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西門子CP441-1通訊功能模塊
西門子產(chǎn)品訂貨號：6ES7441-1AA05-0AE0

西門子產(chǎn)品價格：98  RMB

西門子產(chǎn)品凈重：0.370 Kg

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概述

S7-400 是 SIMATIC 控制器家族功能zui為強大的 PLC。它可以成功實現(xiàn)全集成自動化 (TIA) 解決方案。S7-400 是一個用于制造業(yè)和過程工業(yè)系統(tǒng)解決方案的自動化平臺，其主要特點是具有模塊化的結(jié)構(gòu)并擁有性能儲備。

S7-400

• 中端到性能范圍內(nèi)功能強大的 PLC
• 可滿足要求極為苛刻的任務(wù)的解決方案
• 模塊和各種性能等級 CPU 可針對具體自動化任務(wù)進(jìn)行調(diào)整
• 可實現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)，適用十分靈活
• 連接方便
• *通信和聯(lián)網(wǎng)功能
• 操作方便，設(shè)計簡單，不含風(fēng)扇
• 任務(wù)增加時可順利擴展
• 多重計算：
  多個 CPU 在一個 S7-400 *控制器中同時運行。
  多重計算功能可對 S7-400 的總體性能進(jìn)行分配。例如，可將復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)（如開環(huán)控制、計算或通信）進(jìn)行拆分并分配給不同的 CPU?？梢詾槊總€ CPU 分配自己的 I/O。
• 模塊化：
  通過功能強大的 S7-400 背板總線和可直接連接到 CPU 的通信接口，可實現(xiàn)許多大量通信線路的高性能操作。例如，這樣可以擁有一條用于 HMI 和編程任務(wù)的通信線路、一條用于高性能等距運動控制組件的通信線路和一條“正常”I/O 現(xiàn)場總線。另外，還可以實現(xiàn)額外需要的與 MES/ERP 系統(tǒng)或 Internet 的連接。
• 工程組態(tài)和診斷：
  結(jié)合使用 SIMATIC 工程組態(tài)工具，可極為高效地對 S7-400 進(jìn)行組態(tài)和編程，尤其對于采用高性能工程組件的廣泛自動化任務(wù)。為此，可以使用高級語言（如 SCL）以及用于順序控制、狀態(tài)圖和工藝圖的圖形化組態(tài)工具。

S7-400H

• 具有冗余設(shè)計的高可用性自動化系統(tǒng)。
• 用于具有很高故障安全要求的應(yīng)用：
  重新啟動成本很高、停產(chǎn)代價高昂、幾乎不需要監(jiān)視且維護(hù)選項較少的過程。
• 冗余設(shè)計的功能
• 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置
• 也可使用具有標(biāo)準(zhǔn)可用性的 I/O：單側(cè)配置
• 熱后備：發(fā)生故障時，自動切換到備用設(shè)備。
• 包含 2 個單獨機架或一個分隔式*機架的配置
• 通過冗余 PROFIBUS DP 或系統(tǒng)冗余 PROFINET I/O 來連接切換式 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自動化系統(tǒng)，適用于具有很高安全要求的工廠
• 符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）
• 如果需要，也可通過冗余設(shè)計來實現(xiàn)容錯
• 不對安全相關(guān) I/O 進(jìn)行額外接線
• 通過采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP 實現(xiàn)安全通信
• 基于帶有故障安全模塊的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
• 適用于非安全相關(guān)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)模塊也可以在自動化系統(tǒng)中使用
• 隔離模塊用于在一個 ET 200M 的安全模式下組合使用故障安全模塊和標(biāo)準(zhǔn)模塊。

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基于WinAC的酵母發(fā)酵FCS系統(tǒng)

