S7—300在電子銅箔行業(yè)工藝控制系統(tǒng)上的應(yīng)用

王同

摘 要：S7-300是卓越的中、小型模塊化PLC系統(tǒng)，能夠滿足各種性能要求，適用于無(wú)論是簡(jiǎn)單的還是復(fù)雜的系統(tǒng)，簡(jiǎn)單實(shí)用的分布式I/O結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的通訊能力，使得應(yīng)用十分靈活。文章介紹了S7-300PLC在電子銅箔生產(chǎn)中電解液的制備中實(shí)行數(shù)字化和聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，并從控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、主要功能特點(diǎn)、軟硬件配置等幾個(gè)方面分別進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線；PLC；WINCC視窗控制中心；分布式I/O

引言

電子銅箔的生產(chǎn)工藝為：溶解銅和生箔等，尤其是電解液設(shè)備和供液設(shè)備作為電子銅箔生產(chǎn)設(shè)備的重要構(gòu)成，保證了整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中電解液的流量、壓力等參數(shù)值，確保這些參數(shù)值符合生產(chǎn)規(guī)定，從而生產(chǎn)出性能優(yōu)異的銅箔。

因?yàn)檎麄€(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)涉及到的設(shè)備比較多，而且生產(chǎn)不集中，生產(chǎn)工藝繁冗復(fù)雜，而銅箔又屬于強(qiáng)腐蝕性化學(xué)品。因此為了保證生產(chǎn)安全和生產(chǎn)品質(zhì)，利用自動(dòng)化控制平臺(tái)在生產(chǎn)工藝方面就非常重要。

1 工藝及控制功能

電子銅箔的生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以分成電解液制造、毛箔制造等。在文章中重點(diǎn)描述了PROFIBUS-DP在生箔和表面處理中關(guān)于控制設(shè)備的設(shè)計(jì)。

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(huán)槽、高位槽等，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(tǒng)：CuSO4溶液制作好之后，接下來(lái)的工作就是關(guān)于生箔和表面處理，會(huì)利用到生箔機(jī)和表面處理機(jī)等設(shè)備。生箔機(jī)利用電解液來(lái)制成毛箔，表面處理機(jī)主要是對(duì)毛箔表面進(jìn)行處置，會(huì)涉及到酸洗、防氧化等操作。主要涉及到溫度、酸堿度等參數(shù)上的設(shè)置和管理。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

利用三層結(jié)構(gòu)的電腦檢測(cè)平臺(tái)，第1層代表的是監(jiān)督層，西門子ET200S和變頻器作為檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)施的監(jiān)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(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程的自主監(jiān)管；第3層是監(jiān)視層，通過(guò)三臺(tái)電腦設(shè)備，加上監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的自主監(jiān)視和生產(chǎn)管理，比如生產(chǎn)工藝參數(shù)管理、生產(chǎn)總量計(jì)算、自動(dòng)生成報(bào)告等。

在這3層中利用了PROFIBUS-DP等3種互聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)備，遠(yuǎn)程站點(diǎn)利用的是PROFIBUS-DP通信；變頻器的監(jiān)控利用的是USS通信，由于變頻器容易出現(xiàn)諧波，并且受到其他條件影響，因此對(duì)變頻器利用USS通信網(wǎng)并將其和遠(yuǎn)程PROFIBUS-DP分開(kāi)，進(jìn)一步提高了操控系統(tǒng)的可執(zhí)行性。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)層

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層利用的是ET200S，屬于西門子遠(yuǎn)程I/O分站，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一共有四十臺(tái)，主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溫度、流量、壓力等進(jìn)行參數(shù)模擬，并且對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行操控。所有遠(yuǎn)程分站的工作都是在Profibus-DP Slave方式下進(jìn)行的，任何一個(gè)遠(yuǎn)程分站都設(shè)有相應(yīng)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(guò)在變頻器中設(shè)置USS，實(shí)現(xiàn)變頻器和可編程邏輯控制器之間的通信，完成對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)管理。

2.2 控制層

通過(guò)六套可編程邏輯控制器PLC完成了對(duì)整套控制設(shè)備的管理，這些可編程邏輯控制器屬于西門子S7-300系列產(chǎn)品，對(duì)Profibus-DP的CPU 315-2 PN/DP有兼容性，利用Profibus-DP的總線和USS設(shè)備，完成對(duì)控制系統(tǒng)的過(guò)程管理和邏輯管理。利用Ethernet網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成局域網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳送。任何一個(gè)站都設(shè)有DO等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管理，利用CP340和MM430變頻器實(shí)現(xiàn)通信功能。

2.3 監(jiān)控層

監(jiān)控主站使用的是戴爾電腦，其中兩個(gè)工作站是管理員平臺(tái)，一個(gè)工作站是工程師平臺(tái)。這三臺(tái)電腦和六套可編程邏輯控制器構(gòu)成了S7-300可編程邏輯控制器局域網(wǎng)，利用西門子系列的WinCC視窗控制體系完成對(duì)生產(chǎn)流程的管理和監(jiān)控，主要涉及到工藝參數(shù)監(jiān)控、參數(shù)分析和參數(shù)保存，而且能自動(dòng)改變參數(shù)值，提高生產(chǎn)技術(shù)；在參數(shù)運(yùn)算公式上輸入多套銅箔生產(chǎn)參數(shù)值，提高了生產(chǎn)技術(shù)；同時(shí)對(duì)所有的生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)報(bào)警保護(hù)、運(yùn)行故障監(jiān)控等，將生產(chǎn)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的故障發(fā)生率降到最低。

