經(jīng)過近十年的發(fā)展，回流焊設(shè)備從最初比較簡單的熱加工設(shè)備發(fā)展成為以PC為人機對話窗口，集生產(chǎn)工藝配方于一體自動化程序較高的設(shè)備。設(shè)備的控制系統(tǒng)也從簡單的電氣控制轉(zhuǎn)向以PC為操作平臺，PLC為系統(tǒng)控制核心的系統(tǒng)集成解決方案，以適應(yīng)越來越復(fù)雜的生產(chǎn)焊接工藝。
1 項目簡介
該部分包括的主要內(nèi)容是對整個項目的簡單介紹，點明SIMATIC S7-1200使用的環(huán)境和背景及最終取得的效果。
節(jié)能和環(huán)保是當(dāng)今世界的主題，隨著電子技術(shù)的飛速飛展，世界對環(huán)境的重視，無鉛焊接、節(jié)能環(huán)保、更環(huán)保的新型焊劑等新工藝出現(xiàn)，成為回流焊設(shè)備不斷更新發(fā)展的動力。勁拓自動化設(shè)備有限公司經(jīng)過十年的高速發(fā)展，已成為電子專用設(shè)備的國內(nèi)最大研發(fā)制造商，年生產(chǎn)銷售各種系列回流焊設(shè)備1000臺以上，勁拓已成為業(yè)內(nèi)最知名的品牌。
為了滿足客戶越來越苛刻、越來越復(fù)雜的生產(chǎn)工藝要求，擔(dān)當(dāng)起一個企業(yè)對世界節(jié)能環(huán)境作出貢獻(xiàn)的企業(yè)責(zé)任，2009年，勁拓公司經(jīng)過反復(fù)的市場調(diào)查，決定投巨資研發(fā)新一代的回流焊設(shè)備，新一代RN(A)D回流焊設(shè)備將滿足當(dāng)前最新回流焊接工藝需求，在提高設(shè)備生產(chǎn)效率的同時，將大幅度降低生產(chǎn)能耗，與此同時，將完全顛覆舊機型的控制系統(tǒng)，打造新一代回流焊控制系統(tǒng)，新一代控制系統(tǒng)可靠性將完全達(dá)到或超過同類進口品牌設(shè)備，同時滿足設(shè)備升級換代具備相當(dāng)?shù)娜嵝詳U展。
為了達(dá)到預(yù)設(shè)的研發(fā)目標(biāo)，項目開始之初，對控制系統(tǒng)的核心控制器PLC品牌的及型號的選擇，成為影響項目成敗的關(guān)鍵因素之一。經(jīng)過對系統(tǒng)上主流品牌PLC的各種系列PLC的反復(fù)比較，最終確定選擇SIEMENS公司最新推出的小型PLC S7-1200作為新一代回流焊設(shè)備控制系統(tǒng)核心控制器。
勁拓新一代RN(A)D回流焊設(shè)備于2010年春推出市場，立即受到了廣大客戶支持。生產(chǎn)效率的大幅提高、能耗的大幅降低、人性化設(shè)計等諸多優(yōu)越性能受到客戶的好評，設(shè)備良好的性能必須靠控制系統(tǒng)高度可靠性及良好的支持，推出一年多來，設(shè)備故障率極低，到目前為止，數(shù)百臺設(shè)備無一例發(fā)生PLC故障。
2 工藝流程介紹
該部分要將項目的整個工藝流程進行詳細(xì)地介紹，盡量使用工藝流程框圖進行相應(yīng)說明。
3 方案確定
該部分闡述此項目是基于何種考慮最終選擇了SIMATIC S7-1200控制器。
勁拓公司RN(A)D新一代回流焊設(shè)備控制系統(tǒng)選型之初，對市場上主流的PLC品牌進行了反復(fù)對比，從品牌形象、售后服務(wù)及產(chǎn)品性能等方面進行比較，最終基于以下幾個方面的考慮，我最終確定選用SIMATIC S7-1200控制器。
第一 品牌形象
SIEMENS公司作為世界知名工業(yè)自動化產(chǎn)品制造商，其品牌形象、產(chǎn)品性能已深入人心，選擇SIEMENS公司控制器作為新一代回流焊設(shè)備的控制系統(tǒng)，符合勁拓公司打造高端回流焊、媲美進口同類設(shè)備、塑造新品牌的戰(zhàn)略目標(biāo)。
第二 售后服務(wù)
S7 1200作為SIEMENS公司剛剛推出的新一代控制器，這一產(chǎn)品開發(fā)使用環(huán)境的確與原來的小型PLC S7 200有很大的不同，但是SIEMENS有問必答、強大完善的技術(shù)服務(wù)方式還是更加堅定了選用S7 1200的決心。
第三 產(chǎn)品性能
