采用西门子PLC控制的自动化生产线案例.doc

　一、 引言

　　上海大众汽车有限公司引进的德国SCHULER 6000KN大型自动化冲压线主要用来生产PASSAT轿车4门2盖等中型冲压件，平均冲次可达6.7次/分钟。SCHULER冲压线主要由6个压机单元和6个机械化单元组成，压机单元主要用来进行料片冲压，机械化单元主要采用吸盘方式进行料片拆垛、压机之间料片传送等任务。

　　SCHULER自动化压机线的控制设备采用先进的西门子控制设备，整个自动化控制网络分为两级，第一级为基础自动化网络，它主要包括现场层 SIEMENS 可编程控制器SIMATIC H1网络和操作员工作站WINCC网络；第二级为服务器控制管理层网络。

　　SCHULER压机线的整个工业控制网络系统较为复杂，由环形拓扑结构、星形拓扑结构、总线形拓扑结构三种拓扑结构类型的工业控制网络组合而成。

　　二、基础自动化网络

　　2.1 现场层网络

　　SCHULER 压机线现场层控制采用PLC和PROFIBUS现场总线控制。每个压机单元和机械化单元各采用独立的PLC控制，PLC采用西门子S5-115U可编程控制器，整条压机线共使用了12个PLC进行控制。

　　2.1.1 PLC H1 网络

　　服务器与现场层PLC通讯采用SIMATIC H1以太网络，CSMA/CD协议，光缆介质，通信速率为10Mbps，环形拓扑结构。每单元PLC都配置有CP1430通讯模块，通过相应的OLM（光电转换模块）上网通讯，服务器内置CP1413通讯模块通过第一单元OLM模块与PLC H1网通讯。在此服务器起到参数的上传／下送作用，它与PLC之间的数据交换通过DDF（动态数据交换）来进行。
使用光纤网不仅满足了高速大容量的数据交换，也大大增强了抗外界电磁场干扰以及抗泄漏的性能，环形结构的好处是一旦光纤网链路发生断裂，仍可保持通信；此外，它完全与电位无关地运行，不必花费昂贵的等电位连接费用，且大大增强了网络的可靠性。

　　 2.1.2 PROFIBUS 总线

　　 PLC与现场设备的通迅采用西门子公司的PROFIBUS－DP现场总线，PROFIBUS－DP总线是一种全分布式现场总线型现场控制网络，它通过ET200分布式输入／输出系统与现场设备之间实现双向串行多节点数字通信。单个分散的现场设备通过PROFIBUS总线连接成可以相互沟通信息、共同完成控制任务的网络系统和控制系统，形成控制功能彻底下放到现场的全分布网络集成式新型控制系统，它大大简化了现场布线并节省了安装费用。

　　 ET200分布式输入／输出系统采用主栈和从栈结构 , 主栈在总线上向从栈发送数据并向从栈索取数据 , 从栈只有当主栈发出请求时才能与主栈进行数据交换。

　　 在本控制系统的PROFIBUS现场总线中，内置总线接口控制板IM308-C的PLC作为总线的主栈，ET200 输入／输出模块作为总线的从栈，总线传输介质为屏蔽双绞线，PLC通过PROFIBUS-DP实现对现场设备的控制。

　　 2.2 操作员工作站WinCC网络

　　 操作员工作站通信网络采用10BASE-T以太网，TCP/IP开放协议，光缆介质，通信速率为10Mbps ，环形拓扑结构，具体配置为：每个压机单元各附有前后2个操作员工作站，SCHULER自动化压机线共有12个操作员工作站，工作站内置3COM网卡通过TPTR（以太网接口）及相应的OLM（光电转换模块）模块与以太网通讯，第一单元的OLM模块通过双绞线与HUB（中央集线器）相连，服务器内置3COM网卡与HUB相连，从而实现服务器与操作员工作站以太网络的通讯。

