西门子模块6ES355-2CH00-0AE0

1  引言
    在网络日益发达的，很难想象一个信息孤岛能在网络中发挥多大作用。在当今工业自动化网络中，设备之间数据和信息共享已经成为控制系统中一项非常重要内容，甚至可以说是决定一个设备项目能否成功实施的关键因素之一。随着日益竞争激烈的市场和更加复杂多变的生产工艺，对工业自动化网络的要求也更加苛刻，于是随着时间的推移就有一些工业自动化网络不能很好的适应时代的要求，需要对其网络进行更新换代和改造去满足实际需要。
    本文以深圳国际机场行李分拣系统中罗克韦尔自动化网络改造为例，对该项目改造的原因，方案的选定，实施过程和结果进行详细的描述。

2  原始现场总线结构
    该行李分拣系统由法国bbbeflex公司设计，并在1999年一月开始正式运行。 该行李自动分拣系统用来对进出港旅客的行李进行输送和分拣。该系统物理组成主要有离港1#， 2#线(包括有两个分拣大转盘)，到港有5#， 6#， 7#和8#线。该控制系统顶层由两台对等互为热备安装有intouch rslinx rslogix5软件的上位机组成，其中intouch为美国wonderware公司开发上位机监控软件，该软件负责开发和运行上位机画面，rslinx和rslogix5软件都为美国罗克韦尔公司软件，前者为rslogix5编程软件与plc_5/80b建立通信，后者为开发控制逻辑的编程软件。该控制系统核心部件为两台互为热备的美国罗克韦尔公司plc_5/80b组成集中控制，其中上位机通过以太网与plc_5/80b进行通信。同时它也与机场离港计算机系统通过以太网读取离港航班动态信息，为自动分拣旅客行李做信息支持准备。其中现场输入和输出信号通过远程1794_asb适配器与plc_5/80b中组态为rio通信口进行数据交换和共享。而行李条形码阅读器读出的行李编码由2760_rb模块读入后再通过安装在同一机架中1771_asb适配器与plc_5/80通信。该套系统中共有三条rio链路。分别为rio_1b， rio_2b， rio_2a。在上位机中主要完成：设备起停；故障确认与查找；监控运行参数和现场设备状态；值班报表统计与打印；检修时的维护等操作。
    另外两个分拣大转盘由两台同为美国罗克韦尔公司的slc_500控制，其处理器型号为slc503，该slc有一个rs232串口和一个dh485通信口，该slc_500通过安装在其机架中1747_dcm通信模块与plc_5/80通信从而达到完成信息的交换和共享。网络结构如图1所示。

图1  原始网络结构

3  问题与改造
    现有整个行李分拣系统(包括出港和到港)所有硬件设备和控制逻辑均由plc_5/80b来完成。由于该系统逻辑比较复杂，现有程序大小已经达到该处理器极限容量的99.6%，该指标与工业控制用plc程序大小不超过中央处理器内存大小的60%的常规标准相差甚远。处理器系统长时间处于超负荷和大功率的临界运行状态中。
    由于处理器的内存不足，客观上限制了程序的更改和优化。在管理和维护中因为现场环境变化或其他原因而需要进行的修整逻辑工作的时候，系统程序将很容易超出极限从而可能造成不可预测的严重后果。现有系统中用intouch开发的上位机应用软件，用以太网的集线器挂接到整个机场的局域网，并从中取得每天更新的航班信息，并根据此信息进行出港航班滑槽分配和调整。
    由于上位机系统跟局域网挂接并进行数据交换，所以计算机系统不可避免的可能会遭受病毒的侵害。上位机一旦遭遇病毒并发作的话，如果在航班密集时候，会给生产的下个环节带来很大压力并可能导致航班延误。
    现有系统中出港和到港航班的设备均由一套plc进行控制。如果上位机与plc发生故障或者出港航班带来的异常，将直接影响到到港航班行李的分拣。但实际上无论从逻辑结构上和硬件的电气结构上，出港和到港航班的分拣系统都是相对独立的。因此应该把该系统改造成一个逻辑分开故障分散的、标准开放的、可扩展的、安全可靠的控制系统。
    因控制大转盘的slc_500与plc_5/80b通过1747_dcm通信，没有通信路径与上位机建立路由。所以上位机中rslinx软件无法找到slc_500，从而造成上位机rslogix500软件无法在线修改slc_500程序和监控现场设备状态，在紧急状态或修改程序时，必需拿笔记本电脑去现场操作，从而延长了排除故障的时间。同时如果对通信口拔插次数增多也会导致通信口损坏。
    slc_500与plc_5/80b之间只有一条rio链路，一旦链路出现问题，会导致slc_500无法工作。所以需要在slc_500与plc_5/80b之间铺设备用的rio链路网络。
    后因为民航行业的特殊性，对航班正点率要求越来越高。一旦因为控制系统问题而导致大量的航班延误，那是不可想象的。这就迫使我们要对设备的可靠性提高到很高的要求，才能适应实际的需要和未来的发展。基于以上几点原因，我们对该系统进行了改造。

