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西门子CP441-1通讯功能模块
西门子产品订货号：6ES7441-1AA05-0AE0

西门子产品价格：98  RMB

西门子产品净重：0.370 Kg

西门子产品承诺：质保一年，原装*

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概述

S7-400 是 SIMATIC 控制器家族功能zui为强大的 PLC。它可以成功实现全集成自动化 (TIA) 解决方案。S7-400 是一个用于制造业和过程工业系统解决方案的自动化平台，其主要特点是具有模块化的结构并拥有性能储备。

S7-400

• 中端到性能范围内功能强大的 PLC
• 可满足要求极为苛刻的任务的解决方案
• 模块和各种性能等级 CPU 可针对具体自动化任务进行调整
• 可实现分布式结构，适用十分灵活
• 连接方便
• *通信和联网功能
• 操作方便，设计简单，不含风扇
• 任务增加时可顺利扩展
• 多重计算：
  多个 CPU 在一个 S7-400 *控制器中同时运行。
  多重计算功能可对 S7-400 的总体性能进行分配。例如，可将复杂的技术任务（如开环控制、计算或通信）进行拆分并分配给不同的 CPU。可以为每个 CPU 分配自己的 I/O。
• 模块化：
  通过功能强大的 S7-400 背板总线和可直接连接到 CPU 的通信接口，可实现许多大量通信线路的高性能操作。例如，这样可以拥有一条用于 HMI 和编程任务的通信线路、一条用于高性能等距运动控制组件的通信线路和一条“正常”I/O 现场总线。另外，还可以实现额外需要的与 MES/ERP 系统或 Internet 的连接。
• 工程组态和诊断：
  结合使用 SIMATIC 工程组态工具，可极为高效地对 S7-400 进行组态和编程，尤其对于采用高性能工程组件的广泛自动化任务。为此，可以使用高级语言（如 SCL）以及用于顺序控制、状态图和工艺图的图形化组态工具。

S7-400H

• 具有冗余设计的高可用性自动化系统。
• 用于具有很高故障安全要求的应用：
  重新启动成本很高、停产代价高昂、几乎不需要监视且维护选项较少的过程。
• 冗余设计的功能
• 提高 I/O 的可用性：切换式 I/O 配置
• 也可使用具有标准可用性的 I/O：单侧配置
• 热后备：发生故障时，自动切换到备用设备。
• 包含 2 个单独机架或一个分隔式*机架的配置
• 通过冗余 PROFIBUS DP 或系统冗余 PROFINET I/O 来连接切换式 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自动化系统，适用于具有很高安全要求的工厂
• 符合相关标准的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）
• 如果需要，也可通过冗余设计来实现容错
• 不对安全相关 I/O 进行额外接线
• 通过采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS DP 实现安全通信
• 基于带有故障安全模块的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
• 适用于非安全相关应用的标准模块也可以在自动化系统中使用
• 隔离模块用于在一个 ET 200M 的安全模式下组合使用故障安全模块和标准模块。

西门子产品订货号：6ES7441-1AA05-0AE0

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基于WinAC的酵母发酵FCS系统

　　1 开发背景

　　酵母在食品、酒业、轻工、环保各个领域应用十分普遍，需求量较大，在国民经济中占有很大的比重，然而其生产过程极其复杂，工艺难以控制，主要表现在酵母生产过程中，其发酵过程的复杂性和高度非线性等诸多因素使其具有动态性和难以预测性，同时发酵过程中高温、高湿、长周期发酵等严酷的工况条件，都对其反应器 控制系统提出了更为严格的要求。为了实施严格的工艺控制，降低废品率、提高生产效率，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)技术，使其发酵过程的控制系统得以完善。

　　2 FCS的要求以及硬件平台

　　根据发酵工艺的要求，要求fcs具备如下功能:

　　实时采集保温罐和发酵罐内的温度、ph值、溶解氧等环境参数;

　　实时控制各种电磁阀、隔膜阀等各类阀门，以及间隙工作的各类补料泵等;

　　实时控制保温罐和发酵罐蜜糖的搅拌电机转速;

　　现地的控制单元要与车间级的工艺控制服务器实时通信，传递各种现场工艺参数;

　　现地的控制单元要求具有现地操作和远程操作两种功能，以提高系统的可靠性;

　　与企业mis系统中工艺控制数据库连接、实现企业的管控一体化，使远方终端可以浏览现场数据，或进行干预。

　　针对上述要求，每个现地自动化监控单 元(共2个)的plc采用siemens的s7-300系列。plc总体配置如下:

　　*处理模块(cpu):选用cpu316-2，内存ram扩展到64k。

　　数字量输入模块(di):选用sm321，共2块(16点/块)。处理32点输入信号。

　　数字量输出模块(do):选用sm322，2块为16点/块，处理32点输出信号。

　　模拟量输入模块(ai):选用sm331，共1块(8点/块)。处理8点输入信号。

　　模拟量输出模块(ao):选用sm332，共1块(4点/块)。处理4点输入信号;

