在选择控制系统时,最初有两种设计方案:第一种设计方案如图二:

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。第二种设计方案如图三:
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。最终的设计方案如图四:

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