采用西门子PLC控制的自动化生产线案例

1、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。SCH

2、ULER 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 SIMA TIC 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

3、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PROFIBUSDP 现场总线， PR

4、OFIBUS 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

5、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

6、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。 SIMA TIC 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。 W

7、inCC 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

8、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（RO

9、UTER ）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 R

10、AID （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

11、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

12、 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

13、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，

14、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

15、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

16、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