如果說良好的品牌形象和優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)是影響我選擇S7-1200不可或缺的原因，那么S7-1200能否達(dá)到本項目應(yīng)用要求，才是最終確定選用S7-1200的因素，至少以下幾個S7- 1200的特點，是我主要考慮的因素之一。
1 友好的開發(fā)環(huán)境，為開發(fā)復(fù)雜的高質(zhì)量的程序提供了良好條件。
一個項目或者一臺設(shè)備的控制程序的質(zhì)量取決于程序的可維護性是否良好。程序的可維護性是指設(shè)備程序在程序修改、日后維護、程序擴充、故障查找、程序調(diào)試等方面的容易性。一個高質(zhì)量的程序的可維護性是相當(dāng)好的，把程序交給從未接觸過這一程序的工程師去應(yīng)用維護時也很省心省力，要做到這一點，僅僅是靠文字的注釋是做不到的，有的工程師往往走進這樣一個誤區(qū)：認(rèn)為程序只要有注釋就會沒關(guān)系，或者干脆認(rèn)為程序越復(fù)雜越能體現(xiàn)他編程的高超。事實上在完成控制目標(biāo)的前提下,程序越“簡單”越好，越容易維護越好。S7-1200編程環(huán)境類似于S7-300的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，這種結(jié)構(gòu)化的友好編程環(huán)境，對于編寫高質(zhì)量的程序是非常有益的。而其它品牌PLC的編程環(huán)境在這方面與S7-1200的Basic相比要遜色得多，如果要編一個容易維護的高質(zhì)量程序，使用沒有良好編程環(huán)境的PLC,就必須依賴編程工程師良好的編程習(xí)慣及高超的編程能力。
2 完善的通信能力
隨著設(shè)備的自動化程序越來越高，設(shè)備與第三方通信不可避免，在本項目中，PLC控制器往上與電腦PC通信交換數(shù)據(jù)，往下要與溫控模塊、變頻器、氧氣分析儀等設(shè)備讀寫交換數(shù)據(jù)。
S7-1200的通信能力與同檔次的其它PLC相比，要完善和強大的多，除了具備以太網(wǎng)接口、可擴充三個RS-485通信模塊等硬件必備條件，還開發(fā)了完善的各種通信指令包，讓工程師很輕松完成與第三方設(shè)備的通信編程。例如，以工程控制中最為廣泛的Modbus通信為例，S7-1200準(zhǔn)備了完善的支持Modbus指令包，工程師只需填寫幾個參數(shù)，就很容易完成復(fù)雜的通信。如下圖為初始化Modbus指令。
也許有不明就里的工程師提出這樣的質(zhì)疑：其它品牌的PLC也有通信指令包。但如果你有應(yīng)用過其它PLC通信的經(jīng)驗,然后再應(yīng)用S7-1200進行通信編程的話,你很很容易得到這樣一個體驗：的確S7-1200的通信應(yīng)用要比其它品牌的PLC方便和實用得多。例如不管是三菱的FX3U還是OMRON的PLC，應(yīng)用于Modbus通信時，就有如下方面的不足。
讀取到的從站數(shù)據(jù)，不能直接應(yīng)用。
不管是三菱還是OMRON的PLC，從從站中讀的數(shù)據(jù)，不能直接應(yīng)用，必須要進行一定的“處理”。要進行高八位、低八位的數(shù)據(jù)交叉交換，再應(yīng)用相應(yīng)指令組合“處理”才能得到最終的數(shù)據(jù)，例如三菱FX3U對讀出的數(shù)據(jù)要用XCHP指令進行高低位交叉,然后再用BTOWP指令再完成組合功能OMRON也需要做類似的處理.這樣一來，如果你讀取的從站數(shù)據(jù)較多時，必須要編程一大堆數(shù)據(jù)處理程序，同時要浪費一大堆的數(shù)據(jù)寄存器進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存處理。這是一個龐大的工作量，假如你處理的數(shù)據(jù)達(dá)到幾十個的話，這的確是一個艱苦的編程工作。
讀取數(shù)據(jù)的長度受限制。例如OMRON的PLC支持Modbus指令包，其存放數(shù)據(jù)的地址是預(yù)先固定死的，當(dāng)然其長度也固定死了，**系列只指令96個字節(jié)(48個字)的讀寫，這意味著當(dāng)你需要讀取更多的數(shù)據(jù)時，將無法完成你的需求。S7-1200的通信讀取的數(shù)據(jù)長度，最長能達(dá)到少呢?這一點本人沒有測試過和查到數(shù)據(jù)，但在這一項目中一次讀取60個字這一點是通過實踐證明的。如程序圖。