3 硬件組態(tài)

三臺(tái)上位機(jī)，六個(gè)Profibus-DP主站、多個(gè)Profibus-DP從站加上生產(chǎn)設(shè)施；利用Profibus-DP總線實(shí)現(xiàn)了對(duì)全部主站和從站之間的鏈接，構(gòu)成了一整套控制體系。

六個(gè)Profibus-DP主站分別是電解液生產(chǎn)設(shè)備，電解液供應(yīng)設(shè)備等，這些生產(chǎn)設(shè)備之間互不影響，Profibus-DP從總站將這些生產(chǎn)設(shè)備區(qū)分，這些設(shè)備是監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)施。

利用USS協(xié)議完成了變頻器和所有主站的通信，實(shí)現(xiàn)變頻器和主站之間的數(shù)據(jù)互換；變頻器因?yàn)閷?duì)安全性和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性要求比較苛刻，因此變頻器在響應(yīng)和自我檢測(cè)方面的性能非常卓越，加上CP340，建立了一套功能齊全的即時(shí)通訊網(wǎng)。CP340板塊在傳動(dòng)設(shè)備和主站這三者之間，利用屏蔽雙絞線技術(shù)來(lái)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(gòu)成及組態(tài)

可編程邏輯控制器控制平臺(tái)和上位機(jī)人機(jī)界面平臺(tái)構(gòu)成了整套操作軟件，其中STEP7-5.4及WINCC6.2為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，利用STEP7-5.4實(shí)現(xiàn)軟件組態(tài)和代碼編寫，利用WINCC6.2實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)管，完成人機(jī)界面自動(dòng)化運(yùn)行。

4.1 控制層下位機(jī)PLC控制軟件

在該系統(tǒng)中下位機(jī)涉及到了和SIMATIC S7-300系列的代碼編寫對(duì)象STEP7，實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件組態(tài)、數(shù)據(jù)設(shè)置、文件測(cè)試等操作。一般情況下，組織版塊、功能板塊和數(shù)據(jù)版塊三者構(gòu)成了用戶端程序。組織版塊來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作程序和應(yīng)用程序的鏈接，對(duì)整個(gè)程序的執(zhí)行起到了管理作用；功能板塊主要是子系統(tǒng)；數(shù)據(jù)版塊實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存取。當(dāng)可編程邏輯控制器在上位機(jī)完成代碼編寫之后，這些代碼會(huì)自行下載到到CPU 315-2 PN/DP，并且由CPU 315-2 PN/DP對(duì)這些編碼來(lái)保存。所有從站的代碼都是由主站來(lái)管理的，主站負(fù)責(zé)從站的執(zhí)行情況。在Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中，上位機(jī)和主站可編程邏輯控制器構(gòu)成了DP，通過(guò)STEP7軟件對(duì)所有從站進(jìn)行編碼設(shè)定，其中主站可編程邏輯控制器的編號(hào)為2；從站占號(hào)最小從3開(kāi)始；其他占號(hào)分別是4、5……。假如從站的狀態(tài)顯示為ET200S，那么就不需要對(duì)從站進(jìn)行任何代碼操作，只需要將模塊中的BUS開(kāi)關(guān)跟從站編號(hào)設(shè)置成一致就可以了。

關(guān)于變頻器的操作，首要任務(wù)就是對(duì)功能塊的參數(shù)設(shè)置。主要包括：模塊類型、通信模塊等。利用對(duì)變頻器通信參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了從站跟主站之間的相互通信和數(shù)據(jù)傳遞功能。

4.2 上位機(jī)人機(jī)界面軟件

通過(guò)組態(tài)系統(tǒng)WINCC6.2提供的驅(qū)動(dòng)代碼，利用以太網(wǎng)和下位機(jī)可編程邏輯控制器完成數(shù)據(jù)傳遞，主要包含數(shù)據(jù)信息搜集、數(shù)據(jù)傳遞等，這種模式的通信組態(tài)形成了一套完善的系統(tǒng)，提高了平臺(tái)的可運(yùn)行性。利用人機(jī)界面，完成了對(duì)整個(gè)平臺(tái)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置等。

5 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操作，在數(shù)據(jù)搜集方面可行性強(qiáng)，管理的站點(diǎn)也比較多，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，安全性能高。利用主站對(duì)從站的通信管理，完成了電子銅箔溶液設(shè)備和供給設(shè)備的自動(dòng)化管理。與此同時(shí)，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，DP總線的使用量并不大，降低了投資資金。通過(guò)實(shí)踐證明，西門子S7-300系列產(chǎn)品和技術(shù)在電子銅箔行業(yè)的生產(chǎn)線設(shè)備上，有著非常強(qiáng)的安全性能、使用性能等，同時(shí)該產(chǎn)品安裝方便，操作簡(jiǎn)單。

參考文獻(xiàn)

[1]張運(yùn)剛，宋小春，郭武強(qiáng).從入門到精通：西門子S7-300/400PLC技術(shù)與應(yīng)用[M].

[2]西門子（中國(guó)）有限公司.西門子MM430變頻器使用手冊(cè)[S].