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1、西门子基于PC自动化产品在纺织消费线上的应用hesp导语：本文主要阐述西门子基于PC的自动化产品WinAC，WinCC及面板式工业PC机在纺织消费线上应用的特点，以及与传统PLC控制相比所表达出的优越性。西门子基于PC机的自动化控制产品，分为SoftPLC及SlotPL两种类型。SoftPLC又分为根本型及实时型两种，它们是WindowsNT或者2000操纵系统下的一个运行软件，而SlotPLC那么是插在PC机内的板卡式PLC，又分为Slot412和Slot416两种。IL70:西门子嵌入式触摸面板工业PC机。WinCC:西门子工业组态软件。ET200:西门子S7系统中远程I/0，或者称之为分
2、布式I/0。PROFBUS:现场总线。OPC:用于经过控制的对象链接和嵌入。本文阐述的这条纺织消费线是青岛宏大纺织机械有限责任公司新近研制开发的产品。该公司是中国纺机行业的著名企业，梳棉机，落筒机，清梳联等是其主要产品。近年来，随着纺织行业的开展，该公司不断开发具备高新技术，能与国外知名产品相媲美的新产品。而该消费线正是青岛宏大纺织机械有限责任公司这一、二年来的重点工程，目前正处于优化调试阶段，将于今年底面市，因此本文在论及该消费线时，略去了各设备的名称及其主要工艺，主要描绘西门子产品在该工程上所表达的特点，以及作者使用中的体会。其中A为主要设备，该设备停顿运行那么整个消费线停顿消费。而B、C
3、、D、E等设备那么可以根据纺织厂不同的产品工艺要求独立地运行或者停顿，而且B、C、D设备可以1台运行，也可以2台一样设备同时运行。E设备那么可以有更多数目同时运行。在电气控制上要求将消费线的消费状况实时反映到车间级及厂级治理层，并将消费数据存档。同时要求整个消费线上所有设备的运行状态必须传送到一个操纵员站及一个工程师站上实时显示，所有设备的工艺参数设置由操纵员站完成。另外，由于消费线上各设备分散间隔较远，考虑到设备手动调试时的可操纵性，要求设备的手动调试必须就近连接操纵面板，一旦手动调试停顿，即撤除连接的操纵面板。在选择控制系统时，最初有两种设计方案：A设备选用S7-400系列PLC，CPU为
4、CPU412-2DP；C设备，D设备选用S7-300系列PLC，CPU分别为CPU314，CPU315-2DP；B设备和E设备选用S7-200系列PLC，CPU为CPU224并带EM277PROFIBUS扩展板，将B设备和E设备分别作为D设备的智能PROFIBUS从站。A设备上的S7-400系统中配置一块CP443-1工业以太网通讯卡，与工程师站联接，并与车间级及厂级治理层联网。A、C、D设备及操纵员站TP37用MPI联网，各设备相互之间的逻辑互锁及数据交换通过MPI网络实现。C设备，D设备将消费状况及运行状态传送给A设备，由A设备通过以太网传送给工程师站及治理层网络。同时，B设备，E设备通过
5、PROFIBUS网络将信息传送给D设备，通过D设备传送给A设备，并向上一级传送。系统中配置的TP37触摸屏作为操纵员站，为各设备设置参数，并显示局部运行数据。对于A、C、D设备的手动调试利用一个TP170B通过MPI网络就近联接各PLC来完成。整个控制系统由PROFIBUS网络组成。A设备选用S7-400系列PLC，CPU为CPU412-2DP，作PROFIBUS主站，其自身的I/0由ET200M组成；C设备，D设备，选用ET200M远程I/0方式作A设备的PROFIBUS从站；B设备和E设备选用S7-200系列PLC，并配EM277，直接作为A设备的智能从站。A设备与工程师站的联接及与治理层
