西門(mén)子基于PC 機的自動(dòng)化控制產(chǎn)品，分為Soft PLC 及Slot PL 兩種類(lèi)型。Soft PLC 又分為基本型及實(shí)時(shí)型兩種，它們是Windows NT 或2000 操作系統下的一個(gè)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(mén)子嵌入式觸摸面板工業(yè)PC 機。
 
　　WinCC: 西門(mén)子工業(yè)組態(tài)軟件。 

　　ET200: 西門(mén)子S7 系統中遠程I/0，或稱(chēng)之為分布式I/0。 

　　PROFBUS: 現場(chǎng)總線(xiàn)。 

　　OPC: 用于過(guò)程控制的對象鏈接和嵌入。 

　　本文論述的這條紡織生產(chǎn)線(xiàn)是青島宏大紡織機械有限責任公司新近研制開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。該公司是中國紡機行業(yè)的著(zhù)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(lái)，隨著(zhù)紡織行業(yè)的發(fā)展，該公司不斷開(kāi)發(fā)具備高新技術(shù)，能與國外知名產(chǎn)品相媲美的新產(chǎn)品。而該生產(chǎn)線(xiàn)正是青島宏大紡織機械有限責任公司這一、二年來(lái)的重點(diǎn)項目，目前正處于優(yōu)化調試階段，將于今年底面市，因此本文在論及該生產(chǎn)線(xiàn)時(shí)，略去了各設備的名稱(chēng)及其主要工藝，主要描述西門(mén)子產(chǎn)品在該項目上所體現的特點(diǎn)，以及作者使用中的體會(huì )。  

    其中A 為主要設備，該設備停止運行則整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)停止生產(chǎn)。而B(niǎo)、C、D、E 等設備則可以根據紡織廠(chǎng)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(shí)運行。E 設備則可以有更多數量同時(shí)運行。在電氣控制上要求將生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)狀況實(shí)時(shí)反映到車(chē)間級及廠(chǎng)級管理層，并將生產(chǎn)數據存檔。同時(shí)要求整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)上所有設備的運行狀態(tài)必須傳送到一個(gè)操作員站及一個(gè)工程師站上實(shí)時(shí)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(chǎn)線(xiàn)上各設備分散距離較遠，考慮到設備手動(dòng)調試時(shí)的可操作性，要求設備的手動(dòng)調試必須就近連接操作面板，一旦手動(dòng)調試停止，即拆除連接的操作面板。 
 
　　在選擇控制系統時(shí)，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(yè)以太網(wǎng)通訊卡，與工程師站聯(lián)接，并與車(chē)間級及廠(chǎng)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據交換通過(guò)MPI 網(wǎng)絡(luò )實(shí)現。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(guò)以太網(wǎng)傳送給工程師站及管理層網(wǎng)絡(luò )。同時(shí)，B 設備，E 設備通過(guò)PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò )將信息傳送給D 設備，通過(guò)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(yíng)、C、D 設備的手動(dòng)調試利用一個(gè)TP170B 通過(guò)MPI 網(wǎng)絡(luò )就近聯(lián)接各PLC 來(lái)完成。  

    整個(gè)控制系統由PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò )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(dòng)調試利用一個(gè)TP170B 就近聯(lián)接完成。  

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

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

　　2. 通訊能力問(wèn)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(shí)與一個(gè)A 設備，兩個(gè)D 設備，一個(gè)TP37 及一個(gè)TP170B 連接，這個(gè)連接數超過(guò)了它的S7 固定連接數量。雖然可以通過(guò)A設備再與D 設備連接，或建立動(dòng)態(tài)連接等方法來(lái)解決問(wèn)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(guò)上述兩種方法解決，實(shí)時(shí)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(shí)，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(chǎng)在提供設備給紡織廠(chǎng)時(shí)，必須對相同設備的CPU 下載不同的配置，相同設備之間無(wú)法互換，給設備安裝及銷(xiāo)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(shù)問(wèn)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(shí)傳送到工程師站及管理層網(wǎng)絡(luò )上。TP37 也只和一個(gè)CPU 通訊，數據更新快，也不存在各設備之間通訊能力的問(wèn)題。同時(shí)，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(lài)A 設備的運行才能運行，但因為本來(lái)生產(chǎn)工藝上，當A 設備停止時(shí)，C、D 設備就不能運行，因此，C、D 設備的獨立運行沒(méi)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(guò)一塊CP443-1 以太網(wǎng)卡傳送到工程師站及管理層網(wǎng)絡(luò )，存在一個(gè)數據通訊的瓶頸問(wèn)題，數據交換的實(shí)時(shí)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(wú)法完成數據統計、存檔、報表生成等進(jìn)一步的數據處理功能，并且圖形的動(dòng)態(tài)顯示效果也不理想。而西門(mén)子WinAC 產(chǎn)品的特點(diǎn)正好解決了這些問(wèn)題。WinAC 不僅僅是一個(gè)可編程序控制器，它將自動(dòng)化控制和人機界面集成在一個(gè)PC 平臺上，在進(jìn)行自動(dòng)化控制的同時(shí)，完成大量的數據通訊，數據處理及可視化處理?；谏鲜鲈?，對第二種設計方案進(jìn)行了改進(jìn)。首先，考慮到生產(chǎn)線(xiàn)運行的安全性及穩定性，用WinAC 產(chǎn)品中的插槽型PLC Slot 412 代替原來(lái)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(mén)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 作為系統的中央控制器是整個(gè)控制系統的PROFIBUS-DP 主站，完成設備A、C、D 的控制任務(wù)。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(shí)也作為操作員站，并通過(guò)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(guò)OPC 客戶(hù)機方式從WinAC 的OPC 服務(wù)器端存取控制引擎中的數據。由WinAC、WinCC 在一個(gè)PC平臺上，因此這種數據交換方式速度快，數據量大，實(shí)時(shí)性好。  

