西門子S7-200 SMART PLC在全自動蓄電池短路內阻檢測機上的應用
1. 項目簡介
蓄電池是工業生產和日常生活中非常重要的電氣設備，廣泛應用於國防、航空、通信、能源、jiaotongdengzhongduolingyu。qicheyongxudianchiyizhishixudianchishichangxuqiuchanliangzuidadepinzhong，suizheqichexingyezuoweiguojiazhongdianfazhanzhizhuchanyedefeisufazhan，cheyongqiansuanxudianchideyongliangyexunsuzengjia，dayuezhanzhenggeqiansuanxudianchiyongliangde80%。加(jia)之(zhi)原(yuan)有(you)汽(qi)車(che)對(dui)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)替(ti)換(huan)需(xu)求(qiu)，汽(qi)車(che)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)市(shi)場(chang)需(xu)求(qiu)量(liang)還(hai)將(jiang)有(you)一(yi)個(ge)較(jiao)大(da)的(de)增(zeng)長(chang)。電(dian)動(dong)自(zi)行(xing)車(che)作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)代(dai)步(bu)工(gong)具(ju)，受(shou)到(dao)了(le)群(qun)眾(zhong)的(de)認(ren)可(ke)和(he)歡(huan)迎(ying)，產(chan)量(liang)和(he)社(she)會(hui)擁(yong)有(you)量(liang)迅(xun)速(su)增(zeng)長(chang)，其(qi)專(zhuan)用(yong)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)需(xu)求(qiu)量(liang)也(ye)迅(xun)速(su)擴(kuo)大(da)，產(chan)值(zhi)已(yi)超(chao)過(guo)原(yuan)來(lai)居(ju)第(di)二(er)位(wei)的(de)固(gu)定(ding)型(xing)蓄(xu)電(dian)池(chi)。目(mu)前(qian)新(xin)能(neng)源(yuan)儲(chu)能(neng)也(ye)成(cheng)為(wei)蓄(xu)電(dian)池(chi)新(xin)的(de)應(ying)用(yong)市(shi)場(chang)，這(zhe)些(xie)新(xin)的(de)增(zeng)長(chang)點(dian)都(dou)為(wei)蓄(xu)電(dian)池(chi)行(xing)業(ye)帶(dai)來(lai)更(geng)大(da)的(de)發(fa)展(zhan)空(kong)間(jian)，而(er)且(qie)蓄(xu)電(dian)池(chi)行(xing)業(ye)的(de)發(fa)展(zhan)，也(ye)推(tui)動(dong)了(le)其(qi)他(ta)眾(zhong)多(duo)行(xing)業(ye)的(de)發(fa)展(zhan)。
但dan是shi，目mu前qian蓄xu電dian池chi生sheng產chan企qi業ye眾zhong多duo，競jing爭zheng也ye越yue來lai越yue激ji烈lie，另ling外wai隨sui著zhe汽qi車che行xing業ye的de逐zhu步bu開kai放fang，外wai資zi汽qi車che製zhi造zao廠chang在zai國guo內nei逐zhu步bu發fa展zhan，導dao致zhi對dui配pei套tao電dian池chi要yao求qiu提ti高gao，這zhe些xie都dou要yao求qiu蓄xu電dian池chi生sheng產chan企qi業ye必bi須xu提ti升sheng產chan品pin品pin質zhi，降jiang低di生sheng產chan成cheng本ben，來lai適shi應ying新xin的de市shi場chang需xu求qiu。
南京某公司專業生產各種蓄電池專用設備，主要生產極板設備、裝配設備、後處理設備、充放電機、檢測設備及環保等設備，以良好的質量和較高的性價比，在國內外中高端廠商用戶中有較好口碑。