　　 2.2.1 WinCC 组态软件

　　 操作员站的人机界面的画面组态采用西门子公司的SIMATIC WinCC 4 .0工控组态软件。SIMATIC WinCC（Windows Control Center）是西门子公司开发的全32位的分布自动化控制组态软件，WinCC 作为一个监控组态软件具有强大功能以及高度开放性，可使用户设计出界面良好的、功能完善的监控系统；且由于它能在Windows标准环境下利用各Windows的便利功能，可大为缩短开发生成过程软件包的时间。WinCC软件主要包括数据采集和数据管理2个基本功能。数据采集是指从现场采集数据并进行相应处理，采集主要由作为现场控制站的PLC完成。数据管理是把从现场得到的数据进行处理后并把它送到服务器的数据库以及由数据库访问函数读取数据然后再送到应用中去。
2.2.2 WinCC网络

　　 在本系统中，服务器作为WinCC的Server，也作为SQL（结构化查询语言）Server（数据库服务器），它包括有运行数据库和工程数据库。现场数据经PLC通过服务器送到WinCC中进行采集和管理，经处理后，送到服务器的运行数据库；所有的模具及生产数据都储存在SQL服务器的工程数据库中，SQL服务器经过以太网连接到生产线的WinCC操作员站上，模具生产数据和现场数据在服务器或操作员站上以图形方式显示出来，实现监控。在生产时，模具作业在选定后，WinCC操作站收到从SQL服务器来的模具生产所需要的生产数据，然后启动生产过程。数据库总计可存有1000套模具数据，随时可以检索。

　　 操作人员通过分别设在冲压线6个压机单元上的12个操作员站的WinCC人机界面可以监视每个压机单元及机械化单元的工作状态及故障报警显示，并可进行模具数据转换及生产数据设定等操作。

　　 三、控制管理层网络

　　 压机线服务器通过10BASE-T中央集线器（HUB）与路由器（ROUTER）及操作员站以太网和PMS（压机生产管理系统）连成控制管理层星形网络

　　 3.1 网络操作平台

　　 服务器与操作员站采用服务器／客户机网络结构进行通讯。服务器的操作平台是WinNT Server 4.0中文操作系统，操作员站的操作平台是Win NT Workstation 4 .0中文操作系统。WinNT操作平台具有安全性、可靠性、多任务性等特点，并具有较好的软件兼容性，支持绝大多数Windows应用软件，为用户的工作提供很大的便利。

　　 3.2 网络安全技术

　　 服务器作为SCHULER压机控制网络的中枢，服务器安全对保障整个压机线工业网络安全具有十分重要的意义，服务器采用硬件RAID（磁盘阵列）技术。

2.2.2 WinCC网络

　　 在本系统中，服务器作为WinCC的Server，也作为SQL（结构化查询语言）Server（数据库服务器），它包括有运行数据库和工程数据库。现场数据经PLC通过服务器送到WinCC中进行采集和管理，经处理后，送到服务器的运行数据库；所有的模具及生产数据都储存在SQL服务器的工程数据库中，SQL服务器经过以太网连接到生产线的WinCC操作员站上，模具生产数据和现场数据在服务器或操作员站上以图形方式显示出来，实现监控。在生产时，模具作业在选定后，WinCC操作站收到从SQL服务器来的模具生产所需要的生产数据，然后启动生产过程。数据库总计可存有1000套模具数据，随时可以检索。

　　 操作人员通过分别设在冲压线6个压机单元上的12个操作员站的WinCC人机界面可以监视每个压机单元及机械化单元的工作状态及故障报警显示，并可进行模具数据转换及生产数据设定等操作。