CPU1214一次從子站中讀取60個數(shù)據(jù),把溫度模塊所有的設(shè)定溫度、實際溫度、通道開關(guān)狀態(tài)、PID數(shù)值、補償值等60個字一次性讀取，完成10個子站的數(shù)據(jù)讀取不超過1秒。完全達(dá)到實時采集控制的要求。
其它PLC固定通信數(shù)據(jù)存放地址,應(yīng)用不方便，S7-1200可以給不同的子站定義不同的數(shù)據(jù)地址。
OMRON或者臺達(dá)等一些PLC的通信指令包，把每次通信讀取到的數(shù)據(jù)固定放在特定的寄存器中，你要使用時，再從這寄存器中“轉(zhuǎn)移”出進行使用。這總味著，當(dāng)PLC讀取同一設(shè)備不同的數(shù)據(jù),或者讀取不同設(shè)備的數(shù)據(jù)時，你必須要非常有“計劃“地根據(jù)不同的時間，把你需要的數(shù)據(jù)從公用固定的數(shù)據(jù)寄存器中“準(zhǔn)確”地“及時”地“挪”出來，否則公用固定的數(shù)據(jù)寄存器可能被“新的”數(shù)據(jù)刷新取代，造成數(shù)據(jù)混亂。要完成這些工作，你必須有良好的編程習(xí)慣，也需編寫一大堆程序進行時序處理，如果數(shù)據(jù)量大，這對一個工程師來說，絕對是個考驗。
S7-1200在這方面就輕松靈活多了，你可以把讀到的數(shù)據(jù)放到任意定義的數(shù)據(jù)背景數(shù)據(jù)塊中，非常輕松和簡單。讀取到的數(shù)據(jù)直接可以應(yīng)用.如下圖所示，所有從站讀取的數(shù)據(jù)可以分配不同的地址，并且可以定義為數(shù)組方式，大大地方便了通信數(shù)據(jù)的“應(yīng)用”，不需要用任何指令進行處理，也不需要“及時”轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，因為每一個從站都可以定義單獨的數(shù)據(jù)存放地址。
PROFINET通信
CPU本體上集成了一個PROFINET通信口,支持以太網(wǎng)和基于TCP/IP的通信標(biāo)準(zhǔn).這樣無論是PC或其它設(shè)備如HMI都很方便地同S7-1200通信,例如本項目中,S7-1200通過PROFINET接口,應(yīng)用SEND/RECEIVE編程接口指令包,很輕松完成與PC的通信,如下圖中,CPU1214實時與上位機PC進行數(shù)據(jù)交換
A CPU1214從上位機(PC)中接收數(shù)據(jù)
接收數(shù)據(jù)的長度為339個字節(jié).
B CPU1214發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機(PC)
CPU1214發(fā)送給PC的數(shù)據(jù)長度是812個字節(jié)
3 強大的數(shù)據(jù)處理能力
S7-1200支持的數(shù)據(jù)類型很多,例如可直接定義字符串的格式,并配備了相應(yīng)的處理指令,更直得一提的是,S7-1200支持定義數(shù)組,利用數(shù)組的方式進行數(shù)據(jù)處理非常方便和快捷.在本項目中要通信讀寫的數(shù)據(jù)非常多,均采取了數(shù)組處理,這一點非常好.
4 過程處理工藝包
S7-1200定制了PID、運動控制指令包，讓工程師比較輕松完成過程及定位控制。
5 自定義軟元件
以往PLC對軟元件的定義在出廠前就確定了，例如計數(shù)器、定時器的數(shù)量等都是無法改變的，往往不同的應(yīng)用場合不同，應(yīng)用軟元件的數(shù)量不一樣，有時候定時器用完了，計數(shù)器剩余一大堆，S7-1200在這一點有不少的優(yōu)勢，軟元件可以自行定義，想用幾個就定義幾個，這樣就靈活方便多了。
此外，相信S7-1200還有不少應(yīng)用上的新特點有待大家去開發(fā)體會。
4 產(chǎn)品硬件配置
該部分主要對整個項目中圍繞SIMATIC S7-1200的產(chǎn)品硬件設(shè)計作詳細(xì)的說明。最好配以帶有SIMATIC S7-1200控制柜或者產(chǎn)品的圖片加以說明。
CPU1214作為主站,通過圖中CM1241 RS-485通信模塊,實時與11個子站進行通信數(shù)據(jù)交換.