4  改造方案设计
    在控制室中需增加两台上位机，两台plc_5/40e和一台pv1400e触摸屏，一台上位机单独控制到港，彻底实现到港与离港分离控制，切断到港与离港之间链路耦合，从而分成两个完全独立的控制系统，实现互不影响与干扰。另一台上位机监控slc_500，实现在控制室就可监控和更改在线程序。而由两台plc_5/40e组成的互为热备系统单独去控制分离出来的到港系统，把原来控制到港输入和输出系统的1794_asb从站rack1，rack2，rack3，与plc_5/40e中组态为rio通信口1b做一个物理连接。使plc_5/40e通过remoteio模式采集到港的输入和输出信号，从而实现对到港的控制。到港上位机中安装intouch rslinx rslogix5软件。其中用intouch软件重新开发上位机画面，而到港控制逻辑plc程序从原来末分离控制前的系统中把控制到港的控制逻辑考贝过来后下载到plc_5/40e就可。该上位机通过以太网与plc_5/40e通信。
    pv1400e触摸屏作为应急系统通过dh+网络与到港和离港系统相连。利用美国a_b公司的build32软件重新开发一套触摸屏程序下载到pv1400e中。以备紧急情况下手动操作。在该触摸屏中可取代上位机部分功能，保证万一系统崩溃时，不会让设备停下来。能让旅客行李输送下来，但此时不能实现自动分拣，导致行李需人工分拣。因此时pv1400e与机场离港计算机系统没有相连，不能读取离港航班信息。此项系统是在出现非常紧急情况下使用，一般在常规情况下很少采用。但我们会按计划对该系统进行测试，以备在出现非常紧急情况下能够按设计时目的起到有效的作用。
    监控slc_500上位机中需安装rslinx rslogix500软件，由于现场slc_500距离中央控制室的距离较远，无法用rs232串口通信，所以采用dh485网络。上位机通过dh485网络与slc_500通信。dh485网络提供32个设备的互连，长传输距离为1219米，满足远程监控距离的要求。同时还需要2根1747-c11通信电缆，3块隔离链路耦合器1747-aic和1块计算机接口转换器1747-pic。1747-c11用来slc_500处理器与耦合器之间的通信。1747-aic用来把计算机和两台slc_500连接到dh485网络。而1747-pic实现计算机和耦合器的通信。
改造后网络结构如图2所示。

  图2  改造后网络结构

5  结束语
    该改造项目自2005年改造后一直稳定运行，从末因系统本身问题而崩溃导致延误航班。从而提高了系统可靠性。并通过这次项目改造也加深了对现场总线控制系统本身的认识，同时对罗克韦尔自动化产品的理解也有了进一步的提高。为以后工作中应用该产品打下了坚实的基础。这次项目改造能成功的很大原因是因为工业现场总线控制系统的高度灵活性和开放性以及罗克韦尔技术的稳定性。

1  引言
    生产现场的改造主要是要学会合理、低成本地改善工厂、提高综合生产效率的实际方法、技术等。而且现场改造项目往往是我们设计人员头痛的项目，现有一例针刺机改造项目仅用一周的时间，通过方案选定、设计、编程、通讯测试、初步调试后成功投运。系统投运后，反应良好，满足了生产的需要，得到用户的认可。和老的控制方案相比，整机的结构简洁，界面直观方便，现场配线大为减少，布局美观，检修维护简单、方便。
以下提供改造项目的方法与步骤供同仁们参考：
    用户现场有三台针刺机设备，其中一台是新进的，采用的是s7-300的plc和tp270-10的屏；另外两台是旧设备，plc是s7-200，是早几年用按钮、继电器、多圈电位器和显示表实现的控制，而且三台设备有三个独立的控制单元，不方便起、停和设定工艺参数等集中操作，影响生产的连续性及效率的提高，急需通过技术改造加以解决。

