西门子模块6ES7277-0AA22-0XA0保证

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导言

PROFIBUS作为一种总线标准，具有开放、化、不依赖于设备生产商等特点，由其构成的兼容网络系统，可 应用于不同的场合，分别是PROFIBUS-FMS，提供强有力的通信功能；PROFIBUS-DP，用于传感器和执行器级 的高速；PROFIBUS-PA，用于性较高的场 合，允许对设备进行的内部操作。

在制丝电控系统中，控制对象大部分为开关量点。现 场设备控制采用PROFIBUS-DP，主站间通讯一般采用 SIEMENS Industrial Ethernet，也可采用PROFIBUS- FMS。

本文中，我们将采用应用多的模式为例，即主站监控级网络采用SIEMENS Industrial Ethernet，设备级网络采用PROFIBUS-DP。

电控系统设备及结构配置

在现场级控制设备选型时，我们主要考虑在SIEMENS的PROFIBUS和另一家的总线中选择其一。因为制丝电控 系统主要是由电机控制回路组成，另外一家公司的技术要求每台电机控制作为其一个子站，成本要高出许多SIEMENS PROFIBUS-DP家族中ET200S的集成负载馈电器，将PLC的输入/出、端子模块、断路器和接触器结合在 一起，每个DP从站理论上多可控制20台电机(每个子站 的物理长度不能过1米，负载馈电器的物理宽度为45mm)。从这个意义上讲，ET200S是的选择。另外 一个原因就是目前行业中，控制系统应用多的还是SIEMENS公司产品。因此，现场级控制设备选型确定为ET200S产品。

按照制丝工艺要求，整条线划分为十二个工艺段，每个 工艺段由一组PLC控制。在每个工艺控制段PLC中，主站 采用S7-400产品，CPU选型为带内置DP口的CPU，其系统结构如图所示。

根据以上的设计原则，在某的制丝电控系统中，已成功应用了现场总线技术。我们共采用了8组PLC控制，现场设备控制采用 PROFIBUS-DP 模式，分别组成8 组PROFIBUS-DP网。共有电机类ET200S站点61个，普通 I/O站点81个,变频器站点67个，操作员站点8个，水份仪 站点18个，电子称站点18个，操作台站点7个。

系统特点

采用PROFIBUS技术后，与传统的电控系统比较，系统具 有以下几个特点：

·系统设计加方便、清晰负载馈电器的使用，免去了电机保护开关、接触器及与 PLC输入/出的大量原理图、接线图的设计，出图量大幅 度减少，ET200S模块化组件的使用，也使柜(箱)内布 线、设计为简便，加快了控制系统设计、生产周期。

·安装简单、快捷 在不采用任何工具的情况下，接口模块和端子模块卡在导轨上，完成接线后，电子模块、电源模块、负载馈电 器模块“即插即用”。

·组态、调试加容易 无须其他特殊软件，在S7软件包中，用鼠标拖拉即可完 成PROFIBUS-DP的组态。不需额外费用，设备故障就可通过总线报告，故障定位加方便。

·维护简单

划分子站和模块化组件的使用，以及强大的故障诊断能 力，都为日后设备维护带来大的便利。

·便于扩展和信息集成

PROFIBUS的使用将孤立的单元设备带进了信息化网络中, 为今后系统扩展和企业综合自动化的实现打下良好的基础。

·终用户工程造价降低

PROFIBUS技术的使用，节省了大量的线缆、桥架、端子 排、柜体等，培训和维护费用减少，这些都降低了工程总造价。下表显示了典型制丝线电控系统的材料使用比 较。

结论

PROFIBUS技术从99年开始就已成功应用于行业中了，特别是在江苏某的6000KG/H制丝管控系统中, 现场设备的控制全部采用了PROFIBUS技术，得到了用户 的高度评价。尤其是与传统集中控制比较，在系统设计、安装调试、维护及扩展方面都具有十分明显的优势。PROFI- BUS技术在行业的成功应用具有典型意义，为其他行业的自动化项目提供了一种理想的解决方案，应得到为广泛的推广。

