西门子基于PC 自动化产品在纺织生产线上的应用 摘要： 本文主要论述西门子基于PC 的自动化产品WinAC，WinCC 及面板式工业PC 机在纺织生产线上应用的特点，以及与传统PLC 控制相比所体现出的优越性。 关键词： WinAC: 西门子基于PC 机的自动化控制产品，分为Soft PLC 及Slot PL 两种 类型。Soft PLC 又分为基本型及实时型两种，它们是Windows NT 或2000 操作系统下的 一个运行软件，而Slot PLC 则是插在PC 机内的板卡式PLC，又分为Slot 412 和Slot 416 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，或称之为分布式I/0。 PROFBUS: 现场总线。 OPC: 用于过程控制的对象链接和嵌入。 本文论述的这条纺织生产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， 随着纺织行业的发展，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。 而该生产线正是青岛宏大纺织机械有限责任公司这一、二年来的重点项目，目前正处于优 化调试阶段，将于今年底面市，因此本文在论及该生产线时，略去了各设备的名称及其主 要工艺，主要描述西门子产品在该项目上所体现的特点，以及作者使用中的体会。 该生产线由五种不同类型的设备组成，分别称之为A、B、C、D、E。工艺流程。SIEMENS Automation Expert Communication A&D Service & Support 423 其中A 为主要设备，该设备停止运行则整个生产线停止生产。而B、C、D、E 等设 备则可以根据纺织厂不同的产品工艺要求独立地运行或停止，而且B、C、D 设备可以一 台运行，也可以两台相同设备同时运行。E 设备则可以有更多数量同时运行。在电气控制 上要求将生产线的生产状况实时反映到车间级及厂级管理层，并将生产数据存档。同时要 求整个生产线上所有设备的运行状态必须传送到一个操作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作员站完成。另外，由于生产线上各设备分散距离较远， 考虑到设备手动调试时的可操作性，要求设备的手动调试必须就近连接操作面板，一旦手 动调试停止，即拆除连接的操作面板。 在选择控制系统时，最初有两种设计方案： 第一种设计方案： SIEMENS Automation Expert Communication A&D Service & Support 424 A 设备选用S7-400 系列PLC，CPU 为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EM277 PROFIBUS 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，并与车间级及厂级管理层联网。A、C、D 设备及操作员站TP37 用MPI 联网，各设备互相之间的逻辑互锁及数据交换通过MPI 网络实现。C 设备，D 设备将生产 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管理层网络。同时， B 设备，E 设备通过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 触摸屏作为操作员站，为各设备设置参数，并显示 部分运行数据。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。 第二种设计方案： SIEMENS Automation Expert Communication A&D Service & Support 425 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管 理层联网方式同方案一，操作员站同样选用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，可单独运行或停止，调试方便， 但问题也是显而易见的： 1. 数据传送问题 因为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管理层网络， 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 作为操作员站，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. 通讯能力问题 因为C，D 设备选用的是S7-300 系列PLC 中的CPU314，CPU315-2DP，它们的 SIEMENS Automation Expert Communication A&D Service & Support 426 S7 固定连接数量受到限制，如C 设备，它必须同时与一个A 设备，两个D 设备，一个 TP37 及一个TP170B 连接，这个连接数超过了它的S7 固定连接数量。虽然可以通过A 设备再与D 设备连接，或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。生产厂 在提供设备给纺织厂时，必须对相同设备的CPU 下载不同的配置，相同设备之间无法互 换，给设备安装及销售管理增加麻烦。 第二种方案则解决了第一种方案所遇到的技术问题。因为C、D 设备是A 设备的分布 式I/0 站，所有生产信息及运行状态都在CPU412-2DP 中，这些设备的信息同时传送到工 程师站及管理层网络上。TP37 也只和一个CPU 通讯，数据更新快，也不存在各设备之间 通讯能力的问题。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D 设备之间可以完全互换，设备安装维修更方便。虽 然在这种方案中，C、D 设备必须依赖A 设备的运行才能运行，但因为本来生产工艺上， 当A 设备停止时，C、D 设备就不能运行，因此，C、D 设备的独立运行没有必要，如果 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管理层网络，存在一个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 的能力，操作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，在进行自动化控制的同时，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行了改进。首先，考虑到生产线运行的安全性及稳定性，用 WinAC 产品中的插槽型PLC Slot 412 代替原来的S7-400PLC 的CPU412-2DP，配合使 用电源扩展板，并外接24 伏直流电源，使控制系统可独立于PC 机的操作系统，保证系 SIEMENS Automation Expert Communication A&D Service & Support 427 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管理层联网，另外在IL70 上运行WinCC 人机界 面软件，使操作员站能完成更强大的功能。 最终的设计方案： WinAC Slot 412 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Slot 412 集成的DP 口上。B，E 设备使用CPU224，并配置EM277 PROFIBUS 扩展 板作为Slot 412 的智能从站，将数据信息传送给Slot 412。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，Slot 412 仍能正常工作。 IL70 作为WinAC Slot 412 的运行平台，同时也作为操作员站，并通过集成的TCP/IP 网口与工程师站及管理层联网。IL70 上运行的WinCC 人机界面软件通过OPC 客户机方 式从WinAC 的OPC 服务器端存取控制引擎中的数据。由于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。 SIEMENS Automati