針對市場上對電池生產線檢測設備越來越高的要求，該公司推出了全自動短路內阻檢測機設備，采用西門子S7-200 SMART PLC 作(zuo)為(wei)主(zhu)控(kong)係(xi)統(tong)。全(quan)自(zi)動(dong)短(duan)路(lu)內(nei)阻(zu)檢(jian)測(ce)機(ji)是(shi)電(dian)池(chi)生(sheng)產(chan)線(xian)中(zhong)必(bi)不(bu)可(ke)少(shao)的(de)專(zhuan)業(ye)質(zhi)量(liang)檢(jian)測(ce)設(she)備(bei)，相(xiang)比(bi)以(yi)往(wang)的(de)設(she)備(bei)具(ju)有(you)更(geng)多(duo)的(de)優(you)勢(shi)。它(ta)將(jiang)以(yi)往(wang)獨(du)立(li)的(de)短(duan)路(lu)檢(jian)測(ce)機(ji)和(he)內(nei)阻(zu)檢(jian)測(ce)機(ji)，融(rong)為(wei)一(yi)體(ti)，同(tong)時(shi)檢(jian)測(ce)短(duan)路(lu)和(he)內(nei)阻(zu)，將(jiang)兩(liang)個(ge)工(gong)序(xu)並(bing)為(wei)一(yi)個(ge)工(gong)序(xu)處(chu)理(li)，縮(suo)短(duan)處(chu)理(li)時(shi)間(jian)，提(ti)高(gao)了(le)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)，也(ye)節(jie)約(yue)了(le)設(she)備(bei)成(cheng)本(ben)。
2.工藝流程介紹
quanzidongduanluneizujiancejishixudianchizhiliangjianceshebei，yongyujiangxujiancedexudianchichuansongdaogaoyaduanlujianceweizhiheneizujianceweizhi，fenbiejietongjiancedianlu，jinxingjibanduanlujiancehehandianneizujiance，yicilaijianzhaxudianchizhiliang。
短(duan)路(lu)檢(jian)測(ce)采(cai)用(yong)脈(mai)衝(chong)高(gao)壓(ya)進(jin)行(xing)測(ce)試(shi)，用(yong)於(yu)檢(jian)測(ce)蓄(xu)電(dian)池(chi)組(zu)裝(zhuang)過(guo)程(cheng)中(zhong)正(zheng)負(fu)極(ji)板(ban)間(jian)的(de)安(an)全(quan)間(jian)距(ju)，可(ke)靠(kao)的(de)檢(jian)測(ce)出(chu)極(ji)板(ban)間(jian)存(cun)在(zai)微(wei)短(duan)路(lu)的(de)電(dian)池(chi)，快(kuai)速(su)精(jing)確(que)的(de)測(ce)試(shi)出(chu)不(bu)合(he)格(ge)產(chan)品(pin)。這(zhe)樣(yang)就(jiu)能(neng)在(zai)電(dian)池(chi)組(zu)裝(zhuang)後(hou)，充(chong)電(dian)之(zhi)前(qian)就(jiu)檢(jian)測(ce)出(chu)錯(cuo)誤(wu)，獲(huo)得(de)電(dian)池(chi)更(geng)高(gao)的(de)質(zhi)量(liang)產(chan)出(chu)，大(da)大(da)減(jian)少(shao)因(yin)電(dian)池(chi)極(ji)板(ban)短(duan)路(lu)造(zao)成(cheng)產(chan)品(pin)的(de)不(bu)合(he)格(ge)率(lv)。
內nei阻zu檢jian測ce用yong於yu檢jian查zha蓄xu電dian池chi穿chuan壁bi焊han接jie後hou的de焊han接jie質zhi量liang，給gei穿chuan壁bi焊han的de兩liang個ge極ji耳er之zhi間jian加jia一yi個ge恒heng定ding的de電dian流liu，根gen據ju穿chuan壁bi焊han兩liang個ge極ji耳er之zhi間jian的de電dian阻zu不bu同tong用yong精jing密mi毫hao伏fu表biao測ce出chu電dian壓ya的de變bian化hua，能neng夠gou有you效xiao的de檢jian測ce電dian池chi在zai穿chuan壁bi焊han過guo程cheng中zhong出chu現xian的de氣qi孔kong、假焊、濺鉛等缺陷，從而減小因焊接不達標造成的產品不合格。
