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　　西門子基于PC 機的自動化控制產(chǎn)品，分為Soft PLC 及Slot PL 兩種類型。Soft PLC 又分為基本型及實時型兩種，它們是Windows NT 或2000 操作系統(tǒng)下的一個運行軟件，而Slot PLC 則是插在PC 機內(nèi)的板卡式PLC，又分為Slot 412 和Slot 416兩種。  

　　IL70: 西門子嵌入式觸摸面板工業(yè)PC 機。
 
　　WinCC: 西門子工業(yè)組態(tài)軟件。 

　　ET200: 西門子S7 系統(tǒng)中遠程I/0，或稱之為分布式I/0。 

　　PROFBUS: 現(xiàn)場總線。 

　　OPC: 用于過程控制的對象鏈接和嵌入。 

　　本文論述的這條紡織生產(chǎn)線是青島宏大紡織機械有限責任公司新近研制開發(fā)的產(chǎn)品。該公司是中國紡機行業(yè)的著名企業(yè)，梳棉機，落筒機，清梳聯(lián)等是其主要產(chǎn)品。近年來，隨著紡織行業(yè)的發(fā)展，該公司不斷開發(fā)具備高新技術，能與國外知名產(chǎn)品相媲美的新產(chǎn)品。而該生產(chǎn)線正是青島宏大紡織機械有限責任公司這一、二年來的重點項目，目前正處于優(yōu)化調(diào)試階段，將于今年底面市，因此本文在論及該生產(chǎn)線時，略去了各設備的名稱及其主要工藝，主要描述西門子產(chǎn)品在該項目上所體現(xiàn)的特點，以及作者使用中的體會。  

    其中A 為主要設備，該設備停止運行則整個生產(chǎn)線停止生產(chǎn)。而B、C、D、E 等設備則可以根據(jù)紡織廠不同的產(chǎn)品工藝要求獨立地運行或停止，而且B、C、D 設備可以1臺運行，也可以2臺相同設備同時運行。E 設備則可以有更多數(shù)量同時運行。在電氣控制上要求將生產(chǎn)線的生產(chǎn)狀況實時反映到車間級及廠級管理層，并將生產(chǎn)數(shù)據(jù)存檔。同時要求整個生產(chǎn)線上所有設備的運行狀態(tài)必須傳送到一個操作員站及一個工程師站上實時顯示，所有設備的工藝參數(shù)設置由操作員站完成。另外，由于生產(chǎn)線上各設備分散距離較遠，考慮到設備手動調(diào)試時的可操作性，要求設備的手動調(diào)試必須就近連接操作面板，一旦手動調(diào)試停止，即拆除連接的操作面板。 
 
　　在選擇控制系統(tǒng)時，最初有兩種設計方案： 
 
    A 設備選用S7-400 系列PLC，CPU 為CPU412-2DP；C 設備，D 設備選用S7-300系列PLC，CPU 分別為CPU314，CPU315-2DP；B 設備和E 設備選用S7-200 系列PLC，CPU 為CPU224 并帶EM277 PROFIBUS 擴展板，將B 設備和E 設備分別作為D 設備的智能PROFIBUS 從站。A 設備上的S7-400 系統(tǒng)中配置一塊CP443-1 工業(yè)以太網(wǎng)通訊卡，與工程師站聯(lián)接，并與車間級及廠級管理層聯(lián)網(wǎng)。A、C、D 設備及操作員站TP37 用MPI聯(lián)網(wǎng)，各設備互相之間的邏輯互鎖及數(shù)據(jù)交換通過MPI 網(wǎng)絡實現(xiàn)。C 設備，D 設備將生產(chǎn)狀況及運行狀態(tài)傳送給A 設備，由A 設備通過以太網(wǎng)傳送給工程師站及管理層網(wǎng)絡。同時，B 設備，E 設備通過PROFIBUS 網(wǎng)絡將信息傳送給D 設備，通過D 設備傳送給A 設備，并向上一級傳送。系統(tǒng)中配置的TP37 觸摸屏作為操作員站，為各設備設置參數(shù)，并顯示部分運行數(shù)據(jù)。對于A、C、D 設備的手動調(diào)試利用一個TP170B 通過MPI 網(wǎng)絡就近聯(lián)接各PLC 來完成。  