一、项目简介
项目所在地为杭州的一家国内厂。某药厂新上了一个醇提项目，控制系统采用了SIEMENS S7 300系列的315-2DP。采用了分布式控制，PROFIBUS-DP协议。触摸屏采用了TP 270-10，子站采用了ET 200Is、ET 200M，上位机采用了DELL的台式机，通讯模块CP 5613，临控软件采了了WinCC。此生产线生产药品。
3、控制点数
大约有将近200个点。

二、系统介绍
1、目的简要工艺
用酒精来提取有用的药物，再将废酒精回收。
2、设计方案
由于洒精属于易爆物品，所以在设计方案时特别考虑了性。整个系统的点数大约有将近二百个，分布较分散，采用分布式控制将大大减少布线量，使系统的控制层次较为分明，故考虑了分布式控制。用户还要求能在现场操作，现场修改工作参数，采用触摸屏将非常方便，可以实现柔性化操作，但目前还没有防爆的触摸屏，故采用了正压防爆柜，将触摸屏放置在柜内，可用USB鼠标进行操作。还要求上位机监控。用户为了节约成本，阀门采用了气动阀门，将电磁阀放在区，再由PLC驱动，这样就不用本安型的电磁阀了。所以DO全部由ET 200M上的数字输出模块完成。SIEMENS的产品目前在国内应用非常普遍，口碑很好。人们信赖SIEMENS的产品，信赖MADE IN GERMAN。故终选用了SIEMENS的产品作为其控制系统。

三、控制系统构成
1、硬件配置
CPU：315-2DP；
触摸屏：TP 270-10；
I/O站：ET 200Is（包含了PS、IM、DI、AI、AO模块）,ET 200M（包含了
PS、IM、DO模块）；
总线隔离器：包含在ET 200iS的软件包里；
柜体：正压柜，隔爆柜，RITTAL的控制柜；
通讯卡：CP5613；
通讯模块：CP 343-1。
UPS：SANTAK电源；
开关电源：SITOP电源；
空气开关：5SX2系列；
液位变送器：雷达式、声波式、电容式、音叉式；
温度变送器：PT100；
流量变送器：转子式；
压力变送器：式、相对式；
阀门：气动式；

2、软件配置
软件：STEP 7 V5.2,PDM V5.2,Protool/PRO,WinCC V5.1；

3、ET 200iS简介
1）可直接挂在PROFIBUS-DP总线上。
2）安装安便，可直接安装在35 mm导轨上。模块化，可在线插拨，便于维护。
3）在通过PDM软件ET 200iS参数。
4）由于是本安型的，不用隔离栅，大大简化了接线，减少了故障。
5）可用PDM在线监测模块的运行状态，如和硬件配置软件综合用，效果好。

四、控制拓朴图
采用S7 300系列中的315-2DP作为控制器，通讯采用PROFIBUS-DP协议，CPU站、ET 200M站、PC站、还有一个TP270放在区，三个ET 200iS站放在危险区，经过总线隔离器通到三个ET 200iS的PROFIBUS-DP接口。每个站立地实现相应的功能。如下图所示：

五、控制系统完成的功能
1、完成的功能
该控制系统完成了客户要求，如手动/自动切换控制，现场信号的采集，流量的累加，对现场的监控。
2、难点
1）现场对防爆的要求，比如触摸屏如何安装在危险区，如何控制；
2）电磁阀的驱动（因为ET 200iS的DO是不能驱动非本安的电磁阀的）
3）通讯的问题（因为现场的各个站点的距离较远，有400多米，再加上用了总线隔离器，波特率不能太高，否则通讯不稳定）
4）由于现场未知的因数较多，这些因素都可能导致CPU停机，故应在CPU里加上一些相应的中断，以防止CPU停机，这样可以避免不由于现场的因累导致的停机，比如，热插拨、编程错误、电源问题，I/O错误等等。
5）ET 200iS对背板电流的限制。

