S7—300在電子銅箔行業工藝控制系統上的應用

王同

摘 要：S7-300是卓越的中、小型模塊化PLC系統，能夠滿足各種性能要求，適用于無論是簡單的還是復雜的系統，簡單實用的分布式I/O結構和強大的通訊能力，使得應用十分靈活。文章介紹了S7-300PLC在電子銅箔生產中電解液的制備中實行數字化和聯網監控，并從控制系統結構、主要功能特點、軟硬件配置等幾個方面分別進行了闡述。

關鍵詞：現場總線；PLC；WINCC視窗控制中心；分布式I/O

引言

電子銅箔的生產工藝為：溶解銅和生箔等，尤其是電解液設備和供液設備作為電子銅箔生產設備的重要構成，保證了整個生產環節中電解液的流量、壓力等參數值，確保這些參數值符合生產規定，從而生產出性能優異的銅箔。

因為整個生產環節涉及到的設備比較多，而且生產不集中，生產工藝繁冗復雜，而銅箔又屬于強腐蝕性化學品。因此為了保證生產安全和生產品質，利用自動化控制平臺在生產工藝方面就非常重要。

1 工藝及控制功能

電子銅箔的生產環節可以分成電解液制造、毛箔制造等。在文章中重點描述了PROFIBUS-DP在生箔和表面處理中關于控制設備的設計。

電解液制備：包括下料、溶解銅等。被操控的工具主要包括：循環槽、高位槽等，實現對電解液溫度、電解液流量和電解液濃度等操控和管理。

供液系統：CuSO4溶液制作好之后，接下來的工作就是關于生箔和表面處理，會利用到生箔機和表面處理機等設備。生箔機利用電解液來制成毛箔，表面處理機主要是對毛箔表面進行處置，會涉及到酸洗、防氧化等操作。主要涉及到溫度、酸堿度等參數上的設置和管理。

2 控制系統設計

利用三層結構的電腦檢測平臺，第1層代表的是監督層，西門子ET200S和變頻器作為檢測設備，實現對生產設施的監管；第2層是控制層，西門子S7-300可編程邏輯控制器作為控制層的重要構成，實現了對整個生產流程的自主監管；第3層是監視層，通過三臺電腦設備，加上監控系統，實現了對整個生產設備的自主監視和生產管理，比如生產工藝參數管理、生產總量計算、自動生成報告等。

在這3層中利用了PROFIBUS-DP等3種互聯網通信設備，遠程站點利用的是PROFIBUS-DP通信；變頻器的監控利用的是USS通信，由于變頻器容易出現諧波，并且受到其他條件影響，因此對變頻器利用USS通信網并將其和遠程PROFIBUS-DP分開，進一步提高了操控系統的可執行性。

2.1 現場監測層

現場監控層利用的是ET200S，屬于西門子遠程I/O分站，現場設備一共有四十臺，主要是對現場的溫度、流量、壓力等進行參數模擬，并且對生產現場的設備進行操控。所有遠程分站的工作都是在Profibus-DP Slave方式下進行的，任何一個遠程分站都設有相應的DI等。所有的變頻器全部都是西門子MM430系列，利用變頻器的自由接口，通過在變頻器中設置USS，實現變頻器和可編程邏輯控制器之間的通信，完成對生產設備的現場管理。

2.2 控制層

通過六套可編程邏輯控制器PLC完成了對整套控制設備的管理，這些可編程邏輯控制器屬于西門子S7-300系列產品，對Profibus-DP的CPU 315-2 PN/DP有兼容性，利用Profibus-DP的總線和USS設備，完成對控制系統的過程管理和邏輯管理。利用Ethernet網絡來完成局域網之間的數據傳送。任何一個站都設有DO等設備，實現對生產現場的管理，利用CP340和MM430變頻器實現通信功能。