    整個控制系統(tǒng)由PROFIBUS 網(wǎng)絡組成。A 設備選用S7-400 系列PLC，CPU 為CPU412-2DP，作PROFIBUS 主站，其自身的I/0 由ET200M 組成；C 設備，D 設備，選用ET200M 遠程I/0 方式作A 設備的PROFIBUS 從站；B 設備和E 設備選用S7-200系列PLC，并配EM277，直接作為A 設備的智能從站。A 設備與工程師站的聯(lián)接及與管理層聯(lián)網(wǎng)方式同方案一，操作員站同樣選用TP37。A、C、D 設備的手動調(diào)試利用一個TP170B 就近聯(lián)接完成。  

   對于第一種設計方案，各設備的控制系統(tǒng)獨立性較強，可單獨運行或停止，調(diào)試方便，但問題也是顯而易見的： 
 
　　1. 數(shù)據(jù)傳送問題 

    因為B、C、D、E 各設備的信息都必須通過A 設備傳送到工程師站及管理層網(wǎng)絡，因此B、C、D、E 設備的數(shù)據(jù)傳送到工程師站的實時性較差。TP37 作為操作員站，同時要與A、C、D 三種設備通訊，同樣需要較長的數(shù)據(jù)更新周期。  

　　2. 通訊能力問題  

    因為C，D 設備選用的是S7-300 系列PLC 中的CPU314，CPU315-2DP，它們的S7 固定連接數(shù)量受到限制，如C 設備，它必須同時與一個A 設備，兩個D 設備，一個TP37 及一個TP170B 連接，這個連接數(shù)超過了它的S7 固定連接數(shù)量。雖然可以通過A設備再與D 設備連接，或建立動態(tài)連接等方法來解決問題，但顯然不方便。而且A、C、D 設備之間的邏輯連鎖控制，如通過上述兩種方法解決，實時性很差，在工藝上也是不允許的。
  
    3. 互換性較差  

    用這種方案時，A 設備，兩臺C 設備，兩臺D 設備，都有不同的MPI 地址。生產(chǎn)廠在提供設備給紡織廠時，必須對相同設備的CPU 下載不同的配置，相同設備之間無法互換，給設備安裝及銷售管理增加麻煩。  

    第二種方案則解決了第一種方案所遇到的技術問題。因為C、D 設備是A 設備的分布式I/0 站，所有生產(chǎn)信息及運行狀態(tài)都在CPU412-2DP 中，這些設備的信息同時傳送到工程師站及管理層網(wǎng)絡上。TP37 也只和一個CPU 通訊，數(shù)據(jù)更新快，也不存在各設備之間通訊能力的問題。同時，C、D 設備在PROFIBUS 網(wǎng)上的從站地址可以直接在接口模板IM153 上設置，因此，C 設備之間或D 設備之間可以完全互換，設備安裝維修更方便。雖然在這種方案中，C、D 設備必須依賴A 設備的運行才能運行，但因為本來生產(chǎn)工藝上，當A 設備停止時，C、D 設備就不能運行，因此，C、D 設備的獨立運行沒有必要，如果僅為設備調(diào)試方便，相對而言意義不大。  