六. 结束语
本系统在9月份投产以来，一直稳定运行，用户对SIEMENS的产品非常信赖

七. 应用体
1、ET 200iS由于是本安型的I/O站，所以省去了隔离栅，接线非常方便。整个系统看起来非常简洁。
2、可以用硬件配置软件在线监测I/O站，发现哪个模块出现了问题，再用PDM检测，就可以判断问题出在哪里。
3、S7 300的CPU可以在有故障的情况下继续运行（把需要的OB下载进去），这种特性非常适合现场调试，还不影响设备的运行，非常好。
4、采用了分布式设计，层次非常清楚。
5、软件采用了模块化设计，思路很清楚。
6、STEP 7有许多现成的软件模块，大大加快了调试的进度

冲压车间L6线是使用一台带液压垫的单动压机1400T(SEC)和另外四台单动压机600T(SE))对板料进行连续冲压来获得终的成形零件。由叉车将开卷线下好的板料上到生产线端的两个可移动拆垛小车上。板料由一台装有双料检测器的拆垛机器人进行拆垛，它将拆垛的板料放置在对上。板料在对上对中后由一台上料机器人抓起, 并将板料放到带液压垫的单动压机(SEC)里进行冲压. 压机间工位机器人将板料从SEC压机逐步运送每台单动压机（SE）里进行冲压直到线尾的后一台单动压机(SE)里。一个出线端机器人将已冲压好的零件从后一台单动压机(SE)里取出,然后放置在出料皮带机上. 出料皮带机将零件传送到操作人员处,由后者将零件放置在容器箱里

2.生产线的组成及功能

整条生产线主要由八台机器人、五台压机、两个拆垛小车和线尾出料皮带机组成，分为6个单元（生产线布局为下图一所示）。

单元1：由R61U和R61L机器人、两个拆垛工作台、板料对以及P60#压力机组成。负责板料的拆垛、板料的对中及对双动压机（60#压机）的上料及板料冲压成形。

单元2：由R62U和R62L机器人以及P61#压力机组成。负责在60#和61#压机之间上料和下料（带板料翻转）及零件冲压成形。

单元 3、4、5：分别由R63、R64、R65以及相对应的P62#压力机、P63#压力机和P64#压力机组成。负责在压机61#和64#压机之间上料和下料及零件冲压成形。

单元6：由R66机器人和线尾出料皮带机组成。负责为64#压机下料并传送零件到线尾出料皮带机。

3.自动化系统的组成

冲压车间L6线的整个自动化系统分为为两大部分。

1) 压力机部分的自动化：

压力机按照设备的组成一般可分为上横梁、滑块、底座、活动工作台、液压站和压机操作面板以及压机电柜等几部分。采用SIEMENS公司的S7-416-2DP PLC作为控制系统，通过Profibus总线将分布在各个组成单元的分布式I/O,编码器，变频器，直流调速器、MP370人机界面等连接起来。

2) 机器人自动化连线部分：

自动化连线由位于线TDL电柜的SIEMENS S7 416-2DP PLC作为控制系统, 通过PROFIBUS 总线连接管理分布在6个单元的ET200M、变频器、MP370人机界面、机器人以及通过DP/DP耦合器来和压机的PLC进行数据交换。

压机的自动控制系统经过多年的发展，已经形成了一个标准化的应用，而全自动机器人冲压线在国内的应用还不多，下面我将主要介绍机器人自动化连线部分。

三、机器人自动化连线控制系统的构成

机器人自动化连线电气控制系统采用全套德国西门子元器件。从空气开关、接触器到PLC、分布式I/O、HMI人机界面、变频驱动器等全部选用西门子器件，通过采用西门子PROFIBUS总线并结合西门子STEP 7编程软件的强大功能，轻松实现自动控制系统的、高性和易于维护，实现了西门子的全集成自动化解决方案。