5 軟件開發(fā)
對項目中的數(shù)字量模擬量I/O分配以表格的形式進行說明。
將項目中軟件設(shè)計的核心部分或者總體進行分析說明,若能結(jié)合程序圖進行說明則更好。
(由于公司技術(shù)機密管制,不便于對核心部份進行描述)
6 應(yīng)用體會
SIMATIC S7-1200 控制器的使用對項目、產(chǎn)品、個人以及公司等方面有何影響。
由SIMATIC S7-1200作為系統(tǒng)控制核心的RND/RAD的勁拓新一代回流焊設(shè)備從2010春推向市場，到目前為止，已有數(shù)百臺設(shè)備在運行，無一例發(fā)生過PLC故障或者不良現(xiàn)象，整個控制系統(tǒng)穩(wěn)定、運行良好，性能上也完全滿足該系列設(shè)備的控制需要。這說明選擇S7-1200作為控制系統(tǒng)的決定是正確的，相信S7-1200的良好表現(xiàn)也將為公司創(chuàng)造更大的利益。
本人通過這個項目的設(shè)計，對SIEMENS公司產(chǎn)品會有更深的體會，對SIEMENS公司的產(chǎn)品也有更多的信心和期待。
與S7-200相比，或者說與同檔的其它品牌PLC相比，S7-1200還有許多新穎獨到的特點，在這不再一一贅述。
7 意見與建議
在使用SIMATIC S7-1200 控制器的過程中發(fā)現(xiàn)了什么問題，是否有建議提供給我們。您的意見與建議對我們非常重要和寶貴。
俗話說，沒有完美的產(chǎn)品只有更好的產(chǎn)品，客觀地說，S7-1200也有一些不足之處，例如S7-1200的CPU只有二路高速脈沖輸出，不能滿足多軸控制的需要，市場上很多小型設(shè)備都需要多軸控制，所以S7-1200需要開發(fā)更多的各種各樣的擴展模塊進行配套。
另外，S7-1200定義掉電保持的元件時,總是從MB0開始的,這需要編程人員一開始就要做非常詳細(xì)的規(guī)劃,如果能任意確定掉電保護元件起始地址,那就方便多了。S7-1200掉電保護的總數(shù)量只有2048個字節(jié)，這似乎太少了，稍為更復(fù)雜需保護的數(shù)據(jù)就難以滿足S7-1200的內(nèi)存也略嫌不足。
此外，支持S7 1200的HMI并不多，可選擇的機會不多。
回流焊、釬焊、PC、合金可靠地結(jié)合在一起的設(shè)備，根據(jù)回流焊的技術(shù)特點，又分為氣相回流、紅外回流及熱風(fēng)回流，當(dāng)前主流的設(shè)備均采用熱風(fēng)回流，熱風(fēng)回流是利用熱氣流使膠狀的焊劑(錫膏)在一定的高溫氣流下進行物理反應(yīng)達(dá)到SMD的焊接，由于這種熱氣流是在焊機內(nèi)部循環(huán)流動達(dá)到焊接目的，所以，行業(yè)上把這種利用熱回流原原理實現(xiàn)表面貼裝元件焊接的設(shè)備稱之為回流焊設(shè)備(Reflow Machine)。
Reflow設(shè)備通常是置于SMT貼片設(shè)備的后端，以便完成貼片元件的焊接加工。經(jīng)過近十年的發(fā)展，回流焊設(shè)備從最初比較簡單的熱加工設(shè)備發(fā)展成為以PC為人機對話窗口，集生產(chǎn)工藝配方于一體自動化程序較高的設(shè)備。設(shè)備的控制系統(tǒng)也從簡單的電氣控制轉(zhuǎn)向以PC為操作平臺，PLC為系統(tǒng)控制核心的系統(tǒng)集成解決方案，以適應(yīng)越來越復(fù)雜的生產(chǎn)焊接工藝。隨著無鉛焊、肋焊劑回收以及節(jié)能環(huán)保等需求的到來，將對設(shè)備的自動化、智能化控制提出更高的要求。
參考文獻(xiàn)
[1] 參考文獻(xiàn)內(nèi)容:<<深入淺出西門子S7-1200 PLC>>,西門子(中國)有限公司工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域,工業(yè)自動化與驅(qū)動技術(shù)集團。
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