2  方案的选定
2.1 可用方案列举
    种方案：mpi通讯方式，tp270-10触摸屏作主站，plc s7-300，s7-200，s7-200作从站。
    第二种方案：dp通讯方式，s7-300做主站(需加em227通讯块)，s7-200，s7-200作从站，主站与tp270-10触摸屏mpi连接。
2.2 备选方案的比较
    方案一
    优点：在所有的可行方案里是廉价的，简单可行的。
    缺点：它没有网络诊断功能，通讯速率高为1.5mbit/s，当需要通讯的信息流大时，通讯速度慢。
    方案二
    优点：通讯速度快。
    缺点：需加通讯模块，成本相对高。
2.3 方案的选择
    鉴于实际控制系统在正常运行时，需写入的信息流不多，且改造项目的资金有限，所以现场采用种通讯方案，此方案减少了设备投资，但增加了软件的设计的复杂程度。

3  具体的方法和步骤
3.1 网络配置图
    网络配置图如图1所示，采用mpi通讯，s7-300的站地址为2，s7-200站地址为3和4，端口选mpi，需购入专用通讯线（根据现场实际需要）和通讯插头四个。

图1  网络配置

    通讯连线过程中注意：正常通讯时，两端的通讯终端电阻为on，其余全为off；但是下载程序时当前设备通讯端头的拨码开关必须打在on上。另用pc下载s7-200的程序时要将tp的拨码开关关掉，即为off。
3.2 protool内组态
    plc内无需做组态，只需在界面内控制器项加入三个plc，依次为s7-300、s7-200、s7-200，见图2所示。

图2  protool内组态

    均选为mpi通讯，通讯速率统一为187.5kbit/s，因为这是s7-300和s7-200所遵循的高公共通讯波特率。
    s7-300 一端连接pc的rs232口或用串行总线（usb）口，另一端连接s7-200 plc的mpi口。
3.3 组态plc1(s7-300)侧mpi
    对于plc1在“控制面板”中点击“set pg/pc interface” 选中pc adapter(mpi)。如图3所示，在点击properties。         

图3  set pg/pc interface

    也可以在manager中，选择菜单options 下拉子菜单“set pg/pc interface”单击“properties”，弹出对话框如图4，将transmission rate 选为187.5kbps。

图4  properties-pc adapter

3.4 设定plc2和plc3(s7-200)的通讯参数
    对于plc2和plc3(s7-200)，在200的编程软件中：
    (1) 选择“系统块”，将波特率改为187.5kbps，确认，如图5。

图5  系统快

    (2) 选择“通讯”点击“设置pg/pc接口”，选中pc/ppi cable(ppi)，同图3。点击properties，这里的transmission rate 次下传程序可以不是187.5kbps。图6所示。

图6  properties-pc/ppi cable(ppi)

    (3) 在通讯画面里，选择“搜索所有波特率”，然后“双击刷新”，波特率就会从“0”开始一直到187.5kbps结束。这样会保证你无论改没改下载波特率，在pc机上都能搜到s7-200的plc。

4  运行状况
    此控制系统从2006年初投产以来，因为故障率低和效率高等优点，满足了客户的大收益，归纳起来，我们所改造后的新型电控系统具有如下特点：
    (1) 彩色人机界面tp270和可编程控制器（即plc）的配合使用，取代了大量的元器件和硬件电路，使得电器的可靠性、稳定性有很大的提高。
    (2) 更适应工业现场环境，同时控制软件修改方便，现场调试快捷、省时。
    (3)整机的结构更加简洁，现场配线大为减少，布局更为美观，检修维护更简单、方便。
    (4) 丰富的画面提示、故障显示及参数修改等功能，良好的人机对话窗口，为现场的操作、维护提供了极大的便利。
    (5) 设计的简化，大大降低了日常维护和备件费用。