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产品描述

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西门子模块6ES7231-0HF22-0XA0技术参数



由于中国巨大的汽车市场，各个国际汽车巨头目前纷纷在中国各地投资建厂，汽车制造商为了扩大品牌占有率和汽车销售，会对原有厂房或生产线进行扩建或改造，同时，由于汽车厂商的建厂、改造，必然会带动相关零部件厂商间的竞争，从而零部件厂商也会为了扩大生产而采取相应措施，因此，需要越来越先进的生产设备和系统来扩大自己的生产、增进效率、降。汽车自动化系统的发展成为了业界瞩目的焦点之一。 

一、控制系统正在向现场总线方向发展 

对于每一个工业界的应用需求来讲，为了促进现场的智能化、控制功能分散化、控制系统开放化的效益，工业以太网（Industrial Ethernet）以及现场总线（fieldbus）技术的确是一个非常好的选择，为生产效益提升所贡献的综效（synergy），这是每一位制造业的朋友们都有目共睹的。 

在汽车制造行业中，由于近几年来国际的大型投资项目进入到中国市场，尤其是的三大汽车公司的项目。身为汽车行业应用解决方案的领头品牌，欧姆龙系统方案正在各个项目中展开，包括生产执行系统（MES），设备监控管理系统(FMCS)，情报讯息系统(RFID, 2-Dimension Code, BCR)，无线生产资料通讯系统(WT30,WD30)等。拿欧姆龙的现场总线来说，它是基于DeviceNet的平台而构建起来的。当然，以DeviceNet身为第一个符合中国国家现场总线标准的解决方案的立场而言，对于各个相关的工业领域的应用，包括汽车，半导体，液晶，化工，钢铁，石油，食品等等行业，DeviceNet的确扮演着非常重要的角色。DeviceNet的解决方案（产品）除了PLC之外，还有相当多的传感器，控制元件，运动单元，配合着欧姆龙的Control bbbb 控制方案，可以非常整体（integrated）地来满足所有工业界应用的需求。 

二、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展。 

有线局域网以其广泛的适用性和技术价格方面的优势，获得了成功并得到了迅速发展。然而，在某些工业的生产现场，由于工业环境禁止、限制使用电缆或很难使用电缆，有线局域网很难发挥作用，因此无线局域网技术得到了发展和应用。随着微电子技术的不断发展，无线局域网技术将在工业控制网络中发挥越来越大的作用。 

因此，关于无线方案的应用，在目前的市场需求环境之中是非常巨大的，包括个人的生活需求，商业环境需求，和生产制造环境的需求。由于无线应用解决方案的出现，为大家带来了无数的方便性和灵活性。但是，特别是在工业生产的需求领域之中，如无线的需求方案无法提供一个可信赖的，安全的操作实用性的时候，无线的解决方案就会变成一种危险的问题状况。 

无线网络的方案，在制造行业的生产现场里，可以让一个工厂变得更灵活，更方便。譬如说：在工厂的设备安装的平面规划时的柔性，在工厂的设备安装面积利用率的提升，在工艺流程改造和移动时的简单性……等等。当然，无线通讯的安全完全被保，必须根据国家规范来加以限制，这是*基本的条件。 

欧姆龙的工业领域无线方案在汽车制造行业中应用广泛，特别是，例如用于生产情报的安东（Andon）系统，和其他的汽车生产现场的特别应用场所。此外，欧姆龙的工业级无线应用方案（WT30，WD30），可方便地、快速地构建起“无线DeviceNet现场总线”的系统。目前，各大日本汽车生产工厂已经都采用了欧姆龙公司的方案。 

三、PLC的发展方向和其他特殊应用方案趋势。 

长期以来，PLC始终处于工业控制自动化领域的主战场位置，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立之势。 

目前，国内PLC市场仍以国外产品为主，如欧姆龙、Siemens、Modicon、A-B、三菱、GE的产品。虽然国内也有大约30家的生产厂商，但是目前都尚未到达足够的生产规模。 

据专家估计，从2000年PLC的国内市场销量为15~20万套（其中进口占左右），约25~35亿元人民币，年增长率约为12%。预计到2005年全国PLC需求量将达到25万套左右，约35~45亿元人民币的规模。同时，PLC市场的变化也反映了全世界制造业的状况，2000后大幅度下滑。但是，按照Automation Rebbbbbb Corp的预测，尽管全球经济下滑，PLC市场将会复苏，估计全球PLC市场在2000年为76亿美元，到2005年底将回到76亿美元，并继续略微增长。 

