Siemens на контроле упаковки

13 июля 2013

логотип 

 

Разработка оптимальных систем управления для автоматизированного упаковочного оборудования — весьма непростой вопрос, требующий экспертных знаний в данной области. Каждый разработчик при этом стремится найти наилучший путь, используя различные концепции систем управления.

Применение АСУ в упаковочной технике началось с централизованных решений, которые впоследствии стали заменяться децентрализованными. На текущем этапе развития производители возвращаются к прежнему способу, но с определенными изменениями.

На рисунке 1 представлен классический пример централизованной системы управления, состоящей из программируемого логического контроллера (ПЛК), содержащего модули с портами ввода/вывода, несколько приводов и панель оператора для организации человеко-машинного интерфейса. В такой системе все алгоритмы управления исполнительными механизмами рассчитываются и выполняются ПЛК.

 

Пример централизованной системы управления

 

Рис. 1. Пример централизованной системы управления

Связь между ПЛК и остальными элементами системы осуществляется посредством различных цифровых интерфейсов передачи данных. Большим плюсом подобной организации является возможность использования единого интерфейса для связи всех устройств в системе. Такое решение позволяет значительно сократить время на разработку и внедрение АСУ, облегчает построение сетей передачи данных и упрощает диагностику оборудования.

При всей простоте данный подход не всегда приемлем, поскольку зачастую на производстве применяется техника различных производителей, не всегда гарантирующая совместимость на аппаратном уровне. Избежать проблем в таком случае можно при грамотном подходе к выбору ПЛК.

Необходимый для решения поставленной задачи ПЛК, с одной стороны, должен иметь высокое быстродействие и наличие большого числа разнообразных коммуникационных интерфейсов для связи с элементами системы, а с другой — обладать невысокой стоимостью, чтобы его применение было экономически выгодным при серийном производстве оборудования. Ярким примером такого контроллера, является серия Simatic S7-1200 корпорации Siemens.

Промышленный контроллер SIMATIC S7-1200 (рисунок 2) относится к семейству контроллеров нового поколения и предназначен для решения задач автоматического регулирования технологических процессов. Контроллеры этой серии имеют практичную модульную конструкцию, что в сочетании с большим набором коммуникационных интерфейсов и удобным программным обеспечением позволяет значительно сократить время на ввод в эксплуатацию.

 

Промышленный контроллер SIMATIC S7-1200

 

Рис. 2. Промышленный контроллер SIMATIC S7-1200

Ниже приведен обобщенный список функциональных и технических возможностей контроллера Simatic S7-1200:

  • большой набор технологических функций: счет, измерение, регулирование, ПИД-регулятор, управление и контроль перемещения;
  • набор дискретных и аналоговых портов ввода/вывода;
  • сигнальные модули для расширения системы локального ввода-вывода контроллера;
  • коммуникационные модули для организации дополнительной связи с периферийными устройствами;
  • различные дополнительные компоненты: блоки питания, коммутаторы, карты памяти SIMATIC Memory Card;
  • монтаж на стандартную 35мм. DIN-рейку;

Благодаря своей развитой периферии контроллер S7-1200 является функционально законченным устройством, готовым к выполнению задачи. Разработчику остается лишь выбрать необходимые компоненты системы и записать управляющую программу.

К центральному процессору (CPU) программируемого контроллера S7-1200 могут быть подключены коммуникационные модули (CM); сигнальные модули (SM) и сигнальные платы (SB) ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов. Совместно с ними используются четырехканальный коммутатор Industrial Ethernet (CSM 1277) и модуль блока питания (PM 1207).

Используемый интерфейс PROFINET, встроенный в S7-1200, предоставляет возможность осуществить высокоскоростной обмен данными с частотными приводами и системами SIMOTION, а также панелями оператора для функций визуализации. Таким образом, данный контроллер может быть легко применен для согласования в одной системе оборудования различных производителей.

Однако данный подход к разработке управляющих решений приемлем лишь в случае применения несложных упаковочных машин в условиях сравнительно небольшого производства. Разработчику следует учитывать тот факт, что в современном высокопроизводительном упаковочном оборудовании непрерывно растет доля так называемых мехатронных приводных узлов, постепенно вытесняющих классические механические решения.

Термин мехатронный означает своего рода гибрид из механики и электроники. Особенность работы двух и более мехатронных приводов в системе заключается в том, что они должны быть непрерывно связаны друг с другом. Причем обмен данными между всеми приводами должен проходить строго синхронно с тактовым интервалом, не превышающем 1 мс.

Помимо прочего, специфика работы мехатронного узла состоит в том, что для его управления необходимо передавать большой объем данных в двунаправленном режиме: управляющие команды, задание различных параметров и прочая дополнительная служебная информация. В общей сложности требуется передать до 20 управляющих слов в двунаправленном режиме с тактовым интервалом не более 1 мс.

При такой постановке задачи централизованная концепция системы управления не оптимальна ввиду ограничений, связанных с пропускной возможностью цифровых интерфейсов. Мировые производители техники для систем управления, понимая эту проблему, разработали ряд решений.

Так, компания Siemens выпустила семейство контроллеров SIMOTION и приводов SINAMICS S120. Особенностью данной техники является объединение ПЛК и управляющей электроники привода в одном устройстве (рисунок 3). Такой подход позволяет существенно увеличить скорость программного и аппаратного взаимодействия ввиду сокращения тактового интервала до 0,25 мс. Как следствие — существенно повышается быстродействие всего оборудования в целом, а также точность и повторяемость операций.

Рассмотренные выше примеры можно дополнить вариантом построения системы средней сложности, для которой оптимальны компромиссные решения, комбинирующие первую (рисунок 1) и вторую (рисунок 3) схемы.

 

Пример подключения многоосевого контроллера SIMOTION

 

Рис. 3. Пример подключения многоосевого контроллера SIMOTION

 

Суть таких решений заключается в выделении наиболее ответственного мехатронного узла, который управляется системой класса SIMOTION (рисунок 4).

 

Комбинированная система управления упаковочным оборудованием

 

Рис. 4. Комбинированная система управления упаковочным оборудованием

Управление остальными узлами оборудования может осуществляться классическими приводами.

Проанализированные в статье примеры построения систем управления упаковочным оборудованием не являются обязательными к неукоснительному исполнению, а призваны лишь направить мысль разработчика к созданию своего, уникального проекта. Такие решения отвечают современным требованиям рынка систем управления, имеют оптимальные экономические характеристики и находят все большее применение среди самых крупных производителей упаковочного оборудования в России.

 

Литература

http://www.iadt.siemens.ru.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: automation.vesti@compel.ru

•••

Наши информационные каналы

О компании SIEMENS

Основанная в Германии в 1847 году компания Siemens AG является сегодня крупнейшим электротехническим концерном, одним из мировых лидеров в области инженерных решений для широкого спектра отраслей промышленности. Концерн представлен в более 190 странах мира и объединяет свыше 405 тысяч сотрудников. Компания является сегодня крупнейшим электротехническим концерном, мировым лидером в области инженерных решений для различных отраслей промышленности, транспорта и связи. Слово «Siemens» является дл ...читать далее