設(shè)計(jì)了基于 S7-200 SMART 的化成生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)架構(gòu)、硬件選型及軟件設(shè)計(jì)方案。在通信方面， S7-200 SMART 通過(guò)自由口通訊的方式采集一條生產(chǎn)線上的所有儀表的數(shù)據(jù)，然后再通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)的方式把所有生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、高效，很好地滿足了客戶需求。

　　化成生產(chǎn)線是將陽(yáng)極電蝕鋁箔置于化成液中，利用電氣化學(xué)原理，使陽(yáng)極電蝕鋁箔表面生產(chǎn)氧化膜，此過(guò)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(jī)是化成生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的控制中樞，其控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 1 所示。它是由數(shù)據(jù)采集從站和數(shù)據(jù)主站構(gòu)成的。

　　(1)數(shù)據(jù)采集從站

　　本系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)車間 22 條生產(chǎn)線、高壓、低壓及外圍設(shè)施采用數(shù)據(jù)采集從站對(duì)信號(hào)進(jìn)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(hù)模塊。

　　系統(tǒng)能監(jiān)視、記錄鋁箔生產(chǎn)線重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)負(fù)責(zé)目前生產(chǎn)線需要采集的最多 45 個(gè)數(shù)字表頭的數(shù)據(jù)。

　　每個(gè)采集從站可擴(kuò)展一個(gè) 485 接口，可以和其它設(shè)備進(jìn)行 MODBUS 通訊。模塊采集數(shù)據(jù)可通過(guò) PLC 的以太網(wǎng)接口將所有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳送至上位機(jī)。

　　(2)數(shù)據(jù)采集主站

　　1.上位機(jī)采用臺(tái)式電腦作為監(jiān)控主機(jī)，可儲(chǔ)存數(shù)年的歷史數(shù)據(jù)。

　　2.對(duì)于各種持續(xù)的數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線的方式直觀顯示，作為衡量生產(chǎn)線性能的依據(jù)。

　　3.所有故障報(bào)警及預(yù)置目標(biāo)值(SV 值)修改均有記錄。

　　4.通過(guò)終端程序和雙網(wǎng)卡將工廠的局域網(wǎng)和工廠監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)分開，保證現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的安全與高效。客戶可通過(guò)外網(wǎng)隨時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

　　方案確定

　　本項(xiàng)目中采用西門子 S7-200 SMART PLC 作為主控制器，采用上位機(jī)的顯示器作為人機(jī)交互接口。S7-200 SMART 的 CPU 集成了以太網(wǎng)接口和 1 個(gè) RS485 接口。RS485 通信口支持自由口通信，以太網(wǎng)接口不僅支持程序調(diào)試功能，還能與觸摸屏和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，輕松組網(wǎng)。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(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求。

　　本系統(tǒng)采用 CPU SR40 采集生產(chǎn)線上所有儀表的數(shù)據(jù)，然后再把所有 PLC 的數(shù)據(jù)都通過(guò)以太網(wǎng)傳送給上位機(jī)，每個(gè) CPU 均配備了 RS485 通信板。CPU SR40 具有 24 點(diǎn)輸入，16 點(diǎn)輸出，支持自由口通信，完全可以滿足化成生產(chǎn)線的控制要求。

　　軟件開發(fā)

　　(1)化成電源控制程序

　　通過(guò)采集電源的狀態(tài)、電壓、電流等數(shù)據(jù)和上位機(jī)的控制，做一個(gè)調(diào)節(jié)的閉環(huán)的自動(dòng)化控制。

　　(2)化成線通信程序

　　PLC 不僅要采集生產(chǎn)線上所有儀表和狀態(tài)信號(hào)，而且要接收上位機(jī)下達(dá)的控制任務(wù)。在一個(gè)化成生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)中，PLC 與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通信很關(guān)鍵，否則會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率及安全。影響實(shí)時(shí)通信的因素有：通信儀表的數(shù)量、通信波特率、通信介質(zhì)、通信協(xié)議及通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。

　　其中 RS485 自由口通信協(xié)議及程序的實(shí)現(xiàn)尤其重要。由于 AIBUS 通信協(xié)議中主站對(duì)從站的讀寫操作是分開的，在監(jiān)控系統(tǒng)中，主站不僅需要得到化成電源的實(shí)時(shí)狀態(tài)，還需要把控制任務(wù)實(shí)時(shí)發(fā)送到化成電源，在化成電源數(shù)量比較多的系統(tǒng)中，如果采用讀寫操作分開的通訊協(xié)議，那么通信的實(shí)時(shí)性就會(huì)明顯降低。

　　本項(xiàng)目為了達(dá)到操作的實(shí)時(shí)性，采用了一次發(fā)送和接收的方式，提高了通信效率。

　　參考 AIBUS 協(xié)議，通過(guò)自由口協(xié)議編寫的控制和通信程序?qū)崿F(xiàn)了類似的功能和工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了同時(shí)操作多臺(tái)電源的控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　應(yīng)用體會(huì)

　　S7-200 SMART 控制器可擴(kuò)展至 2 個(gè) RS485 通信口，均支持自由口通信，很好地滿足了化成生產(chǎn)線對(duì) RS485 通信口的數(shù)量要求。同時(shí)，本地集成的以太網(wǎng)口支持編程調(diào)試、觸摸屏通訊等功能，使用 1 根網(wǎng)線就可以實(shí)現(xiàn)編程調(diào)試工作，不必走到每臺(tái) PLC 旁邊去調(diào)試程序，從而提工作效率。

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