quanzidongduanluneizujianceji，tongguoguangdiankaiguanjiancexudianchiweizhi，jiangxudianchichuansongdaodianluheneizujianceweizhi，xiajiangbingjiajinceshijitou，zidongwanchengduanlujianceheneizujiance，panduanchanpinshifouhege，zhixingxiangyingdongzuo。
控製係統流程圖如下：見圖1
3.方案確定及產品硬件配置
全自動短路內阻檢測機，相比以往的檢測設備，工藝更加複雜，程序處理量更大，邏輯更加繁瑣，且需要與多個設備進行通訊，從而對PLC處理器的性能要求更高。因此，根據其要求最終選擇了運算處理速度更快，性價比更高的SIMATIC S7-200 SMART PLC。
本係統使用數字量輸入輸出點數較多，需要24個數字量輸入和22個數字量輸出，總共46個數字量IO，選用SR60 CPU模塊，其本體集成I/O點數高達60點，充分滿足了係統的需求。另外還需要1個模擬量輸出，連接恒流源設備，SR60標準型CPU，可方便地擴展模擬量模塊，以滿足係統要求。
以往的檢測設備不帶觸摸屏，人機交互很不方便，不能實時了解設備運行狀態。全自動短路內阻檢測機增加了HMI設備，選用了SMART 700 IE觸摸屏，使操作更加方便，隨時監控設備的正常運行或故障狀態。這款7寸寬屏觸摸屏相對於上代產品，顏色更加豐富，且集成了以太網接口。S7-200 SMART PLC通過內置以太網接口與SMART 700 IE觸摸屏進行通信，組網方便，且通訊快速。
在內阻測試時需使用5個毫伏表、1個電流表，采用MODBUS RTU通訊。通過CPU模塊集成485接口與軟件集成的MODBUS通訊指令庫，很方便地實現MODBUS RTU通訊。（見圖2）
主要硬件配置表：
網絡配置圖：（見圖3）
4.軟件開發
全自動短路內阻檢測機具有手動和自動兩種模式。
手(shou)動(dong)模(mo)式(shi)可(ke)執(zhi)行(xing)滾(gun)道(dao)啟(qi)停(ting)，高(gao)壓(ya)短(duan)路(lu)測(ce)試(shi)機(ji)頭(tou)上(shang)升(sheng)下(xia)降(jiang)，內(nei)阻(zu)測(ce)試(shi)機(ji)頭(tou)上(shang)升(sheng)下(xia)降(jiang)，高(gao)壓(ya)短(duan)路(lu)測(ce)試(shi)機(ji)頭(tou)夾(jia)緊(jin)，內(nei)阻(zu)測(ce)試(shi)機(ji)頭(tou)夾(jia)緊(jin)，剔(ti)除(chu)汽(qi)缸(gang)開(kai)關(guan)等(deng)手(shou)動(dong)動(dong)作(zuo)。
zidongmoshi，tongguoguangdiankaiguanjiancexudianchiweizhi，shiyonggundaojiangxudianchichuansongdaoduanlujianceweizhi，zidongxiajianggaoyaduanluceshijitoubingjiajin，jietonggaoyaduanluceshiyiqi，duanlujiancewanchenghou，zaijiangxudianchichuansongdaoneizujianceweizhi，zidongxiajiangneizuceshijitoubingjiajin，jietongneizuceshidianlu，zidongwanchengneizujiance，bingpanduandianchishifouhege，buhegechanpintongguogundaochuansongdaotichuweizhitichu，hegechanpinchuansongdaoxiayigongxu。
模擬量輸出連接至內阻測試用恒流源設備，用於設定恒流源大小，信號量程1-5V。通過軟件設置模擬量輸出通道組態，可選擇電流0-20mA或電壓正負0-10V，所以必須在程序中進行量程轉換，對應1-5V，方可正常使用。