    但是，第二種設計方案也有不是之處。A、B、C、D、E 各設備的信息都必須通過一塊CP443-1 以太網(wǎng)卡傳送到工程師站及管理層網(wǎng)絡，存在一個數(shù)據(jù)通訊的瓶頸問題，數(shù)據(jù)交換的實時性及速度都受到限制。另外，鑒于TP37 的能力，操作員站只能用于參數(shù)設置及少量數(shù)據(jù)顯示用，而無法完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計、存檔、報表生成等進一步的數(shù)據(jù)處理功能，并且圖形的動態(tài)顯示效果也不理想。而西門子WinAC 產(chǎn)品的特點正好解決了這些問題。WinAC 不僅僅是一個可編程序控制器，它將自動化控制和人機界面集成在一個PC 平臺上，在進行自動化控制的同時，完成大量的數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)處理及可視化處理。基于上述原因，對第二種設計方案進行了改進。首先，考慮到生產(chǎn)線運行的安全性及穩(wěn)定性，用WinAC 產(chǎn)品中的插槽型PLC Slot 412 代替原來的S7-400PLC 的CPU412-2DP，配合使用電源擴展板，并外接24 伏直流電源，使控制系統(tǒng)可獨立于PC 機的操作系統(tǒng)，保證系統(tǒng)運行的高可靠性。其次選用西門子嵌入式觸摸面板工業(yè)PC 機IL70 作為PC 平臺，其集成的TCP/IP 以太網(wǎng)口直接與工程師站及管理層聯(lián)網(wǎng)，另外在IL70 上運行WinCC 人機界面軟件，使操作員站能完成更強大的功能。WinAC Slot 412 作為系統(tǒng)的中央控制器是整個控制系統(tǒng)的PROFIBUS-DP 主站，完成設備A、C、D 的控制任務。C、D 設備使用ET200M 作為遠程分布式I/0 站，直接連接到Slot 412 集成的DP 口上。B，E 設備使用CPU224，并配置EM277 PROFIBUS 擴展板作為Slot 412 的智能從站，將數(shù)據(jù)信息傳送給Slot 412。電源擴展板上的外接24 伏直流電源及后備電池保證在PC 機斷電情況下，Slot 412 仍能正常工作。  

    IL70 作為WinAC Slot 412 的運行平臺，同時也作為操作員站，并通過集成的TCP/IP網(wǎng)口與工程師站及管理層聯(lián)網(wǎng)。IL70 上運行的WinCC 人機界面軟件通過OPC 客戶機方式從WinAC 的OPC 服務器端存取控制引擎中的數(shù)據(jù)。由WinAC、WinCC 在一個PC平臺上，因此這種數(shù)據(jù)交換方式速度快，數(shù)據(jù)量大，實時性好。  

   WinCC 作為人機操作接口，完成整個控制系統(tǒng)的參數(shù)設置及實時數(shù)據(jù)顯示，實現(xiàn)用戶提出的復雜的動畫顯示功能，并對生產(chǎn)數(shù)據(jù)及各設備運行狀態(tài)進行存檔，生成報表，提供報警信息以及設備的維護信息。  

    工程師站是一臺普通的PC 機，通過以太網(wǎng)與操作員站聯(lián)接。工程師站上也運行一套WinCC 軟件，通過DCOM 配置，同樣以OPC 方式從WinAC 存取數(shù)據(jù)，并且某些權限比操作員站上的高。由于在操作員站上使用了WinCC 工業(yè)組態(tài)軟件，使管理層從該生產(chǎn)線獲取生產(chǎn)信息非常方便。WinCC 具備多種方式進行網(wǎng)上數(shù)據(jù)交換，如可以運用WinCC 的客戶機/服務器方式，或WinCC 的Web 瀏覽器功能等等，為將來用戶廠的聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)管理提供多種選擇。  

    一臺移動式的TP170B 操作面板，通過C 或D 設備上的ET200M 接口模板IM153 上的PROFIBUS 3通接頭直接聯(lián)接到系統(tǒng)的PROFIBUS 網(wǎng)上，對網(wǎng)上的任何一臺C 設備或D 設備進行手動操作，使調(diào)試人員能在設備邊上直接進行手動調(diào)試。TP170B 上集成了生產(chǎn)線上所有A、C、D 各設備的手動調(diào)試畫面，因此一臺TP170B 可完成所有設備的手動調(diào)試工作。  

   對于系統(tǒng)控制軟件，B、E 設備的控制程序由自身的CPU224 完成。A、C、D 設備控制程序由WinAC Slot 412 完成。其中A 設備中有兩路高速計數(shù)要求，由兩塊FM350-1 高速計數(shù)模板完成。每個D 設備中有兩路壓力PID 調(diào)節(jié)，系統(tǒng)中一共有4 路PID 調(diào)節(jié)，鑒于Slot 412 的高速指令執(zhí)行速度，用S7 軟件PID 功能塊就可以完全滿足要求。  