基本上，体积化、网络化、PC化和开放性是PLC未来发展的几个主要的方向。但是，随着软PLC（Soft PLC）控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软PLC组态软件和PC-based控制的市场份额也将逐步得到增长。 

目前对于PLC的市场发展来讲，在中国PLC应用市场的占有率和行业应用覆盖率两方面，欧姆龙的PLC产品都能居于比较领先的地位。 

其次，还有一个问题值得思考，那就是“在汽车制造领域之中，除了PLC和一般的控制元件之外，市场的使用者还需求什么呢？”这里有两个优秀方案可作说明。 

首先，是“情报收集管理”的方案。在一个复杂的汽车生产工艺之中，大量的情报收集、管理、应用是绝对必要的。当然，除了必要建构上位的生产管理系统之外，如何从现场取得精确而可靠的生产数据，就是一个绝对关键的必要手段。从传统的人员手动识别方法，条形码(Bar code)的应用方法之后，RFID（Radio Frequency InDentification）可以说是一个更具备弹性，资料内存更大，而且可重复使用的优秀应用方案。 

其次，为了每一台汽车的品质保，安全保的目的，美国电子工业协会(ECC200规范)，美国汽车工业协会(ECC200规范)，日本汽车工业协会，日本汽车部品工业协会，国际标准规格ISO15394对此作了明确的规范。在规范的要求之下，每一个关键的汽车零部件，包括发动机每一个零部件、、避震器等等，都必须刻印上个别的单一的身份特别码(Identification code)来加以管理，使用的是一位码（1-dimension code） 或者二维码（2-dimension code)。目前来讲，这还只是一个刚刚开始新的规范，但是对于今后的汽车市场发展来说却是绝对会被执行的。目前已经有几家大型重要的汽车生产厂商开始导入这个规范。欧姆龙的V530-R160系列，V400-HS系列正是这个标准应用的领头羊。虽然在中国目前还没有被要求导入，但是对于中国的汽车生产厂家来讲，在面向国际市场需求的未来发展，这个工艺应用方向是完全必要的，是必须要实现的。 

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为了在激烈的乳品市场竞争中占据领先地位，某乳品制造公司决定对其现有运行的设备进行扩建和改造。此自动化系统改造的成功使它成为亚洲乃至世界上的现代化乳品企业。 

为了在激烈的乳品市场竞争中占据领先地位，某乳品制造公司决定对其现有运行的设备进行扩建和改造。此次自动化系统改造的工作包括：扩建两条原奶收奶生产线系统，改造和增加标准化车间的输奶工艺管线，增加两台净乳机（分离机），添加调配和存贮罐，以提高整个标准化生产车间的能力，相应增加CIP清洗的线路。 

此次改造的基本指导思想：既要采用目前较为流行的自动化控制技术，又要充分利用现在使用的PLC-5可编程序控制器，同时又不能影响生产的正常进行，实现无扰切换。 

根据国内、外同类系统的结构和设计经验及实际的工艺控制要求，控制系统采用美国罗克韦尔自动化公司ControlLogix5550 DCS系统。包括槽车收奶—净乳和分离—成品奶传送配制—服务系统（制冷和CIP）工艺参数的检测、设置、指示报警和调节控制功能均由系统完成。 

系统采用罗克韦尔自动化的三级网络，信息层采用以太网（EtherNet）实现系统数据交换；中间为控制层（ControlNet、DH+）负责系统通讯；底层是设备层，网络连接就地设备，如阀箱、变频器等。为提高生产效率，工艺过程优化，降，分析各种操作，安全生产打下基础。 

过程控制计算机组成 

本系统由4套ControlLogix和2套PLC5、2个计算机操作站和1个工程师站和一台服务器通过网络组成。主要完成鲜奶的收储、运奶槽车的清洗（CIP TANKER）、净乳和分离及各种奶产品在湿区原料罐的配比等控制，标准化生产管线和中转存贮罐（CIP HOT ，CIP COLD）的清洗，为干区的奶粉生产作准备。 