在內阻測試時，需要讀取電流表和毫伏表的數值來計算內阻值，這5個毫伏表和1個電流表是通過MODBUS總線與PLC進行通訊的，STEP 7- Micro/WIN SMART 提供便利的MODBUS指令庫功能，將子程序轉化成指令塊，與普通指令塊一樣，直接拖拽到編程界麵就能完成調用。通過設置好相應地址、波特率、讀寫模式以及數據交換區地址等參數，便可實現PLC與毫伏表和電流表的數據交換。但MODBUS是半雙工通訊的，不能同時讀寫多個設備，所以必須編寫輪詢程序實現多個設備的數據讀寫。
5。應用體會
SIMATIC S7-200 SMART PLC集成IO點數更多，性價比更高，更加符合小型OEM設備的需求。PLC本ben身shen集ji成cheng了le以yi太tai網wang接jie口kou，不bu需xu要yao使shi用yong專zhuan用yong編bian程cheng電dian纜lan，使shi用yong網wang線xian就jiu可ke以yi下xia載zai程cheng序xu和he進jin行xing程cheng序xu調tiao試shi，在zai實shi際ji使shi用yong中zhong很hen方fang便bian，而er且qie下xia載zai速su度du非fei常chang快kuai。
SIMATIC SMART 700 IE觸(chu)摸(mo)屏(ping)，顏(yan)色(se)更(geng)加(jia)豐(feng)富(fu)，顯(xian)示(shi)效(xiao)果(guo)比(bi)以(yi)前(qian)更(geng)好(hao)。觸(chu)摸(mo)屏(ping)本(ben)體(ti)集(ji)成(cheng)了(le)以(yi)太(tai)網(wang)接(jie)口(kou)和(he)串(chuan)口(kou)，接(jie)口(kou)比(bi)以(yi)前(qian)多(duo)了(le)，提(ti)供(gong)了(le)用(yong)戶(hu)更(geng)多(duo)的(de)通(tong)訊(xun)連(lian)接(jie)選(xuan)擇(ze)。另(ling)外(wai)，通(tong)過(guo)以(yi)太(tai)網(wang)可(ke)同(tong)時(shi)連(lian)接(jie)3台PLC通訊，相比上一代產品隻能與1台PLC通訊，有所增強，可以滿足一些特殊應用的場合。
STEP 7- Micro/WIN SMART編程軟件，總體上保持STEP 7- Micro/WIN軟件界麵和功能，改進了一些菜單和窗口，操作方便。移植老程序也很方便，隻需複製過來即可。STEP 7- Micro/WIN SMART軟件本身集成了MODBUS和USS指令庫，不需要另外安裝，使用起來很方便。但軟件沒有集成量程轉換的指令庫，需要自己編程或從STEP 7- Micro/WIN軟件中移植過來，希望以後能夠增加集成，從而使編程更加方便。
6.意見與建議
SIMATIC S7-200 SMART PLC隻(zhi)集(ji)成(cheng)了(le)一(yi)個(ge)以(yi)太(tai)網(wang)接(jie)口(kou)，在(zai)該(gai)接(jie)口(kou)已(yi)連(lian)接(jie)觸(chu)摸(mo)屏(ping)，又(you)沒(mei)有(you)路(lu)由(you)器(qi)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，想(xiang)要(yao)在(zai)線(xian)監(jian)控(kong)程(cheng)序(xu)狀(zhuang)態(tai)時(shi)，需(xu)要(yao)將(jiang)觸(chu)摸(mo)屏(ping)網(wang)線(xian)拔(ba)下(xia)，使(shi)用(yong)中(zhong)略(lve)有(you)不(bu)便(bian)。未(wei)來(lai)是(shi)否(fou)能(neng)考(kao)慮(lv)增(zeng)加(jia)集(ji)成(cheng)以(yi)太(tai)網(wang)接(jie)口(kou)，使(shi)組(zu)網(wang)更(geng)加(jia)方(fang)便(bian)，也(ye)利(li)於(yu)程(cheng)序(xu)調(tiao)試(shi)。S7-200 SMART PLC目前沒有電池模塊，不能滿足長時間斷電保持時鍾和數據的場合，希望能盡早推出電池模塊。
參考文獻
[1] 西門子技術文檔， S7-200 SMART PLC樣本手冊
[2] 西門子技術文檔， SMART LINE 觸摸屏樣本手冊
作者簡介:
卞朋兵，男，本科，應用工程師，西門子（中國）有限公司江蘇分公司
