)畫面1頁(yè)，自動(dòng)畫面1頁(yè)，參數(shù)畫面1頁(yè)，參數(shù)更改登錄畫面1頁(yè)，部件標(biāo)識(shí)畫面2頁(yè)，使用了162個(gè)變量。

    HMI整個(gè)畫面有開機(jī)畫面中菜單欄來(lái)選擇操作畫面，且每個(gè)子畫面都有相對(duì)菜單欄來(lái)選擇相對(duì)操作畫面。

    5　應(yīng)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(duì)相應(yīng)的設(shè)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(biāo)挪到某個(gè)功能塊，即會(huì)顯示各管腳賦值的數(shù)據(jù)類型，根據(jù)提示進(jìn)行賦值即可。如果數(shù)據(jù)類型不符，還會(huì)有紅色波浪線提示，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)用戶的測(cè)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(shè)備性能，操作簡(jiǎn)單，易于使用。