   WinCC 作為人機操作接口，完成整個(gè)控制系統的參數設置及實(shí)時(shí)數據顯示，實(shí)現用戶(hù)提出的復雜的動(dòng)畫(huà)顯示功能，并對生產(chǎn)數據及各設備運行狀態(tài)進(jìn)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(guò)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(guò)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(yè)組態(tài)軟件，使管理層從該生產(chǎn)線(xiàn)獲取生產(chǎn)信息非常方便。WinCC 具備多種方式進(jìn)行網(wǎng)上數據交換，如可以運用WinCC 的客戶(hù)機/服務(wù)器方式，或WinCC 的Web 瀏覽器功能等等，為將來(lái)用戶(hù)廠(chǎng)的聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)管理提供多種選擇。  

    一臺移動(dòng)式的TP170B 操作面板，通過(guò)C 或D 設備上的ET200M 接口模板IM153 上的PROFIBUS 3通接頭直接聯(lián)接到系統的PROFIBUS 網(wǎng)上，對網(wǎng)上的任何一臺C 設備或D 設備進(jìn)行手動(dòng)操作，使調試人員能在設備邊上直接進(jìn)行手動(dòng)調試。TP170B 上集成了生產(chǎn)線(xiàn)上所有A、C、D 各設備的手動(dòng)調試畫(huà)面，因此一臺TP170B 可完成所有設備的手動(dòng)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(gè)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(mǎn)足要求。  

    系統控制軟件中的一個(gè)重要部分是完成用戶(hù)的多種工藝選擇要求。如圖1所示，紡織廠(chǎng)根據自己產(chǎn)品的工藝要求可以隨意組建生產(chǎn)線(xiàn)。如可以只購買(mǎi)A、B、C、D 各1 套設備及若干E 設備組成1條生產(chǎn)線(xiàn)；或購買(mǎi)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(xiàn)；或購買(mǎi)1 套A 設備，B、C、D 設備各2 套，在運行時(shí)可自由選擇是否開(kāi)1 套C 設備，或同時(shí)開(kāi)2 套C 設備等等。而生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)廠(chǎng)家為保證產(chǎn)品管理的統一性，要求只用一套控制軟件來(lái)完成生產(chǎn)線(xiàn)各種可能的配置的控制任務(wù)。也就是對他們的所有紡織廠(chǎng)用戶(hù)只提供一套控制軟件，由用戶(hù)自己在操作員站上設置生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)際配備。這就出現了一個(gè)問(wèn)題，即控制軟件必須包括生產(chǎn)線(xiàn)最大可能配置所有設備的控制任務(wù)以及組態(tài)配置，但當某個(gè)設備在生產(chǎn)線(xiàn)上實(shí)際不存在時(shí)，又必須保證整個(gè)PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò )運行不出現故障。西門(mén)子STEP7 軟件提供了一種方法可以通過(guò)用戶(hù)程序，使PROFIBUS 從站自由地從網(wǎng)上斷開(kāi)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(wǎng)絡(luò )故障，或I/0 尋址故障時(shí)，由CPU 直接調用。如果控制程序沒(méi)有包括這些組織塊，當系統網(wǎng)絡(luò )中有從站斷開(kāi)，CPU 會(huì )直接進(jìn)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(gè)系統標準塊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(dòng)時(shí)，如果是冷啟動(dòng)或暖啟動(dòng)，系統配置中的所有DP 從站被自動(dòng)激活。熱啟動(dòng)時(shí)，DP 從站保持原有狀態(tài)，即如果原來(lái)是激活狀態(tài)則保持激活，原來(lái)是禁止狀態(tài)則保持禁止。如前所述，生產(chǎn)線(xiàn)的控制程序及配置是唯一的，也就是配置是按照生產(chǎn)線(xiàn)可能的最大配置做的，如果實(shí)際的設備配置與控制軟件中不同，下載后CPU 會(huì )出現故障。因此，在生產(chǎn)線(xiàn)按裝完成第一次正常通電時(shí)，初始化程序將所有Slot 412 的PROFIBUS 從站通過(guò)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(guò)WinCC 人機界面軟件做出實(shí)際需要的配置?？刂瞥绦虼_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(dòng)時(shí)就會(huì )保持這種配置狀態(tài)，而無(wú)需再做激活或禁止工作。通過(guò)以上兩個(gè)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(guò)這個(gè)項目可以發(fā)現，隨著(zhù)PC 機及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在工業(yè)現場(chǎng)的快速發(fā)展，基于PC 的自動(dòng)化產(chǎn)品解決了傳統PLC 不足之處，它的大容量實(shí)時(shí)數據處理，大容量的系統資源，方便的網(wǎng)絡(luò )聯(lián)接，強大的可視化功能，快速的指令處理等能力，會(huì )使該類(lèi)產(chǎn)品在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中得到越來(lái)越多的應用。