工程师站可以通过网络对网络上任一台PLC控制站上进行软件编程、组态、下载和在线调试。 

操作员站通过EtherNet网络与PLC系统通讯，实现对生产过程的监控功能。由于两个操作员站连接在EtherNet，可以实现分工控制并且在故障发生时，另一台可代其操作。 

服务器安装RSSQL和MSSQL软件，可各个操作站数据，对数据按要求进行处理后，可以实现与上位机的快速大量的数据交换，以供下一步操作。 

系统功能：整个系统功能实现乳品厂湿区从收奶开始，直到奶粉原料配比结束的工艺流程控制。其中包括：收奶、净乳、标准化和CIP清洗。程序设计采用顺序控制技术，程序严格按工艺设计的步骤执行，并实时检测每个阀门和泵的状态，如有故障发生，程序会产生报警信号，同时连锁相关的阀门和泵动作，保证系统的安全运行。 

1.收奶PLC 

对五条收奶线运奶槽车鲜奶进行收入计量，每条收奶管线现场均有终端显示操作器PanelView ，通过PanelView进行收奶每一步操作的设置，其中包括：槽车号、合同号等，通过DeviceNet网送到 PLC备档，鲜奶经过冷换器后，储存在鲜奶罐中。 

2.净乳机PLC 

根据不同的产品要求，对原奶进行净乳、分离和控制，作为标准化生产的原料。净乳机的工艺过程设置，主要由五个部分组成：启动、预热、循环、生产、CIP(cleaning in place)等组成。净乳机PLC完成四台净乳机（分离机）的工艺控制，在这五种状态下，包括进料和出料阀门的控制，排渣时间设置和控制输出及平衡罐的调节控制。 

3.标准化PLC 

根据奶粉产品配方要求，在标准化车间进行不同原料的计量配置设定，选择管线组合进行等量传送。并按照工艺的要求配合CIP COLD（HOT）进行相关管道阀门和泵的开启，完成管线清洗。 

4.CIP TANKER PLC 

完成对送奶槽车的清洗，工艺包括清洗液碱罐、清水罐、循环水罐及相应管线上阀门和电机，这三个罐作为五条管线上的槽车清洗动力源泉。每条收奶管线现场均有PanelView，通过终端显示操作器PanelView进行CIP TANKER每一步操作的设置，通过DeviceNet送到 PLC，完成每一步清洗操作相关阀和泵的控制。主要控制5条收奶线运奶槽车的清洗，罐自动补液控制及液位检测告警。对阀和泵的状态进行实时的故障检测，并根据故障的类型，在CIP过程中采取对阀和泵不同的控制操作。 

5.CIP COLD (HOT) STATION 

鲜奶、脱脂奶罐和管线用CIP COLD进行清洗；奶油罐和管线的清洗需要更高温度的水和清洗剂,采用CIP HOT，工艺情况与CIP TANKER PLC基本相同，清洗药液酸罐、碱罐、清水罐、循环水罐，这四个罐作为五组组合管线的清洗动力源泉，但需要清洗的管线数比较多。根据标准化传输和收奶管线的不同，每组又由多条管线不同组合而成，由CIP COLD (HOT) STATION与收奶PLC、标准化PLC之间进行通讯来完成管线和罐的清洗，进行相关管道阀门和泵的开关，PLC采用PLC5-/40、PLC5-/60。 

控制系统的特点 

1.ControlNet 

ControlNet网络是新一代自动化控制网络，满足IEC61158 国际工业现场总线标准，它提供了一种在PLC之间，PLC与MMI操作站及I/O子系统之间实现高速的，可冗余的通讯方式，它可以支持多达99个节点，*大网络距离20KM，它可以连接总线型、树型、星型及混合型等不同的网络拓扑结构。通过ControlNet可以在单一网络上完成关键性、I/O更新、处理器互锁、对等通讯等功能。Producer/Consumer 通讯模式可以使不同的处理器之间，进行信号交换，I/O数据可以同时被多个设备共享。扩展模块及远程I/O模块可直接挂在ControlNet上，使控制模块*可能接近现场检测元件，减少检测、控制信号的衰减、干扰，同时节约电缆，便于维护。PLC通过ControlNet连接主控设备 ControlLogix、PLC5等。 