　　 三、控制管理层网络

　　 压机线服务器通过10BASE-T中央集线器（HUB）与路由器（ROUTER）及操作员站以太网和PMS（压机生产管理系统）连成控制管理层星形网络。

　　 3.1 网络操作平台

　　 服务器与操作员站采用服务器／客户机网络结构进行通讯。服务器的操作平台是WinNT Server 4.0中文操作系统，操作员站的操作平台是Win NT Workstation 4 .0中文操作系统。WinNT操作平台具有安全性、可靠性、多任务性等特点，并具有较好的软件兼容性，支持绝大多数Windows应用软件，为用户的工作提供很大的便利。
　　 3.2 网络安全技术
　　 服务器作为SCHULER压机控制网络的中枢，服务器安全对保障整个压机线工业网络安全具有十分重要的意义，服务器采用硬件RAID（磁盘阵列）技术。
2.2.2 WinCC网络
　　 在本系统中，服务器作为WinCC的Server，也作为SQL（结构化查询语言）Server（数据库服务器），它包括有运行数据库和工程数据库。现场数据经PLC通过服务器送到WinCC中进行采集和管理，经处理后，送到服务器的运行数据库；所有的模具及生产数据都储存在SQL服务器的工程数据库中，SQL服务器经过以太网连接到生产线的WinCC操作员站上，模具生产数据和现场数据在服务器或操作员站上以图形方式显示出来，实现监控。在生产时，模具作业在选定后，WinCC操作站收到从SQL服务器来的模具生产所需要的生产数据，然后启动生产过程。数据库总计可存有1000套模具数据，随时可以检索。
　　 操作人员通过分别设在冲压线6个压机单元上的12个操作员站的WinCC人机界面可以监视每个压机单元及机械化单元的工作状态及故障报警显示，并可进行模具数据转换及生产数据设定等操作。
　　 三、控制管理层网络
　　 压机线服务器通过10BASE-T中央集线器（HUB）与路由器（ROUTER）及操作员站以太网和PMS（压机生产管理系统）连成控制管理层星形网络。
　　 3.1 网络操作平台
　　 服务器与操作员站采用服务器／客户机网络结构进行通讯。服务器的操作平台是WinNT Server 4.0中文操作系统，操作员站的操作平台是Win NT Workstation 4 .0中文操作系统。WinNT操作平台具有安全性、可靠性、多任务性等特点，并具有较好的软件兼容性，支持绝大多数Windows应用软件，为用户的工作提供很大的便利。
　　 3.2 网络安全技术
　　 服务器作为SCHULER压机控制网络的中枢，服务器安全对保障整个压机线工业网络安全具有十分重要的意义，服务器采用硬件RAID（磁盘阵列）技术。
服务器采用DPT-RS3W RAID（磁盘阵列）站，外置的RAID硬盘柜把所有的RAID处理智能化统一到嵌在外置磁盘子系统的控制器中，全部的子系统通过一个 SCSI 控制器联到主机上，RAID磁盘柜包括有3个硬盘：2个为镜像硬盘，1个为热备份硬盘。在服务器系统采用磁盘镜像（RAID 1）技术 , 服务器在处理数据时，同样的数据写在两个镜像硬盘中 , 虽然数据冗余性较高，但由于并行处理两个磁盘，数据传输速率高，并提供了数据的高可信度；若工作中，一个硬盘在工作中发生故障，热备份硬盘会自动替换坏的硬盘，并且数据立刻从镜像硬盘拷贝到热备份硬盘上，系统在热备份硬盘上自动进行重建，从而磁盘阵列得到恢复，这样就大大提高了服务器网络系统运行的安全性，保障了生产的正常进行。
　　 3.3 PMS系统
　　 为了更好实现对压机线的生产控制，压机线安装PMS系统（Rress Management System压机生产管理系统），用于跟踪压机的生产情况及制定生产计划，系统通过CP1413网卡与PLC H1网络进行通讯，从PLC中获得数据进行数据采集，并将获得信息自动进行统计归类，从而获得压机线产量、生产时间、故障内容及时间的内容，为车间生产调度和管理提供参考。
　　 3.4 远程诊断
　　 服务器上装有PC Anywhere远程控制软件及ISDN系统实现系统的远程诊断功能。PC Anywhere是一个由赛门铁克公司出品的32 位双机互连工具，运行于 Win NT 平台之下，它可以通过网络或电话线实现计算机的远程遥控连接，使主控方能使用被控制方计算机的程序，同时还可以在两台PC 间传送数据。
　　 由于远程诊断数据交换量较大，服务器接入Internet采用Router（路由器）连接ISDN（综合业务数字网）系统方式进行，ISDN数据传输速率较高，可达128kbps，保证了远程诊断的顺利进行。
　　 四、结束语
　　 SCHULER自动化压机线的工业控制网络采用了许多较新的技术，压机线正常生产以来，网络运行十分稳定 ，保证了压机线的高效生产。SCHULER压机自动化线的工业网络技术对于国内工业网络建设及应用也有许多参考之处。