西门子模块6ES7223-1HF22-0XA8质量保障

西门子模块6ES7223-1HF22-0XA8质量保障

随着我国经济的高速发展和城镇化程度的不断**，工业污水和生活污水日益增多。为维持经济的持续、健康增长和生态环境的良性循环，必须对工业及生活污水加以处理。目前，在我国主要城市和经济发达地区的城镇均已建成了各种规模的污水处理厂，但大部分经济欠发达地区的县市和小城镇没有对各类污水采取处理措施，而是直接排入附近河流。随着环保要求的不断**，未采取污水处理措施的小城镇在未来若干年内必然会建立污水处理厂。小城镇量大面广，对污水处理设施的需求量很大。受投资额的限制，这些污水处理厂更愿意采用经济、实用的产品。本文介绍的监控系统在满足污水处理设备安全、高效运行的具有很好的性价比，具有良好的经济、社会效益和推广前景。
2原方案分析
在污水处理厂内，各种污水处理设备分布较分散。为监视现场设备的运行参数和运行状态，需要建立一套中央监控系统。该监控系统由现场检测、数据采集和处理、数据通讯和中央监控等部分组成，现场检测仪表检测到的设备参数和运行状态经过处理后通过计算机网络上传至中央控制室，中央控制室内的运行人员通过监控计算机监视全厂设备的运行状态。运行人员根据运行参数和设备运行状态发出各种控制指令，控制指令通过计算机网络传到现场，控制设备的相应动作。
现场需要对模拟量和开关量进行监控，主要模拟量有**信号、液位信号、压力信号、阀门开度信号等，主要开关量信号有刮泥车和吸泥车的启动、停止、运行、到位、故障及真空泵的工作状态等等。这些现场设备与中央控制室距离较远，目前大多数监控系统由分布式I/O完成检测与控制，现场设备与中央控制室之间的数据交换大都采用DP网络连接方式，在中央控制室设置DP主站，现场设备作为DP从站挂在DP网上。系统结构简图如图1所示。一个污水处理厂包括多个现场设备，每个现场设备作为1个DP从站连接到DP总线上。采用这样连结方式，现场施工工程量很大，需要架设电缆和桥架，费用较高，并且每个DP从站与DP主站之间采用有线连接，电缆容易损坏，维护起来比较麻烦。

针对传统控制系统存在的缺点，我们提出了基于和利时公司小型一体化PLCHOLLiAS-LECG3的无线解决方案。该方案的系统结构如图2所示。与传统通讯方案相比，该方案在现场设备和中央监控室间采用了无线通讯方式，具有传输距离长、可靠性好、抗干扰能力强、节省电缆、维护成本低等优点。
3方案设计
如图2所示，该方案采用和利时公司的小型一体化PLC的CPU模块LM3107进行数据采集和传输。LM3107本身自带RS232通讯接口，通过RS232连接到天线上，天线之间采用Modbus协议，具备CRC校验，协议简单、可靠性高。通过天线，可以实现远距离Modbus无线通信，从而实现了每个污水池（Modbus从站）的数据与上位（Modbus主站）之间的数据交换。Modbus主站再通过DP通讯模块接入DP总线，这样就可以实现所有现场设备（Modbus从站）与中央监控室（DP主站）之间的数据交换，完成数据采集与控制功能。

图3为数据流程示意图，每个模块之间的通讯都是双向的。对于污水池采集上来的数据，模拟量通过模拟量输入模块LM3310输入到下位LM3107模块（Modbus从站），开关量直接输入下位LM3107模块（Modbus从站），上位采用1个LM3107CPU模块与1个LM3401DP从站模块连接到DP网络中。
下位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus从站，上位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus主站。LM3107模块支持标准的ModbusRTU协议，上位与下位LM3107之间采用Modbus通讯。上位的LM3107再通过LM3401DP从站模块与中央监控室进行数据交换。
无线通讯可以根据实际情况选择如下Modbus通讯参数：
校验：奇校验、偶校验、无校验
位数：7位、8位
波特率：300bps、600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps

4方案优势
本文提出的解决方案具有如下优势：
1.只需要1条DP线就可以把所有污水池采集的数据传送到中心监控室DP主站，与传统通信方案相比节省了大量通讯线缆，也减小了线缆施工工作量，**了系统的可靠性和可维护性。
2.采用无线通讯方式，数据传输距离长，数据利用天线透传，传输的距离与天线有关，多5K米。
3.采用LM3107可以实现多247个Modbus从站互联，节省了每个污水池的DP从站模块费用，取而代之的是每个污水池做为Modbus从站存在，只需要1个DP从站即可实现所有的污水池数据与中心监测站数据的交换。
5结束语
经过一段时间的调试和试运行，由HOLLiAS-LECG3系列小型一体化PLC作为控制系统的无线监控方案已成功应用于污水处理现场。实践证明，该设计方案整体成本较低、数据传输距离长、可靠性好、抗干扰能力强、维护成本低、可操作性高，在市场中具备强有力的竞争能力，为污水处理行业增添了一套完善的解决方案。

随着我国经济的高速发展和城镇化程度的不断**，工业污水和生活污水日益增多。为维持经济的持续、健康增长和生态环境的良性循环，必须对工业及生活污水加以处理。目前，在我国主要城市和经济发达地区的城镇均已建成了各种规模的污水处理厂，但大部分经济欠发达地区的县市和小城镇没有对各类污水采取处理措施，而是直接排入附近河流。随着环保要求的不断**，未采取污水处理措施的小城镇在未来若干年内必然会建立污水处理厂。小城镇量大面广，对污水处理设施的需求量很大。受投资额的限制，这些污水处理厂更愿意采用经济、实用的产品。本文介绍的监控系统在满足污水处理设备安全、高效运行的具有很好的性价比，具有良好的经济、社会效益和推广前景。
2原方案分析
在污水处理厂内，各种污水处理设备分布较分散。为监视现场设备的运行参数和运行状态，需要建立一套中央监控系统。该监控系统由现场检测、数据采集和处理、数据通讯和中央监控等部分组成，现场检测仪表检测到的设备参数和运行状态经过处理后通过计算机网络上传至中央控制室，中央控制室内的运行人员通过监控计算机监视全厂设备的运行状态。运行人员根据运行参数和设备运行状态发出各种控制指令，控制指令通过计算机网络传到现场，控制设备的相应动作。
现场需要对模拟量和开关量进行监控，主要模拟量有**信号、液位信号、压力信号、阀门开度信号等，主要开关量信号有刮泥车和吸泥车的启动、停止、运行、到位、故障及真空泵的工作状态等等。这些现场设备与中央控制室距离较远，目前大多数监控系统由分布式I/O完成检测与控制，现场设备与中央控制室之间的数据交换大都采用DP网络连接方式，在中央控制室设置DP主站，现场设备作为DP从站挂在DP网上。系统结构简图如图1所示。一个污水处理厂包括多个现场设备，每个现场设备作为1个DP从站连接到DP总线上。采用这样连结方式，现场施工工程量很大，需要架设电缆和桥架，费用较高，并且每个DP从站与DP主站之间采用有线连接，电缆容易损坏，维护起来比较麻烦。

针对传统控制系统存在的缺点，我们提出了基于和利时公司小型一体化PLCHOLLiAS-LECG3的无线解决方案。该方案的系统结构如图2所示。与传统通讯方案相比，该方案在现场设备和中央监控室间采用了无线通讯方式，具有传输距离长、可靠性好、抗干扰能力强、节省电缆、维护成本低等优点。
3方案设计
如图2所示，该方案采用和利时公司的小型一体化PLC的CPU模块LM3107进行数据采集和传输。LM3107本身自带RS232通讯接口，通过RS232连接到天线上，天线之间采用Modbus协议，具备CRC校验，协议简单、可靠性高。通过天线，可以实现远距离Modbus无线通信，从而实现了每个污水池（Modbus从站）的数据与上位（Modbus主站）之间的数据交换。Modbus主站再通过DP通讯模块接入DP总线，这样就可以实现所有现场设备（Modbus从站）与中央监控室（DP主站）之间的数据交换，完成数据采集与控制功能。