通过在每个机器人SC4plus控制系统中配上作为Profibus-DP从站的DSQC352单元板，同时在S7 PLC PROFIBUS 网络上配置该单元，这样SIEMENC PLC 就可以和ABB机器人交换信息了。下面是一个ABB 机器人配置的实际例子：
EIO_UNIT:
-Name "SLAVE" -Type "d352" -Bus "BASE" -Digin 64 -Digout 64 -PollRate 50
-bbbbb "SLAVE_VALUES"
EIO_USER_SIGNAL = EIO_SIGNAL:
-Name "rdiProgNumP1" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 1
-Name "rdiProgNumP2" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 2
-Name "rdiProgNumP4" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 3
-Name "rdiProgNumP8" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 4
-Name "rdiProgNumP16" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 5
-Name "rdiProgNumP32" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 6
-Name "rdiProgNumP64" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 7
。。。
-Name "rdiNextProgP128" -Type "DI" -Unit "SLAVE" -Phsig 64
由上例可见，该单元共配置64个输入/输出，对每个输入/输出定义变量名后，就可以在机器人中系统中使用这些输入/输出。这样S7 PLC 的输出就对应着相应的ABB机器人的输入，同理ABB机器人的输出对应相应的S7 PLC的输入。

四、 控制系统完成的功能

1.该自动化连线装置主要实现以下功能:
- 冲压线自动化的一般功能

Ø 包括拆垛小车的运行管理、线尾皮带机运行管理。由于线尾皮带机采用了变频调速，因此皮带机的速度按工艺要求进行调整。即在MP370上输入所需要的速度后，S7 PLC 就可以通过Profibus将所设定的参数发送给变频器，变频器就可以驱动电机按新的设定值进行运转。从而实现了针对不同尺寸的零件调整皮带机速度的功能。

Ø 信号指示灯的管理，分别管理线操作台指示灯和单元指示灯。通过不同的指示灯的显示，可以很方便的知道生产线所处的状态，线操作台指示灯分为6个状态，状态指示见下表：

部件标签名称状态/动作功能
N°1 指示灯 冲压线自动闪烁冲压线初始条件Ok (单元1到6已经OK，等待 DCY)
保持亮冲压线自动运行(DCY)
N°2 指示灯 白色冲压线清空闪烁正在请求清空
保持亮冲压线已经清空
N°3 指示灯 红色冲压线故障闪烁冲压线门打开或没有重新锁定
保持亮导致生产线停止的故障
N°4 指示灯 橙色批次换闪烁请求批次换
保持亮正在换批次中
N°5 指示灯 蓝色质检停止保持亮冲压线处于质检停止中
N°6 指示灯 橙色废料线停止保持亮地下室废料线已停止运行


Ø生产参数管理，在生产线的个显示屏上能够显示当前生产零件的批次号, 每班生产零件数量, 生产的小时节拍, 冲压线的瞬时节拍, 以及换批次时间.位于冲压线线尾的二个显示屏仅显示当班生产的零件数量。两个显示屏都连接在PROFIBUS总线上，因此可以很方便的实现数据的新.
Ø包括压机发给机器人的下料允许、零件在压机内、零件已冲压等信号以及机器人发给压机的上下料确认、机器人在压机范围外和启动压机下压等信号。
- 工艺参数的存储和自动换模功能
Ø所有生产零件的工艺参数均存放在MP370的配方当中，维修人员可以通过ProSave将配方保存在电脑中，另外也在PROTOOL中设计了相应的功能键可以将配方组直接存储在CF卡上。这样当换一个新的MP370后就可以直接将配方数据导入而不需要再次输入工艺参数了。当需要全线自动换模时，通过MP370页面上功能，在MP370内的零件表中选择需要生产的零件号，发送全线换模命令，生产线即开始自动换模。机器人的参数、压机的工艺参数全部自动调整和换。下图是在HMI上的换模页面
Ø包括单元的请求进入、循环结束停止、质量检查停止和冲压线排空等各种情况的处理
- 冲压连线的故障和报警的管理
Ø由于在项目中使用SIEMENS的PDAIG软件，提高了STEP 7标准软件采用LAD/STL/FBD语言在处理诊断功能方面的能力，这个诊断处理功能能够监视生产过程，察觉使用过程中的出现故障并提供相应的故障的ID和相关联的值发送到相连接的HMI操作面板上，通过在HMI上的诊断页面，就可以查应的发生故障的程序段和了解故障发生的原因。另外本项目还增加了相应的Profibus总线的诊断功能。
- 总之, 整条生产线自动运行的所有过程.