　　1 開發(fā)背景

　　酵母在食品、酒業(yè)、輕工、環(huán)保各個領(lǐng)域應(yīng)用十分普遍，需求量較大，在國民經(jīng)濟(jì)中占有很大的比重，然而其生產(chǎn)過程極其復(fù)雜，工藝難以控制，主要表現(xiàn)在酵母生產(chǎn)過程中，其發(fā)酵過程的復(fù)雜性和高度非線性等諸多因素使其具有動態(tài)性和難以預(yù)測性，同時發(fā)酵過程中高溫、高濕、長周期發(fā)酵等嚴(yán)酷的工況條件，都對其反應(yīng)器 控制系統(tǒng)提出了更為嚴(yán)格的要求。為了實施嚴(yán)格的工藝控制，降低廢品率、提高生產(chǎn)效率，采用了基于plc的fcs(fieldbus control system)，并采用siemens的基于pc的simatic winac(windows automation center)技術(shù)，使其發(fā)酵過程的控制系統(tǒng)得以完善。

　　2 FCS的要求以及硬件平臺

　　根據(jù)發(fā)酵工藝的要求，要求fcs具備如下功能:

　　實時采集保溫罐和發(fā)酵罐內(nèi)的溫度、ph值、溶解氧等環(huán)境參數(shù);

　　實時控制各種電磁閥、隔膜閥等各類閥門，以及間隙工作的各類補料泵等;

　　實時控制保溫罐和發(fā)酵罐蜜糖的攪拌電機轉(zhuǎn)速;

　　現(xiàn)地的控制單元要與車間級的工藝控制服務(wù)器實時通信，傳遞各種現(xiàn)場工藝參數(shù);

　　現(xiàn)地的控制單元要求具有現(xiàn)地操作和遠(yuǎn)程操作兩種功能，以提高系統(tǒng)的可靠性;

　　與企業(yè)mis系統(tǒng)中工藝控制數(shù)據(jù)庫連接、實現(xiàn)企業(yè)的管控一體化，使遠(yuǎn)方終端可以瀏覽現(xiàn)場數(shù)據(jù)，或進(jìn)行干預(yù)。

　　針對上述要求，每個現(xiàn)地自動化監(jiān)控單 元(共2個)的plc采用siemens的s7-300系列。plc總體配置如下:

　　*處理模塊(cpu):選用cpu316-2，內(nèi)存ram擴展到64k。

　　數(shù)字量輸入模塊(di):選用sm321，共2塊(16點/塊)。處理32點輸入信號。

　　數(shù)字量輸出模塊(do):選用sm322，2塊為16點/塊，處理32點輸出信號。

　　模擬量輸入模塊(ai):選用sm331，共1塊(8點/塊)。處理8點輸入信號。

　　模擬量輸出模塊(ao):選用sm332，共1塊(4點/塊)。處理4點輸入信號;

　　通信模塊:選用cp343-5，共1塊，1塊為profibus-dp接口。

　　plc采用了2個框架，在每個rtu信號柜內(nèi)有2個plc，其中一個為工作框架，另一個為備用擴展框架，通過im361擴展連接，這樣簡化了接線，大大地 提高可靠性。

　　為了便于使用winac，在生產(chǎn)工藝服務(wù)器上安裝一塊基于pc的軟plc(softplc)winac適配卡cp5611，這樣系統(tǒng)生產(chǎn)服務(wù)器既作為 plc的軟控制器，承擔(dān)遠(yuǎn)程控制功能，又作為監(jiān)控、管理計算機，同時還可進(jìn)行新工藝組態(tài)，實現(xiàn)一機多用。每個現(xiàn)地控制單元中重要的輸入/輸出模塊通道都設(shè) 有冗余，便于功能擴展和維護(hù)，同時具有手動/自動兩種操作模式，便于脫離上位機獨立操作。上位機和各控制單元之間通過profibus-dp總線實現(xiàn)數(shù)據(jù) 傳送，由于系統(tǒng)設(shè)計為一總線式的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，每個現(xiàn)地控制單元均可獨立于上位機運行，將危險進(jìn)行了分散，使維護(hù)方便，提高了可靠性，符合分布式控制和模塊化設(shè)計思想，且在工藝成熟后的生產(chǎn)擴大化過程中，可直接套用本控制系統(tǒng)的軟硬件方案，縮短工業(yè)擴大化周期，提高企業(yè)的競爭力。fcs的控制原理圖見圖 1所示。