图3为数据流程示意图，每个模块之间的通讯都是双向的。对于污水池采集上来的数据，模拟量通过模拟量输入模块LM3310输入到下位LM3107模块（Modbus从站），开关量直接输入下位LM3107模块（Modbus从站），上位采用1个LM3107CPU模块与1个LM3401DP从站模块连接到DP网络中。
下位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus从站，上位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus主站。LM3107模块支持标准的ModbusRTU协议，上位与下位LM3107之间采用Modbus通讯。上位的LM3107再通过LM3401DP从站模块与中央监控室进行数据交换。
无线通讯可以根据实际情况选择如下Modbus通讯参数：
校验：奇校验、偶校验、无校验
位数：7位、8位
波特率：300bps、600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps

4方案优势
本文提出的解决方案具有如下优势：
1.只需要1条DP线就可以把所有污水池采集的数据传送到中心监控室DP主站，与传统通信方案相比节省了大量通讯线缆，也减小了线缆施工工作量，**了系统的可靠性和可维护性。
2.采用无线通讯方式，数据传输距离长，数据利用天线透传，传输的距离与天线有关，多5000米。
3.采用LM3107可以实现多247个Modbus从站互联，节省了每个污水池的DP从站模块费用，取而代之的是每个污水池做为Modbus从站存在，只需要1个DP从站即可实现所有的污水池数据与中心监测站数据的交换。

水泥生产车间一般具有高温、高湿、高粉尘等恶劣工业环境，要求控制设备和控制网络（工业以太网）必须具备工业级标准，以确保在恶劣环境下能够长时间稳定工作。KIEN6000系列工业以太网交换机完全符合工业标准，在耐高温、抗电磁干扰、耐高湿和冗余电源等方面具有很强的适能力，10年的平均无故障工作时间完全能够满足控制系统对网络通讯设备的苛刻要求。
　　整个系统组成如下：
　　1.监控系统：软件采用wincc ,工业以太网，Kyland KIEN 6000工业以太网交换机
　　2. PLC控制系统
　　主要使用产品：
　　KIEN6000工业以太网交换机
　　1产品描述
　　卡轨式交换机KIEN6000-2S/2M具有2个上联冗余的100Mbit/s光口，利用上联冗余光纤接口，可以组成光纤自愈环网；系统在出现故障时环网冗余倒换的时间小于500ms，**系统可靠性。2个可以组成电口自愈的100Mbit/s电口。系统在重新组太时冗余倒换时间小于300ms，4个普通的10/100Base-T的双绞线端口，由于具有自适应功能，每个端口能自动的设置到10BASE-TX或100BASE-TX状态及全双工或半双工的运行模式。该设备可通过即插即用的方式连接，该功能节省启动的时间。提供24V电源冗余，增强了网络及系统的可靠性。
　　KIEN6000-2S/2M具有基于WEB管理网管系统。这些功能为快速建立和安装提供了简单、便捷的途径。
　　系统供电采用+24V供电，亦可设置成冗余方式。
　　
　　2设备参数
　　· 2端口为100Mbit/S的光口，支持光口自动协商的功能。
　　· 6端口为100Base-TX的电口，带屏蔽RJ-45，支持自动协商和自动识别极性的功能。符合IEEE802.3标准。
　　· 系统传输距离：多模大于8dbm,传输距离5KM
　　单模大于8dbm,传输距离30KM
　　· 系统冗余倒换时间：小于500ms
　　· 存储转发速率148810 PPS
　　·  MAC地址表8K
　　· 供电电源：+24VDC
　　· 系统供耗：小于5W
　　· 运行温度：-30℃~~70℃
　　· 运行湿度：10%~~~95%
　　·  EMC 符合GB9254－1998
　　· 机箱结构：51×136×100mm
　　· IP30防护等级，铝制外可壳
　　· DIN导轨式安装

一.系统网络图:

*WEC(WirelessEthernet Client)
*AP(Accesspoint)

二. 对系统的说明:

1. 关于无线通信网络

整个网络由固定侧的无线HUB 和移动侧的无线以太网客户端构成的无线以太网进行连接, 在固定侧的无线HUB上面,连接监控计算机和NS,在移动侧的无线以太网客户端通过以太网与PLC 相连接. 通过此无线网络, 固定侧的无线HUB 上面的上位计算机完成对所有PLC的监控, 而NS 完成与其相连接的PLC 监控. 整个无线网络的通信速率可以达到11Mbps,距离可以达到300m.