2.项目中的部分特殊功能的实现。

这次在项目中还使用了网络诊断功能，它是采用了SIEMENS公司诊断型中继器（Diagnostics Repeater）来实现的。诊断型中继器除拥有普通中继器的网段扩展功能外，还具有PROFIBUS网络监控功能，当PROFIBUS网络物理介质出错时，它可快速定位故障发生的地点及故障性质，包括：PROFIBUS中A线或B线断路/与屏蔽层间的短路、终端电阻缺失或无效的级联深度、网段节点过多或距离出通信范围等。

在STEP 7程序中调用FB125及其背景数据块DB125可以诊断系统中站点和模块的错误，FB125/DB125须由OB1/OB82/OB86进行调用。
FB125在OB1/OB82/OB86中调用程序如下：
CALL "DETAIL_DP_DIAG" , "DETAIL_DIAG_DB" // 调用FB125/DB125
DP_MASTERSYSTEM := // DP主站的个数
EXTERNAL_DP_INTERFACE:= // CPU集成的DP接口
MANUAL_MODE := // 手动/自动 模式选择
SINGLE_STEP_SLAVE := // 转到下一个出错的DP从站
SINGLE_STEP_ERROR := // 转到正在显示的DP从站的下一个错误
RESET := // 系统初始化
SINGLE_DIAG := // 读DP从站的诊断
SINGLE_DIAG_ADR := // 设置单诊断的从站地址
ALL_DP_SLAVES_OK := // 系统中从站运行正常否
SUM_SLAVES_DIAG := // 出错的从站的数目
SLAVE_ADR := // 出错的从站的
SLAVE_STATE := // 从站状态
SLAVE_IDENT_NO := // 与SLAVE_ADR想关联
ERROR_NO := // 与SLAVE_ADR对应的错误故障信息
ERROR_TYPE := // 故障类别
MODULE_NO := // 与SLAVE_ADR相对应的模块编号
MODULE_STATE := // 与SLAVE_ADR相对应的模块状态
CHANNEL_NO := // 与SLAVE_ADR相对应的模块的通道编号
CHANNEL_TYPE := // 与SLAVE_ADR相对应的通道类型
CHANNEL_ERROR_CODE := // 与SLAVE_ADR相对应的通道的错误信息码
CHANNEL_ERROR_INFO_1 := , ; // 与SLAVE_ADR相对应的通道的错误类型1
CHANNEL_ERROR_INFO_2 := // 与SLAVE_ADR相对应的通道的错误类型2
DIAG_COUNTER := // 显示的DP从站的总数
DIAG_OVERFLOW := // 诊断DP从站的总数大于32个，需执行RESET
BUSY := // FB125正在诊断DP系统

网络错误在MP370上的显示是标准页面，这些页面可从PROTOOL标准库中进行拷贝应用.

五 、结束语

由于采用了SIEMENS公司S7-400系列PLC及其相应的Profibus总线，使得整个自动化系统功能强大，，操作灵活，减轻了工人的劳动强度，减少了设备运行时的故障率，提高了劳动生产效率和自动化管理水平，提高了神龙公司在激烈市场竞争中的到位。同时这也是SIEMENS公司自动化产品在神龙公司设备项目改造中应用的又一成功范例。