2.3 監控層

監控主站使用的是戴爾電腦，其中兩個工作站是管理員平臺，一個工作站是工程師平臺。這三臺電腦和六套可編程邏輯控制器構成了S7-300可編程邏輯控制器局域網，利用西門子系列的WinCC視窗控制體系完成對生產流程的管理和監控，主要涉及到工藝參數監控、參數分析和參數保存，而且能自動改變參數值，提高生產技術；在參數運算公式上輸入多套銅箔生產參數值，提高了生產技術；同時對所有的生產設備實現報警保護、運行故障監控等，將生產設備在運行過程中的故障發生率降到最低。

3 硬件組態

三臺上位機，六個Profibus-DP主站、多個Profibus-DP從站加上生產設施；利用Profibus-DP總線實現了對全部主站和從站之間的鏈接，構成了一整套控制體系。

六個Profibus-DP主站分別是電解液生產設備，電解液供應設備等，這些生產設備之間互不影響，Profibus-DP從總站將這些生產設備區分，這些設備是監控網絡的現場生產設施。

利用USS協議完成了變頻器和所有主站的通信，實現變頻器和主站之間的數據互換；變頻器因為對安全性和數據準確性要求比較苛刻，因此變頻器在響應和自我檢測方面的性能非常卓越，加上CP340，建立了一套功能齊全的即時通訊網。CP340板塊在傳動設備和主站這三者之間，利用屏蔽雙絞線技術來完成信息的傳遞，而且傳遞距離影響傳遞速度的快慢。

4 軟件構成及組態

可編程邏輯控制器控制平臺和上位機人機界面平臺構成了整套操作軟件，其中STEP7-5.4及WINCC6.2為動態系統，利用STEP7-5.4實現軟件組態和代碼編寫，利用WINCC6.2實現對系統設備的監管，完成人機界面自動化運行。

4.1 控制層下位機PLC控制軟件

在該系統中下位機涉及到了和SIMATIC S7-300系列的代碼編寫對象STEP7，實現了對硬件組態、數據設置、文件測試等操作。一般情況下，組織版塊、功能板塊和數據版塊三者構成了用戶端程序。組織版塊來實現系統操作程序和應用程序的鏈接，對整個程序的執行起到了管理作用；功能板塊主要是子系統；數據版塊實現了數據的存取。當可編程邏輯控制器在上位機完成代碼編寫之后，這些代碼會自行下載到到CPU 315-2 PN/DP，并且由CPU 315-2 PN/DP對這些編碼來保存。所有從站的代碼都是由主站來管理的，主站負責從站的執行情況。在Profibus-DP網絡中，上位機和主站可編程邏輯控制器構成了DP，通過STEP7軟件對所有從站進行編碼設定，其中主站可編程邏輯控制器的編號為2；從站占號最小從3開始；其他占號分別是4、5……。假如從站的狀態顯示為ET200S，那么就不需要對從站進行任何代碼操作，只需要將模塊中的BUS開關跟從站編號設置成一致就可以了。

關于變頻器的操作，首要任務就是對功能塊的參數設置。主要包括：模塊類型、通信模塊等。利用對變頻器通信參數的設置，實現了從站跟主站之間的相互通信和數據傳遞功能。

4.2 上位機人機界面軟件

通過組態系統WINCC6.2提供的驅動代碼，利用以太網和下位機可編程邏輯控制器完成數據傳遞，主要包含數據信息搜集、數據傳遞等，這種模式的通信組態形成了一套完善的系統，提高了平臺的可運行性。利用人機界面，完成了對整個平臺的實時監控、參數設置等。

5 結束語

該系統實現了自動化操作，在數據搜集方面可行性強，管理的站點也比較多，系統運行穩定，安全性能高。利用主站對從站的通信管理，完成了電子銅箔溶液設備和供給設備的自動化管理。與此同時，在生產現場，DP總線的使用量并不大，降低了投資資金。通過實踐證明，西門子S7-300系列產品和技術在電子銅箔行業的生產線設備上，有著非常強的安全性能、使用性能等，同時該產品安裝方便，操作簡單。

參考文獻

[1]張運剛，宋小春，郭武強.從入門到精通：西門子S7-300/400PLC技術與應用[M].

[2]西門子（中國）有限公司.西門子MM430變頻器使用手冊[S].