2. 关于PLC 与激光测距仪和值旋转编码器的连接
通过查阅, 以上两种检测设备除提供PROFIBUS-DP 接口以外,还提供DEVICENET 接口;激光测距仪还有RS-422/RS-232 接口和模拟量输出. PLC 与它们的连接方式,

可以采取以下连接方式:

1) 采用DEVICENET 连接方式, 此方式从技术方面来讲应该好.
2) 激光测距仪通过串口连接,用协议宏方式通信, 而值编码器通过I/O 口相连接,使用GRY 指令.此方式需要考虑整个系统的响应时间,决定是否可行.

附件四: 无线HUB（AP）：
1) D-bbbb Air DWL-700AP(802.11b)

D-bbbb Air DWL-700AP 访问节点是为了给2.4GHz 无线局域网用户提供低成本，但能安全地访问IEEE802.11b 无线局域网而设计。这款访问节点结合行业标准实现了桥接、中继器模式等多种功能，并且有像WEP,TKIP 和AES等增强的IEEE802.11i 安全特性，在一个可以接受的价格下给您提供无线局域网的互用性和多功能性。

这款AP 结合了先进的芯片技术和安全特性，具有数据传输迅速、可靠性高的特点。

借助简单易用的管理界面，可实现对MAC、IP、bbb等多种类型地址的过滤。DWL-700AP能被设置为以下任何一种工作模式：（1）作为无线网络访问节点；（2）作为点对点的桥接设备与其他访问节点进行通信；（3）作为点对多点无线桥接设备；（4）作为无线客户端；（5）作为中继器。DWL-700AP的这些功能让您可以灵活地配置设备，您可以在家里或者办公室里，在一个正常的无线操作范围内把它当作一台访问节点，或者当无线用户增多并且要在一个广阔的范围内扩展时，可以把它为一台桥接或中继设备连接两个或多个无线网络。

2) TP-bbbb TL-WA200

TL-WA200 基于802.11b 标准，可以高提供11Mbps 的传输速率，有效传输距离在室内为120 米，室外为350米。提供256bit 的WEP 加密，数据传输的安全性较高。它还提供了作为无线AP，提供无线网卡的接入；

作为点对点的桥接设备，实现多无线网络互联，并完成无线网络漫游；作为客户端，实现有线网络与无线网络的互联，将以太网接入无线网络。TL-WA200不支持WEB 管理，但能直接通过USB 接口用Utility 管理，但很多人习惯WEB 登陆，为避免困扰，厂家特意不提及defaultIP，且不提供交叉网线，而是自带了一根USB 线缆。

Transline是一种汽车应用，提供由西门子开发的在普通结构中集成如铣、车、镗、磨、组装和测试等动力传动系统制造功能的系统解决方案。基于其SinumerikCNC和SimaticPLC平台的车载功能，西门子Transline采用了普通硬件和软件组件，以及在所有机床和其他设备中的HMI。这样ITP2所有40个机器制造商可以使用一种PLC编程工具和标准编程语言。如AME的Joe证实的那样，“这一系统使对ITP2操作人员和维护人员的培训更加容易，他们操作机器的效率更高并大大缩短学习时间。”

由于机床是在多个国家的工厂生产的，2002年5月在斯图加特西门子办公室举行了一个项目研讨会，克莱斯勒集团和所有机器/设备供应商有代表出席。研讨会上审察了所有变化，并终确定了整个控制机制。如Bash指出的，“西门子不得不符合克莱斯勒集团和北美汽车标准。我们的主任工程师之一AndrewGrimshaw几乎访问了所有机器制造商，以解决机器之间的通信问题。”

