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S7-200 SMART 在化成生產線上的應用
2018-01-17       suixiang    瀏覽:4371    0  

設計了基于 S7-200 SMART 的化成生產線監控系統,介紹了系統架構、硬件選型及軟件設計方案。在通信方面, S7-200 SMART 通過自由口通訊的方式采集一條生產線上的所有儀表的數據,然后再通過工業以太網的方式把所有生產線的數據傳送到上位機,實現了現場數據的實時監控。經現場長時間運行,系統運行穩定、高效,很好地滿足了客戶需求。

化成生產線是將陽極電蝕鋁箔置于化成液中,利用電氣化學原理,使陽極電蝕鋁箔表面生產氧化膜,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

上位機是化成生產線監控系統的控制中樞,其控制網絡拓撲結構如圖 1 所示。它是由數據采集從站和數據主站構成的。

(1)數據采集從站

本系統對生產車間 22 條生產線、高壓、低壓及外圍設施采用數據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。

系統能監視、記錄鋁箔生產線重要的生產數據。本系統負責目前生產線需要采集的最多 45 個數字表頭的數據。

每個采集從站可擴展一個 485 接口,可以和其它設備進行 MODBUS 通訊。模塊采集數據可通過 PLC 的以太網接口將所有的系統數據通過工業以太網傳送至上位機。


(2)數據采集主站

1.上位機采用臺式電腦作為監控主機,可儲存數年的歷史數據。

2.對于各種持續的數據,可以實時曲線和歷史曲線的方式直觀顯示,作為衡量生產線性能的依據。

3.所有故障報警及預置目標值(SV 值)修改均有記錄。

4.通過終端程序和雙網卡將工廠的局域網和工廠監控網絡分開,保證現場數據的安全與高效。客戶可通過外網隨時監控現場數據。

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 集成了以太網接口和 1 個 RS485 接口。RS485 通信口支持自由口通信,以太網接口不僅支持程序調試功能,還能與觸摸屏和計算機進行通信,輕松組網。S7-200 SMART 配備了西門子專用高速處理芯片,可以輕松滿足化成生產線監控系統的控制要求。

本系統采用 CPU SR40 采集生產線上所有儀表的數據,然后再把所有 PLC 的數據都通過以太網傳送給上位機,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,完全可以滿足化成生產線的控制要求。

軟件開發

(1)化成電源控制程序

通過采集電源的狀態、電壓、電流等數據和上位機的控制,做一個調節的閉環的自動化控制。

(2)化成線通信程序

PLC 不僅要采集生產線上所有儀表和狀態信號,而且要接收上位機下達的控制任務。在一個化成生產線監控系統中,PLC 與上位機的實時通信很關鍵,否則會影響到整個系統的運行效率及安全。影響實時通信的因素有:通信儀表的數量、通信波特率、通信介質、通信協議及通信網絡結構等。

其中 RS485 自由口通信協議及程序的實現尤其重要。由于 AIBUS 通信協議中主站對從站的讀寫操作是分開的,在監控系統中,主站不僅需要得到化成電源的實時狀態,還需要把控制任務實時發送到化成電源,在化成電源數量比較多的系統中,如果采用讀寫操作分開的通訊協議,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,采用了一次發送和接收的方式,提高了通信效率。

參考 AIBUS 協議,通過自由口協議編寫的控制和通信程序實現了類似的功能和工業以太網實現了同時操作多臺電源的控制和實時監控。

應用體會

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線對 RS485 通信口的數量要求。同時,本地集成的以太網口支持編程調試、觸摸屏通訊等功能,使用 1 根網線就可以實現編程調試工作,不必走到每臺 PLC 旁邊去調試程序,從而提工作效率。

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