6、联网方式同方案一，操纵员站同样选用TP37。A、C、D设备的手动调试利用一个TP170B就近联接完成。对于第一种设计方案，各设备的控制系统独立性较强，可单独运行或者停顿，调试方便，但问题也是显而易见的：1.数据传送问题由于B、C、D、E各设备的信息都必须通过A设备传送到工程师站及治理层网络，因此B、C、D、E设备的数据传送到工程师站的实时性较差。TP37作为操纵员站，同时要与A、C、D三种设备通讯，同样需要较长的数据更新周期。2.通讯才能问题由于C，D设备选用的是S7-300系列PLC中的CPU314，CPU315-2DP，它们的S7固定连接数目受到限制，如C设备，它必须同时与一个A设备，两个
7、D设备，一个TP37及一个TP170B连接，这个连接数超过了它的S7固定连接数目。固然可以通过A设备再与D设备连接，或者建立动态连接等方法来解决问题，但显然不方便。而且A、C、D设备之间的逻辑连锁控制，如通过上述两种方法解决，实时性很差，在工艺上也是不允许的。3.互换性较差用这种方案时，A设备，两台C设备，两台D设备，都有不同的MPI地址。消费厂在提供设备给纺织厂时，必须对一样设备的CPU下载不同的配置，一样设备之间无法互换，给设备安装及销售治理增加费事。第二种方案那么解决了第一种方案所碰到的技术问题。由于C、D设备是A设备的分布式I/0站，所有消费信息及运行状态都在CPU412-2DP中，这
8、些设备的信息同时传送到工程师站及治理层网络上。TP37也只和一个CPU通讯，数据更新快，也不存在各设备之间通讯才能的问题。同时，C、D设备在PROFIBUS网上的从站地址可以直接在接口模板IM153上设置，因此，C设备之间或者D设备之间可以完全互换，设备安装维修更方便。固然在这种方案中，C、D设备必须依靠A设备的运行才能运行，但由于本来消费工艺上，当A设备停顿时，C、D设备就不能运行，因此，C、D设备的独立运行没有必要，假如仅为设备调试方便，相对而言意义不大。但是，第二种设计方案也有不是之处。A、B、C、D、E各设备的信息都必须通过一块CP443-1以太网卡传送到工程师站及治理层网络，存在一个
9、数据通讯的瓶颈问题，数据交换的实时性及速度都受到限制。另外，鉴于TP37的才能，操纵员站只能用于参数设置及少量数据显示用，而无法完成数据统计、存档、报表生成等进一步的数据处理功能，并且图形的动态显示效果也不理想。而西门子WinAC产品的特点正好解决了这些问题。WinAC不仅仅是一个可编程序控制器，它将自动化控制和人机界面集成在一个PC平台上，在进展自动化控制的同时，完成大量的数据通讯，数据处理及可视化处理。基于上述原因，对第二种设计方案进展了改良。首先，考虑到消费线运行的平安性及稳定性，用WinAC产品中的插槽型PLCSlot412代替原来的S7-400PLC的CPU412-2DP，配合使用电
10、源扩展板，并外接24伏直流电源，使控制系统可独立于PC机的操纵系统，保证系统运行的高可靠性。其次选用西门子嵌入式触摸面板工业PC机IL70作为PC平台，其集成的TCP/IP以太网口直接与工程师站及治理层联网，另外在IL70上运行WinCC人机界面软件，使操纵员站能完成更强大的功能。WinACSlot412作为系统的中央控制器是整个控制系统的PROFIBUS-DP主站，完成设备A、C、D的控制任务。C、D设备使用ET200M作为远程分布式I/0站，直接连接到Slot412集成的DP口上。B，E设备使用CPU224，并配置EM277PROFIBUS扩展板作为Slot412的智能从站，将数据信息传送
11、给Slot412。电源扩展板上的外接24伏直流电源及后备电池保证在PC机断电情况下，Slot412仍能正常工作。IL70作为WinACSlot412的运行平台，同时也作为操纵员站，并通过集成的TCP/IP网口与工程师站及治理层联网。IL70上运行的WinCC人机界面软件通过OPC客户机方式从WinAC的OPC效劳器端存取控制引擎中的数据。由WinAC、WinCC在一个PC平台上，因此这种数据交换方式速度快，数据量大，实时性好。WinCC作为人机操纵接口，完成整个控制系统的参数设置及实时数据显示，实现用户提出的复杂的动画显示功能，并对消费数据及各设备运行状态进展存档，生成报表，提供报警信息以及设