随后克莱斯勒集团和西门子工程师进行了数次现在旅行，以审查终建造阶段和亮相展示。

“2003年早些时候，随着机器运至Kokomo，”Joe说。“我们按文字说明插入，它们都可以一同运行。我想当交响乐指挥听到所有乐器演奏同一张乐谱时，他也有同样的感觉吧。”他解嘲地说。

ITP2的工厂经理附和了这一观点。“这是克莱斯勒集团历史上成功的新工厂启动，建立这样一个协同生产格局有很大挑战。” EdVondell说，他也指出其团队所接受的培训是他们能快速达成生产目标的关键。

“由于我们已考察了欧洲正在进行的项目，Transline系统解决方案所需要的学习时间很短。”Joe补充道。“这使连接‘bingo’板与区域控制器和信息高速公路上的主机服务器更加容易。”为了更便于工厂启动，西门子不仅在ITP2工厂，在提供大部分设备内容的机器制造商中也有现场工程师。其中包括Heller、ICA和Gleason。

机器/设备/控制供应商之间的密切合作，DCS AME工程师和ITP2员工得以按时在预算内交付所有系统组件。

在ITP2厂区，铸铁、钢和铝被加工组装成W5A580变速箱。从像车幅一样的卫星工作单元送料，中间件被运送到集中组装区，在这里进行装内外壳的后组装，压力/泄漏测试并传送至集结区。在集结区，扫描标识每台变速器特定型号目的地的栈板条码。产品被包装并发送至的适当的工厂进行车辆安装。

如制造工程所细述的，ITP2有五项操作原则。“我们对操作人员提供支持，尽可能地标准化，在针对“bingo”板上“go/no-go”执行红/绿二进制通信协议，保持简化的中央组装策略以缩短人员移动的距离，重要的是依赖于我们技术的持续改进使工厂保持大效率。”

工厂设施的质量控制和工具变化哲学似乎一直持续进行。克莱斯勒集团控制工程师Rich Schrauben和YancyLaubsch以及模具工程师DeanBazata证实了这一事实。Rich负责铝加工部分，而Yancy掌管着钢齿轮和轴的加工部分。

Schrauben对于其厂区内Transline的评价是，由于不同的机器为PLC进料，要花些时间学习不同模块和程序，但Sinumerik840D(CNC)公共控制使从一种机器到另一种机器的迁移更为容易。他嘲解道，西门子控制的编程灵活性和开放结构，给同一编程模块中组合不同语言协议带来无数种可能。当合并源代码文件时，特别是如果做了什么变化时，确实带来很大挑战。

Laubsch对这一观点表示赞同。他没有负责过西门子控制系统，他从ITP1来到ITP2，在那里他主要与其他制造商工作。他列举了西门子PLC、CNC和Profibus现场总线的直接集成。“由于Profibus系统很简单，很少出现硬件I/O问题。”他还指出，就操作识别和故障发现解决而言，通用TranslineHMI显示屏性能极好。

Laubsch提到了一个随着机器开始从机器制商处运抵时，其团队面临的特殊挑战。“所有机床都规定了梯形逻辑。我们的电子技术人员了解所见到的产品时有些困难。”他又说替代产品马上就发送了。

“我们的操作人员对于Transline系统解决方案做出了正面的响应，由于在我们的厂区有近100种机器和辅助设备，只有几种在系统中。”西门子也提供了该一部门中大多数机床、旋转分度器和热处理设备的驱动和发动机一整套方案。

由于Dean Bazata关注的是ITP2中的模具，他从不同角度对Transline给予了评价。他对GEFanuc和Allen-Bradley控制系统有丰富经验，但对西门子了解甚少。

“从一开始我们就注意到培训时间缩减了。通用显示屏给予我们操作人员很大的厂内灵活性，由于他们大多数都可以轻易地操作数种不同机器。”

他描述了工具变化的流程。“克莱斯勒集团设计听取了我们关于成本改进或其工程师如何开发更经久耐用的解决方案方面的建议。各种变化通过制造工程再到我这里。我们会审查变化，如果同意就会实施。这些变化可能涉及材料、速率、供料速度、模具形式，甚至是编程工具。由于PC的前台和特别是西门子HMI非常使用，这使变化执行容易得多。”