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S7-200 SMART 在化成生產(chǎn)線上的應(yīng)用 廣州擎天實業(yè)有限公司 熊寧 西門子（中國）有限公司 李賢寧 設(shè)計了基于 S7-200 SMART 的化成生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)架構(gòu)、硬件 選型及軟件設(shè)計方案。在通信方面， S7-200 SMART 通過自由口通訊的方式采集 一條生產(chǎn)線上的所有儀表的數(shù)據(jù)，然后再通過工業(yè)以太網(wǎng)的方式把所有生產(chǎn)線的 數(shù)據(jù)傳送到上位機，實現(xiàn)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控。經(jīng)現(xiàn)場長時間運行，系統(tǒng)運行 穩(wěn)定、高效，很好地滿足了客戶需求。 化成生產(chǎn)線是將陽極電蝕鋁箔置于化成液中，利用電氣化學(xué)原理，使陽極電 蝕鋁箔表面生產(chǎn)氧化膜，此過程稱為化成。 工藝流程 化成工藝流程為： 電極箔→水合處理→初段化成→中段化成→安定化處理→終段化成一→安 定化處理→終段化成二→安定化處理→卷取 上位機是化成生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的控制中樞，其控制網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖 1 所 示。它是由數(shù)據(jù)采集從站和數(shù)據(jù)主站構(gòu)成的。 (1)數(shù)據(jù)采集從站 本系統(tǒng)對生產(chǎn)車間 22 條生產(chǎn)線、高壓、低壓及外圍設(shè)施采用數(shù)據(jù)采集從站 對信號進行采集。從站包括軟件和硬件兩部分，硬件部分主要采用 SMART 200 PLC 加各種 I/O、A/D 模塊組成，并配有雷擊和浪涌電壓防護模塊。 系統(tǒng)能監(jiān)視、記錄鋁箔生產(chǎn)線重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)負責目前生產(chǎn)線需要 采集的多 45 個數(shù)字表頭的數(shù)據(jù)。 每個采集從站可擴展一個 485 接口，可以和其它設(shè)備進行 MODBUS 通訊。 模塊采集數(shù)據(jù)可通過 PLC 的以太網(wǎng)接口將所有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng) 傳送*位機。 Unrestricted . . . . . . 上位機 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)圖 交換機 化成電源 化成電源 以太網(wǎng) 通訊 化成電源 化成電源 以太網(wǎng) 通訊 . . . . . . 以太網(wǎng) 以太網(wǎng) 通訊 以太網(wǎng) 通訊 以太網(wǎng) 1# . . . . . . n# SR40 SR40 SR40 SR40 圖 1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) (2)數(shù)據(jù)采集主站 1.上位機采用臺式電腦作為監(jiān)控主機，可儲存數(shù)年的歷史數(shù)據(jù)。 2.對于各種持續(xù)的數(shù)據(jù)，可以實時曲線和歷史曲線的方式直觀顯示，作為衡量生 產(chǎn)線性能的依據(jù)。 3.所有故障報警及預(yù)置目標值（SV 值）修改均有記錄。 4.通過終端程序和雙網(wǎng)卡將工廠的局域網(wǎng)和工廠監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)分開，保證現(xiàn)場數(shù)據(jù)的 安全與高效?？蛻艨赏ㄟ^外網(wǎng)隨時監(jiān)控現(xiàn)場數(shù)據(jù)。 方案確定 本項目中采用西門子 S7-200 SMART PLC 作為主控制器，采用上位機的顯示 器作為人機交互接口。S7-200 SMART 的 CPU 集成了以太網(wǎng)接口和 1 個 RS485 接 口。RS485 通信口支持自由口通信，以太網(wǎng)接口不僅支持程序調(diào)試功能，還能與 觸摸屏和計算機進行通信，輕松組網(wǎng)。S7-200 SMART 配備了西門子高速處 理芯片，可以輕松滿足化成生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求。 本系統(tǒng)采用 CPU SR40 采集生產(chǎn)線上所有儀表的數(shù)據(jù)，然后再把所有 PLC 的 數(shù)據(jù)都通過以太網(wǎng)傳送給上位機，每個 CPU 均配備了 RS485 通信板。CPU SR40 具有 24 點輸入，16 點輸出，支持自由口通信，*可以滿足化成生產(chǎn)線的控制 要求。 軟件開發(fā) Unrestricted (1)化成電源控制程序 通過采集電源的狀態(tài)、電壓、電流等數(shù)據(jù)和上位機的控制，做一個調(diào)節(jié)的閉 環(huán)的自動化控制。 (2)化成線通信程序 PLC 不僅要采集生產(chǎn)線上所有儀表和狀態(tài)信號，而且要接收上位機下達的控 制任務(wù)。在一個化成生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)中，PLC 與上位機的實時通信很關(guān)鍵，否則 會影響到整個系統(tǒng)的運行效率及安全。影響實時通信的因素有：通信儀表的數(shù)量、 通信波特率、通信介質(zhì)、通信協(xié)議及通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。 其中 RS485 自由口通信協(xié)議及程序的實現(xiàn)尤其重要。由于 AIBUS 通信協(xié)議中 主站對從站的讀寫操作是分開的，在監(jiān)控系統(tǒng)中，主站不僅需要得到化成電源的 實時狀態(tài)，還需要把控制任務(wù)實時發(fā)送到化成電源，在化成電源數(shù)量比較多的系 統(tǒng)中，如果采用讀寫操作分開的通訊協(xié)議，那么通信的實時性就會明顯降低。 本項目為了達到操作的實時性，采用了一次發(fā)送和接收的方式，提高了通信 效率。 參考 AIBUS 協(xié)議，通過自由口協(xié)議編寫的控制和通信程序?qū)崿F(xiàn)了類似的功能 和工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)了同時操作多臺電源的控制和實時監(jiān)控。 應(yīng)用體會 S7-200 SMART 控制器可擴展至 2 個 RS485 通信口，均支持自由口通信， 很好地滿足了化成生產(chǎn)線對 RS485 通信口的數(shù)量要求。同時，本地集成的以太網(wǎng) 口支持編程調(diào)試、觸摸屏通訊等功能，使用 1 根網(wǎng)線就可以實現(xiàn)編程調(diào)試工作， 不必走到每臺 PLC 旁邊去調(diào)試程序，從而提工作效率。

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