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　　西門子基于PC 機的自動化控制產品，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 操作系統下的一個運行軟件，而Slot PLC 則是插在PC 機內的板卡式PLC，又分為Slot 412 和Slot 416兩種。  

　　IL70: 西門子嵌入式觸摸面板工業PC 機。
 
　　WinCC: 西門子工業組態軟件。 

　　ET200: 西門子S7 系統中遠程I/0，或稱之為分布式I/0。 

　　PROFBUS: 現場總線。 

　　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線是青島宏大紡織機械有限責任公司新近研制開發的產品。該公司是中國紡機行業的著名企業，梳棉機，落筒機，清梳聯等是其主要產品。近年來，隨著紡織行業的發展，該公司不斷開發具備高新技術，能與國外知名產品相媲美的新產品。而該生產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，目前正處于優化調試階段，將于今年底面市，因此本文在論及該生產線時，略去了各設備的名稱及其主要工藝，主要描述西門子產品在該項目上所體現的特點，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線停止生產。而B、C、D、E 等設備則可以根據紡織廠不同的產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量同時運行。在電氣控制上要求將生產線的生產狀況實時反映到車間級及廠級管理層，并將生產數據存檔。同時要求整個生產線上所有設備的運行狀態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設置由操作員站完成。另外，由于生產線上各設備分散距離較遠，考慮到設備手動調試時的可操作性，要求設備的手動調試必須就近連接操作面板，一旦手動調試停止，即拆除連接的操作面板。 
 
　　在選擇控制系統時，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 系統中配置一塊CP443-1 工業以太網通訊卡，與工程師站聯接，并與車間級及廠級管理層聯網。A、C、D 設備及操作員站TP37 用MPI聯網，各設備互相之間的邏輯互鎖及數據交換通過MPI 網絡實現。C 設備，D 設備將生產狀況及運行狀態傳送給A 設備，由A 設備通過以太網傳送給工程師站及管理層網絡。同時，B 設備，E 設備通過PROFIBUS 網絡將信息傳送給D 設備，通過D 設備傳送給A 設備，并向上一級傳送。系統中配置的TP37 觸摸屏作為操作員站，為各設備設置參數，并顯示部分運行數據。對于A、C、D 設備的手動調試利用一個TP170B 通過MPI 網絡就近聯接各PLC 來完成。  

    整個控制系統由PROFIBUS 網絡組成。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接及與管理層聯網方式同方案一，操作員站同樣選用TP37。A、C、D 設備的手動調試利用一個TP170B 就近聯接完成。  

   對于第一種設計方案，各設備的控制系統獨立性較強，可單獨運行或停止，調試方便，但問題也是顯而易見的： 
 
　　1. 數據傳送問題 

    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絡，因此B、C、D、E 設備的數據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，同樣需要較長的數據更新周期。  

　　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，這個連接數超過了它的S7 固定連接數量。雖然可以通過A設備再與D 設備連接，或建立動態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，所有生產信息及運行狀態都在CPU412-2DP 中，這些設備的信息同時傳送到工程師站及管理層網絡上。TP37 也只和一個CPU 通訊，數據更新快，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 以太網卡傳送到工程師站及管理層網絡，存在一個數據通訊的瓶頸問題，數據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設置及少量數據顯示用，而無法完成數據統計、存檔、報表生成等進一步的數據處理功能，并且圖形的動態顯示效果也不理想。而西門子WinAC 產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，完成大量的數據通訊，數據處理及可視化處理。基于上述原因，對第二種設計方案進行了改進。首先，考慮到生產線運行的安全性及穩定性，用WinAC 產品中的插槽型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，使控制系統可獨立于PC 機的操作系統，保證系統運行的高可靠性。其次選用西門子嵌入式觸摸面板工業PC 機IL70 作為PC 平臺，其集成的TCP/IP 以太網口直接與工程師站及管理層聯網，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 作為系統的中央控制器是整個控制系統的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，將數據信息傳送給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網口與工程師站及管理層聯網。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據。由WinAC、WinCC 在一個PC平臺上，因此這種數據交換方式速度快，數據量大，實時性好。  

   WinCC 作為人機操作接口，完成整個控制系統的參數設置及實時數據顯示，實現用戶提出的復雜的動畫顯示功能，并對生產數據及各設備運行狀態進行存檔，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，通過以太網與操作員站聯接。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 存取數據，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 工業組態軟件，使管理層從該生產線獲取生產信息非常方便。WinCC 具備多種方式進行網上數據交換，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，為將來用戶廠的聯網生產管理提供多種選擇。  

    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通接頭直接聯接到系統的PROFIBUS 網上，對網上的任何一臺C 設備或D 設備進行手動操作，使調試人員能在設備邊上直接進行手動調試。TP170B 上集成了生產線上所有A、C、D 各設備的手動調試畫面，因此一臺TP170B 可完成所有設備的手動調試工作。  

   對于系統控制軟件，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要求，由兩塊FM350-1 高速計數模板完成。每個D 設備中有兩路壓力PID 調節，系統中一共有4 路PID 調節，鑒于Slot 412 的高速指令執行速度，用S7 軟件PID 功能塊就可以完全滿足要求。  

    系統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，紡織廠根據自己產品的工藝要求可以隨意組建生產線。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。而生產線的生產廠家為保證產品管理的統一性，要求只用一套控制軟件來完成生產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線的實際配備。這就出現了一個問題，即控制軟件必須包括生產線最大可能配置所有設備的控制任務以及組態配置，但當某個設備在生產線上實際不存在時，又必須保證整個PROFIBUS 網絡運行不出現故障。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，這些組織塊在系統出現網絡故障，或I/0 尋址故障時，由CPU 直接調用。如果控制程序沒有包括這些組織塊，當系統網絡中有從站斷開，CPU 會直接進入停止運行狀態。因此，在Slot 412的控制程序中裝入了OB84、OB86、OB87、OB122。其次，STEP7 提供了一個系統標準塊SFC12，利用SFC12，控制程序可以讀取DP從站的狀態，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，即如果原來是激活狀態則保持激活，原來是禁止狀態則保持禁止。如前所述，生產線的控制程序及配置是唯一的，也就是配置是按照生產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 會出現故障。因此，在生產線按裝完成第一次正常通電時，初始化程序將所有Slot 412 的PROFIBUS 從站通過調用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，而無需再做激活或禁止工作。通過以上兩個處理，控制系統能在任何不同的配置下正常工作。  

    目前，該項目調試正接近尾聲，所有控制軟件已基本調試完成，并達到了預期的目標。通過這個項目可以發現，隨著PC 機及網絡技術在工業現場的快速發展，基于PC 的自動化產品解決了傳統PLC 不足之處，它的大容量實時數據處理，大容量的系統資源，方便的網絡聯接，強大的可視化功能，快速的指令處理等能力，會使該類產品在工業自動化領域中得到越來越多的應用。