工业以太网在Φ140无缝生产线中的应用

1、 引言 Φ140无缝生产线是采用先进的二辊锥形辊穿孔机、新型全浮动轧制方式的Assel轧管机、14架三辊定减径机进行生产的，其工艺水平先进、设施设备一流。电气传动及控制主要完成对整个机组的过程控制和调节，完成生产线中相关设备之间的工艺联结、连锁，以保证整个机组设备能够按照生产和工艺要求正常、准确地进行相应的有序动作。针对这一要求本文提出运用工业以太网技术以达到系统要求。 2、工业以太网 20世纪80年代产生和发展起来的现场总线技术使得工业企业的管理控制一体化成为可能。由于以太网的广泛应用，许多工业厂商开始将传统的的现场总线构架在以太网上。基于IEEE802.3标准，工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以太网标准，将以太网高速传输技术引入到工业控制领域，使得企业内部互联网（Intranet）、外部互联网（Entranet）和国际互联网（Internet）提供的技术和广泛应用已经进入生产和过程自动化。这种应用推动了自动化技术与互联网技术的结合，是未来制造业电子商务的网络技术雏形，也是自动化技术的发展趋势。 2.1工业以太网交换机OSM ESM 工业以太网交换机OSM/ESM可以连接很多的站点，将以太网扩展到更大的范围。两个ESM之间的最远距离为100m。在同一网段上最多可以连接50个ESM，则扩展距离为5km。该项目用3个ESM TP80，其中8表示其带8个RJ45电缆接口，实现各PLC控制器、监控计算机HMI之间的数据传递，信号联络和通讯。 2.2通讯模块 CP443-1是用于工业以太网总线系统的SIMATIC S7-400的通讯模块。这些模块都具有自己的处理器，从而减轻CPU的通讯任务并可建立附加的连接。通讯模块独立地处理工业以太网的数据通信，1层至4层符合国际标准。多协议运行，支持传送协议ISO和TCP/IP。CP443-1拥有一个唯一的以太网地址，通过网络可直接使用。TCP/IP可以防止未授权访问。 3、通讯 数据通讯即数据传送，是工业以太网的基本功能之一，用以实现各PLC控制器、监控计算机HMI之间传送各种信息。 3.1 硬件配置 Φ140无缝生产线共分为九个区：环型炉区、穿孔机区、轧管机区、芯棒循环区、再加热炉区、定径机区、冷床区、矫直机区和精整区。每个区都有自己的主CPU和通讯模块。其中环型炉区、芯棒循环区、再加热炉区、定径机区、冷床区、矫直机区和精整区均用西门子S7-300的模块，穿孔机区、轧管机区用西门子S7-400的模块。整条生产线共用五台计算机，作为WINCC的监控画面，完成数据归档及工艺参数设定等任务。 3.2通讯模块参数设置 以轧管机通讯模块CP443-1为例，各从站组态完毕后双击CP443-1模块，选择Properties，设置IP地址为192.168.1.3，子网掩码为255.255.255.0。点击New建立一个新的网络，如图1所示。“OK”确定完成IP地址的设定。组态完成以后下载到PLC中。用同样的方法设置 所有通讯模块的地址。值得注意的是在上图中若选择设置MAC的地址，则要求所有的MAC地址不重复。 图1 通讯模块参数设置 在STEP7-V5.3软件中可以检测到所有连接到网络上的元件，点击SIMATIC Manager界面工具栏中PLC，在其下拉菜单中选择Assign EthernetAddress进行检测。 3.3 网络配置 点击Network Configration按钮，打开系统的网络组态窗口NetPro,选中CPU414-2DP, 在窗口的左下部分点击鼠标右键，插入一个新的网络链接，并设定链接类型为ISO-on-TCP connection,点击OK后，弹出链接属性窗口，修改ID的值为0002 A050，并根据该对话框右侧信息进行后面程序的块参数设定,如图2。 图2 网络配置 当2套系统之间链接建立完成后，用鼠标选中图标中的CPU，分别进行下载。在网络组态窗口可以检查链接状态，点击 图标若在链接状态中显示 则证明链接状态已经建立。到此为止，系统的网络配置已经完成。 3.4 数据交换 在完成系统的网络配置后接下来的任务就是进行软件的编制完成数据交换。 在SIMATIC Manager界面中，分别对CPU414-2 DP和CPU315-2 DP中插入OB35定时中断程序块和DB100，DB110。并在两个OB35中调用FC300（AG¬-Send）和FC301（AG-Recv）程序块。 在每个CPU的OB35中程序的编写分别为： 图3 OB35程序编写 由以上程序的编写可知S7-400中DBX100. 0~ DBX109. 7的值与S7-300中DBX110. 0~ DBX119. 7的值相互对应，S7-300中DBX100. 0~ DBX109. 7的值与S7-400中DBX110. 0~ DBX119. 7的值相互对应。2套控制程序编制完成后分别下载，将CPU状态切换至运行状态，就可以实现S7-400与S7-300之间的以太网通讯了。现场实际需要交换的数据很多，以其中的一个数据交换进行说明。CPU414-2 DP发送一个信号给CPU315-2 DP作为轧机后链床拨入机拨入的信号。设I56.1为出口台尾部有料检测信号,I46.3为轧机后链床拨入机拨入的限位,Q23.2为轧机后链床拨入机拨入的阀。 在CPU414-2 DP中编写的程序为： 图4 CPU414-2 DP程序 在CPU315-2 DP中编写的程序为： 图5 CPU315-2 DP程序 此套程序已经实现数据交换，且已在现场中应用。 4、 结论 工业以太网技术现在已经成功应用到Φ140无缝生产线中，实现了在不同的PLC之间进行通讯,在传输速度和故障管理等方面取得了很好的效果，在同行业中以达到先进水平。 参考文献： 1． 崔坚.西门子工业网络通讯指南(上册、下册).北京:机械工业出版社,2004 2． CEAC国家信息化培训认证管理办公室.网络组建与管理.北京：人民邮电出版社,2002 3． 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.工业通讯.西门子公司.2004 4． 李正军.现场总线与工业以太网及其应用系统设计.北京：人民邮电出版社,2006