2.EtherNet 

EtherNet网络是在操作站与服务器之间通过TCP/IP组成的bbbbbbs NT网络，具有数据、文件共享的能力，通过统一的数据库接口（ODBC）使各操作站的历史、实时数据和文件集中管理，便于生产调度，可进一步实现一体化。 

3.DH+ 

是一种局域网，用于支持工厂应用工程的远程编程，也可以通过DH+在可编程序控制器、计算机、人机界面等之间进行数据传递。所有的增强型PLC-5等都具有内置的DH+通讯接口。DH+网络的每一个链路*多可以连接64个设备。可用于湿区连接区域内现场监控设备PanelView、PLC-5和ControlLogix PLC。 

4.DeviceNet 

DeviceNet网络是一个开放的、进行低层通讯的一种连接，它用于连接简单的、工业用的设备与高级设备之间的连接。DeviceNet具有互用性、公共网络、低廉的维护费用、节省的网络布线等特点。连接远程FLEX I/O ，控制现场阀箱和变频器。 

从DeviceNet到DH+、ControlNet再到EtherNet改造后的自动化系统具备清晰的结构和功能分级，提高了通讯速度。湿区的控制数据和信息都通过三级网络及各级网络接口集成，并传送到各级管理和生产部门。 

设计实现 

罗克韦尔自动化的三层化网络结构使改造与新增的自动化功能构成统一的结构。在设备层，采用具有DeviceNet接口的设备，降低了成本，减少布线，安装方便；在控制层，系统实现实时I/O控制、联锁和状态传送，从而保证了控制数据和信息的实时性和稳定性；在信息层，将控制数据通过网关，连接至企业的信息系统。 

1.人机交互界面 

乳品生产的特点是设备较多，控制距离远，电磁环境较差，因此对控制设备的联接通讯和操作员界面要求苛刻。本次改造中标准化控制中心调度监控系统的改造采用InTouch7.1软件与ControlNet 通讯模式，实时监控的系统，具备生产管理功能，对湿区各主要生产环节及辅助环节的生产过程实时数据采集、选择、操作、传输、配料、清洗、显示、打印；上位机采用DELL计算机，提供友好的人机界面和方便的操作方式。画面包括：净乳机、各CIP站、收奶、标准化流程画面、操作画面、调节画面、趋势画面、报警画面、分组画面、报表画面。 

2.通讯网络 

由于PLC网络中采用了以太网网络技术，因此许多PLC产品都支持以太网的TCP/IP通讯协议，它们能将控制系统与信息管理系统集成起来，通过以太网网络，用于监视可编程序控制器内存储的各种数据，这样的数据用于数据采集、监控、生产管理、设备维护、生产流程及物料配比等，同时，TCP/IP协议可以使计算机访问使用结构化语言（SQL）的开放型数据库，便于存贮和查询和报表形成。 

3.无扰切换投入 

鲜奶不易保存，为了不影响生产的正常连续进行，我们在项目的实施过程中，采用“无扰切换投入”方式。CIP COLD PLC在原来生产中，只有A、B、C、D四组主干管线，此次扩为五组，每组线组合方式与原来也不同，并且每组的所包含的分支组合也有所增加，给扩建控制站投入带来很大困难。 

根据其管线和工艺特点，可充分利用通讯网络资源。在通讯DH+网络接点上，建立一个新的PLC-5站；用新的管线组合选择来进行软件编程和上位机、其他控制器之间的通讯，在此PLC上进行程序逻辑控制，将程序输出的自动控制位上临时屏蔽，通过网络通讯，软件用MSG指令进行通讯，将自动控制位传输到原来的PLC站上，而此PLC只执行输出动作，没有逻辑控制，只相当于一个“I/O”设备，实现I/O转换；随着工艺管线增加，程序的I/O控制点逐步与实际新的I/O相对应，原有PLC的功能被新的PLC代替，实现逻辑切换。完成无扰切换后，将旧的PLC的程序部分修改，改造成为CIP HOT STATION控制站，实现新控制站投入。 

结束语：经过本次扩建和改造，整个湿区的自动化控制系统实现较为全方位自动化，数据集中监控和管理的信息化。此自动化系统改造的成功使它成为亚洲乃至世界上的现代化乳品企业。同时，增强了企业的市场竞争能力，并在世界乳品市场的激烈竞争中获得成功。 




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