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作者簡介：張蘇豫（1974-），工程師，碩士，就職于中國航空工業規劃設計研究院，研究方向為工業自動化，特別是熱處理、復合材料等設備自動化及測試系統。
摘 要：西門子自動化產品SIMATIC系列是目前市場上配置和功能最全的產品系列之一。本文涉及到鋁卷材退火生產線設備是新建生產設備，其控制系統應滿足工業爐設備群控的數據采集與現場監控的需要。我們采用西門子SIMATIC中的S7-400H、PROFIBUS、無線以太網、HMI產品、WINCC等的完美結合，并使其在該項目中得到了成功的應用。本文主要介紹S7-400H及PROFIBUS、無線以太網、HMI產品、WINCC等在鋁箔退火生產線中的具體應用。
關鍵詞： S7-400H；PROFIBUS；ET200M無線以太網
Abstract：Automation products of Siemens SIMATIC family is one of the products with the most complete configuration and functions in the current market.This article describes a new equipment，the production line of aluminum coil annealing equipment.Its control system meets the requirements of the group control of data acquisition and on-site monitoring of industrial furnace equipments.In our project，we successfully use the Siemens SIMATIC S7-400H，PROFIBUS，wireless Ethernet，HMI products，WINCC combination，etc.together.This paper mainly introduces the S7-400H and PROFIBUS，wireless Ethernet，HMI products，WINCC annealing，such as aluminum foil production line in the specific application.
Key words：S7-400H；PROFIBUS；ET200M；wireless Ethernet
1 前言
某企業新建一條鋁箔退火生產線，其系統由26臺退火爐、2臺雙向復合料車等組成。在控制系統的設計、制造上需采用成熟的技術，穩定可靠的儀器及設備，體現系統的先進性，同時要具有極高的穩定性和可靠性，系統抗干擾性強，能夠充分保障退火爐正常工作的狀況下監控的實時性、準確性，系統操作簡單、維護方便、實用性強、便于擴展、測量精確可靠。綜合考慮筆者采用西門子公司SIMATIC系列產品中的S7-400H、PROFIBUS總線系統、HMI、WINCC等產品構建控制系統。
2 方案概述
控制系統涵蓋退火過程的全部控制及信息傳輸，共有：退火爐控制系統、自動裝出料系統、上位管理機系統、以太網網絡系統等四個部分組成。其中退火爐控制系統和自動裝出料系統完成裝料、出料、加熱、冷卻等退火生產工序以及實施設定和采集工藝、運行參數、數據等功能。上位管理機系統通過網絡系統采集并存儲各爐生產信息、控制信息和報警信息，并向操作人員提供工況顯示、數據存儲查詢、報警維護等功能。
總體方案是基于工業以太網和工業現場總線設計的。監控數據及與三維復合料車通訊采用工業以太網，電氣控制系統采用PROFIBUS工業現場總線系統作為爐群控制系統的核心。采用雙S7-417H CPU硬件冗余方案以保證系統的穩定性和可靠性，控制系統的觸摸屏放在就地控制箱內，通過PROFIBUS與西門子S7-417H主站進行通訊。西門子S7-417H主站放在操縱間的操縱臺內，PLC各個分系統子站放在靠近被控對象的就地控制箱內，主站與各個子站通過PROFIBUS總線傳輸信號，這樣既減少了導線敷設的距離和工作量。又提高了整個控制系統的抗干擾能力，保證了系統測試參數的準確性和真實性，同時提高了控制系統的可擴充性。
3 系統構成及實現的功能
3.1 系統構成
系統由S7-417H構成冗余控制，由PROFIBUS構成分布式控制結構。每2臺爐子連入一個ET200M分布式冗余子站。輸送及其他外圍設備也連入ET200M分布式冗余控制子站。
系統與上位機的連接由通過交換機OSM連入CP1613以太網卡，上位機上運行SIMATIC NET軟件，該軟件提供OPC實時數據接口。
同時兩臺三維復合料車的數據通過西門子無線以太網通過交換機與S7-417H進行實時的數據交換，并且通過交換機與CP1613與上位機進行實時的數據交換。
系統結構如圖1所示。
圖1 系統結構圖
3.2 系統功能描述
3.2.1 總體功能
整個控制系統分為上、下位機兩部分。上位機用WINCC進行軟件組態。上位機作為人機界面，實時接收下位機傳送的數據，將各種溫度信號、機械傳動信號、報警數據、閥門的狀態顯示出來。下位機主要完成溫度跟隨、裝出料系統控制，自動完成進料、出料、加熱、冷卻等退火工序以及實施工藝設定和數據采集、運行參數、數據處理等功能。
3.2.2 溫度控制系統
溫度控制系統以SIEMENS S7-300系列功能模塊為控制核心，通過安裝在ET-200M工作站上的智能控制模板控制鋁箔退火爐的溫度區，通過智能控制模板選擇PID參數、工藝曲線、設定值、目標值、修正值。
主要功能：
·分別設定多段升降溫速率、保溫溫度及保溫時間。
·具有自適應，控制品質穩定可靠，并可顯示理論值和實際值。
·具備手動/自動調節功能。
·爐膛內每區的溫度可進行測量和記錄。
·根據系統的情況，修正熱電偶的誤差，以保證系統工作在同一個溫度層上，使爐溫的特性控制在最佳水平。
3.2.3 網絡特點
采用德國西門子公司的100M工業以太網絡技術，系統擴展性能和抗干擾性能良好，網絡線路采用光纜，組成冗余的光纖環網。網絡交換機留有冗余接口。
3.2.4 監控軟件組成
軟件采用西門子WINCC作為上位監控軟件，以彩色圖形畫面的方式直觀地顯示生產線全貌；可完成參數設置、參數顯示、過程模擬、報警、報表打印等功能的中文界面；采用人機交互方式，可對應用軟件的使用操作進行幫助；并具備在線工藝監控、遠程通訊技術支持等功能。
4 方案的優點
（1）本方案采用工業以太網為基礎構架組建控制系統。
（2）傳感器測得的數據通過以太網傳輸至工作站顯示，減少了現場導線敷設的工作量，同時提高了系統的抗干擾能力。
（3）控制系統以西門子SIMATIC程控器S7-400為控制核心，采用西門子觸摸屏作為人機界面，具有較強地運算能力和極高的可靠性。
（4）由了解被試對象的人員自行開發的系統更貼近用戶，軟件功能更實用、靈活，用戶界面友好，易于操作和學習。
（5）由于采用了西門子無線以太網卡技術因此大大提高了移動料車的工作范圍，沒有任何移動導線的敷設工作量。減少了故障點，提高了系統可靠性。
（6）本方案減少了導線的敷設工作量，又為將來系統的擴充提供了較好的靈活度，綜合考慮該方案的性價比較高，是一種比較理想的選擇。
——轉自《自動化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號