    系統(tǒng)控制軟件中的一個重要部分是完成用戶的多種工藝選擇要求。如圖1所示，紡織廠根據(jù)自己產(chǎn)品的工藝要求可以隨意組建生產(chǎn)線。如可以只購買A、B、C、D 各1 套設備及若干E 設備組成1條生產(chǎn)線；或購買A、B 及C 設備各1 套，D 設備2 套及若干E 設備組成1條生產(chǎn)線；或購買1 套A 設備，B、C、D 設備各2 套，在運行時可自由選擇是否開1 套C 設備，或同時開2 套C 設備等等。而生產(chǎn)線的生產(chǎn)廠家為保證產(chǎn)品管理的統(tǒng)一性，要求只用一套控制軟件來完成生產(chǎn)線各種可能的配置的控制任務。也就是對他們的所有紡織廠用戶只提供一套控制軟件，由用戶自己在操作員站上設置生產(chǎn)線的實際配備。這就出現(xiàn)了一個問題，即控制軟件必須包括生產(chǎn)線最大可能配置所有設備的控制任務以及組態(tài)配置，但當某個設備在生產(chǎn)線上實際不存在時，又必須保證整個PROFIBUS 網(wǎng)絡運行不出現(xiàn)故障。西門子STEP7 軟件提供了一種方法可以通過用戶程序，使PROFIBUS 從站自由地從網(wǎng)上斷開而不影響主站的運行。首先，在控制程序中，必須編制組織塊OB84、OB86、OB87、OB122，這些組織塊在系統(tǒng)出現(xiàn)網(wǎng)絡故障，或I/0 尋址故障時，由CPU 直接調(diào)用。如果控制程序沒有包括這些組織塊，當系統(tǒng)網(wǎng)絡中有從站斷開，CPU 會直接進入停止運行狀態(tài)。因此，在Slot 412的控制程序中裝入了OB84、OB86、OB87、OB122。其次，STEP7 提供了一個系統(tǒng)標準塊SFC12，利用SFC12，控制程序可以讀取DP從站的狀態(tài)，禁止DP 從站或激活DP 從站。當CPU 啟動時，如果是冷啟動或暖啟動，系統(tǒng)配置中的所有DP 從站被自動激活。熱啟動時，DP 從站保持原有狀態(tài)，即如果原來是激活狀態(tài)則保持激活，原來是禁止狀態(tài)則保持禁止。如前所述，生產(chǎn)線的控制程序及配置是唯一的，也就是配置是按照生產(chǎn)線可能的最大配置做的，如果實際的設備配置與控制軟件中不同，下載后CPU 會出現(xiàn)故障。因此，在生產(chǎn)線按裝完成第一次正常通電時，初始化程序?qū)⑺蠸lot 412 的PROFIBUS 從站通過調(diào)用SFC 12 禁止掉，等Slot 412 正常運行后，由操作員在操作員站上通過WinCC 人機界面軟件做出實際需要的配置。控制程序確認這些配置后，再將存在的或選用的設備一一激活，以后當CPU 重新啟動時就會保持這種配置狀態(tài)，而無需再做激活或禁止工作。通過以上兩個處理，控制系統(tǒng)能在任何不同的配置下正常工作。  

    目前，該項目調(diào)試正接近尾聲，所有控制軟件已基本調(diào)試完成，并達到了預期的目標。通過這個項目可以發(fā)現(xiàn)，隨著PC 機及網(wǎng)絡技術在工業(yè)現(xiàn)場的快速發(fā)展，基于PC 的自動化產(chǎn)品解決了傳統(tǒng)PLC 不足之處，它的大容量實時數(shù)據(jù)處理，大容量的系統(tǒng)資源，方便的網(wǎng)絡聯(lián)接，強大的可視化功能，快速的指令處理等能力，會使該類產(chǎn)品在工業(yè)自動化領域中得到越來越多的應用。