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    摘  要：西门子自动化产品SIMATIC系列是目前市场上配置和功能最全的产品系列之一。本文涉及到铝卷材退火生产线设备是新建生产设备，其控制系统应满足工业炉设备群控的数据采集与现场监控的需要。我们采用西门子SIMATIC中的S7-400H、PROFIBUS、无线以太网、HMI产品、WINCC等的完美结合，并使其在该项目中得到了成功的应用。本文主要介绍S7-400H及PROFIBUS、无线以太网、HMI产品、WINCC等在铝箔退火生产线中的具体应用。

    关键词： S7-400H；PROFIBUS；ET200M无线以太网

    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

 

    某企业新建一条铝箔退火生产线，其系统由26台退火炉、2台双向复合料车等组成。在控制系统的设计、制造上需采用成熟的技术，稳定可靠的仪器及设备，体现系统的先进性，同时要具有极高的稳定性和可靠性，系统抗干扰性强，能够充分保障退火炉正常工作的状况下监控的实时性、准确性，系统操作简单、维护方便、实用性强、便于扩展、测量精确可靠。综合考虑笔者采用西门子公司SIMATIC系列产品中的S7-400H、PROFIBUS总线系统、HMI、WINCC等产品构建控制系统。

    控制系统涵盖退火过程的全部控制及信息传输，共有：退火炉控制系统、自动装出料系统、上位管理机系统、以太网网络系统等四个部分组成。其中退火炉控制系统和自动装出料系统完成装料、出料、加热、冷却等退火生产工序以及实施设定和采集工艺、运行参数、数据等功能。上位管理机系统通过网络系统采集并存储各炉生产信息、控制信息和报警信息，并向操作人员提供工况显示、数据存储查询、报警维护等功能。

    总体方案是基于工业以太网和工业现场总线设计的。监控数据及与三维复合料车通讯采用工业以太网，电气控制系统采用PROFIBUS工业现场总线系统作为炉群控制系统的核心。采用双S7-417H CPU硬件冗余方案以保证系统的稳定性和可靠性，控制系统的触摸屏放在就地控制箱内，通过PROFIBUS与西门子S7-417H主站进行通讯。西门子S7-417H主站放在操纵间的操纵台内，PLC各个分系统子站放在靠近被控对象的就地控制箱内，主站与各个子站通过PROFIBUS总线传输信号，这样既减少了导线敷设的距离和工作量。又提高了整个控制系统的抗干扰能力，保证了系统测试参数的准确性和真实性，同时提高了控制系统的可扩充性。

    系统由S7-417H构成冗余控制，由PROFIBUS构成分布式控制结构。每2台炉子连入一个ET200M分布式冗余子站。输送及其他外围设备也连入ET200M分布式冗余控制子站。

    系统与上位机的连接由通过交换机OSM连入CP1613以太网卡，上位机上运行SIMATIC NET软件，该软件提供OPC实时数据接口。

    同时两台三维复合料车的数据通过西门子无线以太网通过交换机与S7-417H进行实时的数据交换，并且通过交换机与CP1613与上位机进行实时的数据交换。

    系统结构如图1所示。

            

 

     3.2.1  总体功能

    整个控制系统分为上、下位机两部分。上位机用WINCC进行软件组态。上位机作为人机界面，实时接收下位机传送的数据，将各种温度信号、机械传动信号、报警数据、阀门的状态显示出来。下位机主要完成温度跟随、装出料系统控制，自动完成进料、出料、加热、冷却等退火工序以及实施工艺设定和数据采集、运行参数、数据处理等功能。

    3.2.2  温度控制系统

    温度控制系统以SIEMENS S7-300系列功能模块为控制核心，通过安装在ET-200M工作站上的智能控制模板控制铝箔退火炉的温度区，通过智能控制模板选择PID参数、工艺曲线、设定值、目标值、修正值。

    主要功能：

    ·分别设定多段升降温速率、保温温度及保温时间。

    ·具有自适应，控制品质稳定可靠，并可显示理论值和实际值。

    ·具备手动/自动调节功能。

    ·炉膛内每区的温度可进行测量和记录。

    ·根据系统的情况，修正热电偶的误差，以保证系统工作在同一个温度层上，使炉温的特性控制在最佳水平。

     3.2.3  网络特点

    采用德国西门子公司的100M工业以太网络技术，系统扩展性能和抗干扰性能良好，网络线路采用光缆，组成冗余的光纤环网。网络交换机留有冗余接口。

    3.2.4  监控软件组成

    软件采用西门子WINCC作为上位监控软件，以彩色图形画面的方式直观地显示生产线全貌；可完成参数设置、参数显示、过程模拟、报警、报表打印等功能的中文界面；采用人机交互方式，可对应用软件的使用操作进行帮助；并具备在线工艺监控、远程通讯技术支持等功能。

    （1）本方案采用工业以太网为基础构架组建控制系统。

    （2）传感器测得的数据通过以太网传输至工作站显示，减少了现场导线敷设的工作量，同时提高了系统的抗干扰能力。

    （3）控制系统以西门子SIMATIC程控器S7-400为控制核心，采用西门子触摸屏作为人机界面，具有较强地运算能力和极高的可靠性。

    （4）由了解被试对象的人员自行开发的系统更贴近用户，软件功能更实用、灵活，用户界面友好，易于操作和学习。

    （5）由于采用了西门子无线以太网卡技术因此大大提高了移动料车的工作范围，没有任何移动导线的敷设工作量。减少了故障点，提高了系统可靠性。

    （6）本方案减少了导线的敷设工作量，又为将来系统的扩充提供了较好的灵活度，综合考虑该方案的性价比较高，是一种比较理想的选择。

                                                     ——转自《自动化博览》