　3 發(fā)酵控制策略

　　3.1 生產(chǎn)工藝控制

　　對保溫灌和發(fā)酵罐的上、中、下3個測量點的溫度和罐內(nèi)壓力實現(xiàn)自動檢測、自動控制，為防止罐內(nèi)蜜糖加熱時燒結(jié)，在兩個罐內(nèi)安裝有變頻調(diào)速攪拌葉片。整個發(fā) 酵過程按照酵母發(fā)酵的機理，根據(jù)主酵→雙己酰還原→冷卻→酵母回收→后貯等階段，分別按照設(shè)定的工藝控制曲線進(jìn)行控制，并采用滯后預(yù)估和實時pid調(diào)節(jié)等控制方法，使系統(tǒng)控制精度符合工藝要求，保證了系統(tǒng)安全，強化了生產(chǎn)管理，為經(jīng)濟(jì)責(zé)任制的考核提供了依據(jù)。

　　酵母的發(fā)酵是一種機理和工藝控制十分復(fù)雜的生化反應(yīng)。表現(xiàn)為反應(yīng)時間長、慣性大、不易控制、尤其是發(fā)酵罐三點溫度控制是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的。我們從整體考慮，采用預(yù)估、時間pid以及模糊控制方式，按照設(shè)定的工藝控制曲線進(jìn)行監(jiān)測控制。

　　整個控制過程程序為:主酵階段的自動控制程序、雙己酰還原階 段控制程序、冷卻排酵母階段控制程序和后貯階段的控制程序四個階段。

　　為了防止蜜糖在罐內(nèi)燒結(jié)，在保溫罐和發(fā)酵罐內(nèi)分別安裝有攪拌用的葉片，葉片的轉(zhuǎn)速根據(jù)監(jiān)測的溫度來調(diào)節(jié)，溫度偏高時加速、否則減速，為達(dá)到此目的，同時為了提高三相異步電機的執(zhí)行效率，采用了基本型micromaster420變頻器，對三相異步電機實現(xiàn)調(diào)速控制。該變頻器特別適合大力矩電機的拖動，采用三相(380v)交流輸入。

　　進(jìn)出保溫罐和發(fā)酵罐的流量均通過電磁閥控制，電磁閥的開度有s7-300的d/a模塊sm332控制，其0.05～5.0v的模擬量的輸出分別對應(yīng)電磁閥 開度的1%～90%，并按線性比例調(diào)節(jié)，2個罐內(nèi)的壓力測量可以監(jiān)測蜜糖的液位來去定和校驗。壓力測量包括兩個方面，一是蜜糖液位壓力、一是高壓罐上面的空氣壓力監(jiān)測。

　　現(xiàn)地控制柜內(nèi)所有的繼電器以及接觸器、斷路器等均有s7-300中的數(shù)字量輸入/輸出模塊sm321、sm322實時監(jiān)測與控制。

　　每臺現(xiàn)地單元可以單獨設(shè)定參數(shù)并監(jiān)控運行數(shù)據(jù)，同時安裝一臺觸摸式人機交互界面，并通過profibus-dp網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)對現(xiàn)地監(jiān)控單元所有接口與實時運行 參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控，按照工作分層和控制任務(wù)分層的概念，將整個控制系統(tǒng)的生產(chǎn)管理主控制器采用winac, 擔(dān)負(fù)著fcs的主控profibus-dp網(wǎng)絡(luò)管理及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器工作，任務(wù)控制系統(tǒng)的軟件核心、配方數(shù)據(jù)庫等均由winac控制器完成。基于winac控 制系統(tǒng)保存了基于pc自動化完整的優(yōu)點與特點外，更有設(shè)計堅固、可擴展性強等特點。

　　3.2 基于winac的過程控制的特點

　　winac是siemens公司推出的基于pc的自動化控制系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了在pc上實現(xiàn)plc的功能，同時它將plc與pc間實現(xiàn)*的集成，將控制、數(shù)據(jù)采集、通訊、人機界面及其它技術(shù)完整地結(jié)合一起，集成于一臺pc上。在本系統(tǒng)中，由于酵母發(fā)酵本身是一個十分緩慢的過程，我們選用了基本型的 winac系統(tǒng)，(即plc+cp5611+winlc+ipc+windows2000)。其*的應(yīng)用思路以及高可靠的運行品質(zhì)給我們的設(shè)計和應(yīng)用以 及本系統(tǒng)操作人員帶來許多好處:

　　(1) 由于winac集成了step7 和wincc，對現(xiàn)地控制單元的plc在上位機編程即可，而改變了以往單純用step7編程、調(diào)試、下載等繁瑣的步驟以及在上位機還要編寫人機交互程序帶來的重復(fù)勞動的麻煩，現(xiàn)在一步到位，節(jié)省了我們大量的開發(fā)時間。這是我們開發(fā)單位zui受益之處。

　　(2) 由于winac運行在pc平臺上，它改變了傳統(tǒng)的plc控制方式和運行模式，在實時控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊、人機交互、邏輯處理、網(wǎng)絡(luò)功能等方面可以充分利用pc平臺以及windows的豐富資源，使系統(tǒng)更加完善，使系統(tǒng)操作更加簡單易行，使得本系統(tǒng)的使用單位不需花費太多的精力和人力對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)、完善。

　　(3) 由于winac實現(xiàn)了plc與計算機數(shù)據(jù)的高速交換，工藝控制參數(shù)以及系統(tǒng)、設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)均可在pc平臺上實時顯示，利于我們將必要的實時狀態(tài)參數(shù)和運行參數(shù)通過windows操作系統(tǒng)的強大網(wǎng)絡(luò)連接功能無縫地連接到企業(yè)mis系統(tǒng)中，供生產(chǎn)管理人員瀏覽、監(jiān)視;而彌補了以往plc網(wǎng)絡(luò)功能不強的缺陷; 真正實現(xiàn)了企業(yè)信息自動化和管控一體化。

　　(4) 由于winac除具有計算機的強大功能外，更將plc的控制方式、控制安全性、分布式數(shù)據(jù)測控特點與計算機集成于一體，使本監(jiān)控系統(tǒng)更加安全、可靠。本系 統(tǒng)運行一年多來，除系統(tǒng)自檢出一臺電機潛在的故障外，系統(tǒng)一直運行良好，深受使用單位的好評，這得利于我們使用了winac。

　　(5) 由于winac 提供了opc服務(wù)器功能，且提供了將控制中的過程數(shù)據(jù)與excell、access等方便連接方法，因此更適合生產(chǎn)、計劃、管理部門人員利用office 辦公軟件對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，形成office文檔，供上級部門人員瀏覽，實現(xiàn)了生產(chǎn)控制信息和企業(yè)管理信息共享的目的，這是本系統(tǒng)設(shè)計的初衷。

　　3.3 生產(chǎn)工藝服務(wù)器軟件設(shè)計

　　生產(chǎn)工藝服務(wù)器的操作系統(tǒng)選用windows 2000 professional + service pack 3，基于pc 的控制軟件采用winac basic v3.0、plc組態(tài)編程工具采用simatic step7 v5.1、人機交互以及數(shù)據(jù)管理、分析、存儲等采用visual basic 6.0 開發(fā)，并在生產(chǎn)工藝服務(wù)器上安裝siemens winac軟件作為dp主站聯(lián)入profibus dp1 網(wǎng)絡(luò)中，編程采用siemens公司提供opc(ole(object linking and embedding) for process control)服務(wù)。winac、opc以及visual basic的關(guān)系

　　三者之間 的關(guān)系見圖2所示。

　　在整個系統(tǒng)中，基于pc的winac、現(xiàn)場總線和分布式i/o結(jié)合的優(yōu)點表現(xiàn)為簡化了系統(tǒng)的體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備設(shè)計、提高了系統(tǒng)的通訊效率、降低了硬件和 備件投資，易于調(diào)試和維護(hù)，同時充分利用pc中cpu*功能，winac控制器在數(shù)據(jù)處理、用戶算法和多回路調(diào)節(jié)的控制任務(wù)中的特點，基于pc的一體化設(shè)計大大提高了控制器、人機界面和網(wǎng)絡(luò)部件的數(shù)據(jù)交換速度。同時，與傳統(tǒng)的plc解決方案相 比，simatic基于pc的自動化有明顯的性能價格優(yōu)勢。