12、备的维护信息。工程师站是一台普通的PC机，通过以太网与操纵员站联接。工程师站上也运行一套WinCC软件，通过DCOM配置，同样以OPC方式从WinAC存取数据，并且某些权限比操纵员站上的高。由于在操纵员站上使用了WinCC工业组态软件，使治理层从该消费线获取消费信息非常方便。WinCC具备多种方式进展网上数据交换，如可以运用WinCC的客户机/效劳器方式，或者WinCC的Web阅读器功能等等，为将来用户厂的联网消费治理提供多种选择。一台挪动式的TP170B操纵面板，通过C或者D设备上的ET200M接口模板IM153上的PROFIBUS3通接头直接联接到系统的PROFIBUS网上，对网上的任何一
13、台C设备或者D设备进展手动操纵，使调试人员能在设备边上直接进展手动调试。TP170B上集成了消费线上所有A、C、D各设备的手动调试画面，因此一台TP170B可完成所有设备的手动调试工作。对于系统控制软件，B、E设备的控制程序由自身的CPU224完成。A、C、D设备控制程序由WinACSlot412完成。其中A设备中有两路高速计数要求，由两块FM350-1高速计数模板完成。每个D设备中有两路压力PID调节，系统中一共有4路PID调节，鉴于Slot412的高速指令执行速度，用S7软件PID功能块就可以完全知足要求。系统控制软件中的一个重要局部是完成用户的多种工艺选择要求。如图1所示，纺织厂根据自己
14、产品的工艺要求可以随意组建消费线。如可以只购置A、B、C、D各1套设备及假设干E设备组成1条消费线；或者购置A、B及C设备各1套，D设备2套及假设干E设备组成1条消费线；或者购置1套A设备，B、C、D设备各2套，在运行时可自由选择是否开1套C设备，或者同时开2套C设备等等。而消费线的消费厂家为保证产品治理的统一性，要求只用一套控制软件来完成消费线各种可能的配置的控制任务。也就是对他们的所有纺织厂用户只提供一套控制软件，由用户自己在操纵员站上设置消费线的实际装备。这就出现了一个问题，即控制软件必须包括消费线最大可能配置所有设备的控制任务以及组态配置，但当某个设备在消费线上实际不存在时，又必须保证
15、整个PROFIBUS网络运行不出现故障。西门子STEP7软件提供了一种方法可以通过用户程序，使PROFIBUS从站自由地从网上断开而不影响主站的运行。首先，在控制程序中，必须编制组织块OB84、OB86、OB87、OB122，这些组织块在系统出现网络故障，或者I/0寻址故障时，由CPU直接调用。假如控制程序没有包括这些组织块，当系统网络中有从站断开，CPU会直接进入停顿运行状态。因此，在Slot412的控制程序中装入了OB84、OB86、OB87、OB122。其次，STEP7提供了一个系统标准块SFC12，利用SFC12，控制程序可以读取DP从站的状态，制止DP从站或者激活DP从站。当CPU启
16、动时，假如是冷启动或者暖启动，系统配置中的所有DP从站被自动激活。热启动时，DP从站保持原有状态，即假如原来是激活状态那么保持激活，原来是制止状态那么保持制止。如前所述，消费线的控制程序及配置是唯一的，也就是配置是按照消费线可能的最大配置做的，假如实际的设备配置与控制软件中不同，下载后CPU会出现故障。因此，在消费线按装完成第一次正常通电时，初始化程序将所有Slot412的PROFIBUS从站通过调用SFC12制止掉，等Slot412正常运行后，由操纵员在操纵员站上通过WinCC人机界面软件做出实际需要的配置。控制程序确认这些配置后，再将存在的或者选用的设备逐一激活，以后当CPU重新启动时就会保持这种配置状态，而无需再做激活或者制止工作。通过以上两个处理，控制系统能在任何不同的配置下正常工作。目前，该工程调试正接近尾声，所有控制软件已根本调试完成，并到达了预期的目的。通过这个工程可以发现，随着PC机及网络技术在工业现场的快速开展，基于PC的自动化产品解决了传统PLC缺乏之处，它的大容量实时数据处理，大容量的系统资源，方便的网络联接，强大的可视化功能，快速的指令处理等才能，会使该类产品在工业自动化领域中得到越来越多的应用。编辑：何世平