　　通信模块:选用cp343-5，共1块，1块为profibus-dp接口。

　　plc采用了2个框架，在每个rtu信号柜内有2个plc，其中一个为工作框架，另一个为备用扩展框架，通过im361扩展连接，这样简化了接线，大大地 提高可靠性。

　　为了便于使用winac，在生产工艺服务器上安装一块基于pc的软plc(softplc)winac适配卡cp5611，这样系统生产服务器既作为 plc的软控制器，承担远程控制功能，又作为监控、管理计算机，同时还可进行新工艺组态，实现一机多用。每个现地控制单元中重要的输入/输出模块通道都设 有冗余，便于功能扩展和维护，同时具有手动/自动两种操作模式，便于脱离上位机独立操作。上位机和各控制单元之间通过profibus-dp总线实现数据 传送，由于系统设计为一总线式的分布式监控系统，每个现地控制单元均可独立于上位机运行，将危险进行了分散，使维护方便，提高了可靠性，符合分布式控制和模块化设计思想，且在工艺成熟后的生产扩大化过程中，可直接套用本控制系统的软硬件方案，缩短工业扩大化周期，提高企业的竞争力。fcs的控制原理图见图 1所示。

　3 发酵控制策略

　　3.1 生产工艺控制

　　对保温灌和发酵罐的上、中、下3个测量点的温度和罐内压力实现自动检测、自动控制，为防止罐内蜜糖加热时烧结，在两个罐内安装有变频调速搅拌叶片。整个发 酵过程按照酵母发酵的机理，根据主酵→双己酰还原→冷却→酵母回收→后贮等阶段，分别按照设定的工艺控制曲线进行控制，并采用滞后预估和实时pid调节等控制方法，使系统控制精度符合工艺要求，保证了系统安全，强化了生产管理，为经济责任制的考核提供了依据。

　　酵母的发酵是一种机理和工艺控制十分复杂的生化反应。表现为反应时间长、惯性大、不易控制、尤其是发酵罐三点温度控制是相互关联、相互影响的。我们从整体考虑，采用预估、时间pid以及模糊控制方式，按照设定的工艺控制曲线进行监测控制。

　　整个控制过程程序为:主酵阶段的自动控制程序、双己酰还原阶 段控制程序、冷却排酵母阶段控制程序和后贮阶段的控制程序四个阶段。

　　为了防止蜜糖在罐内烧结，在保温罐和发酵罐内分别安装有搅拌用的叶片，叶片的转速根据监测的温度来调节，温度偏高时加速、否则减速，为达到此目的，同时为了提高三相异步电机的执行效率，采用了基本型micromaster420变频器，对三相异步电机实现调速控制。该变频器特别适合大力矩电机的拖动，采用三相(380v)交流输入。

　　进出保温罐和发酵罐的流量均通过电磁阀控制，电磁阀的开度有s7-300的d/a模块sm332控制，其0.05～5.0v的模拟量的输出分别对应电磁阀 开度的1%～90%，并按线性比例调节，2个罐内的压力测量可以监测蜜糖的液位来去定和校验。压力测量包括两个方面，一是蜜糖液位压力、一是高压罐上面的空气压力监测。

　　现地控制柜内所有的继电器以及接触器、断路器等均有s7-300中的数字量输入/输出模块sm321、sm322实时监测与控制。

　　每台现地单元可以单独设定参数并监控运行数据，同时安装一台触摸式人机交互界面，并通过profibus-dp网络负责对现地监控单元所有接口与实时运行 参数进行实时监控，按照工作分层和控制任务分层的概念，将整个控制系统的生产管理主控制器采用winac, 担负着fcs的主控profibus-dp网络管理及网络服务器工作，任务控制系统的软件核心、配方数据库等均由winac控制器完成。基于winac控 制系统保存了基于pc自动化完整的优点与特点外，更有设计坚固、可扩展性强等特点。

　　3.2 基于winac的过程控制的特点

　　winac是siemens公司推出的基于pc的自动化控制系统，不仅实现了在pc上实现plc的功能，同时它将plc与pc间实现*的集成，将控制、数据采集、通讯、人机界面及其它技术完整地结合一起，集成于一台pc上。在本系统中，由于酵母发酵本身是一个十分缓慢的过程，我们选用了基本型的 winac系统，(即plc+cp5611+winlc+ipc+windows2000)。其*的应用思路以及高可靠的运行品质给我们的设计和应用以 及本系统操作人员带来许多好处:

　　(1) 由于winac集成了step7 和wincc，对现地控制单元的plc在上位机编程即可，而改变了以往单纯用step7编程、调试、下载等繁琐的步骤以及在上位机还要编写人机交互程序带来的重复劳动的麻烦，现在一步到位，节省了我们大量的开发时间。这是我们开发单位zui受益之处。

　　(2) 由于winac运行在pc平台上，它改变了传统的plc控制方式和运行模式，在实时控制、数据采集、数据通讯、人机交互、逻辑处理、网络功能等方面可以充分利用pc平台以及windows的丰富资源，使系统更加完善，使系统操作更加简单易行，使得本系统的使用单位不需花费太多的精力和人力对系统进行维护、完善。

　　(3) 由于winac实现了plc与计算机数据的高速交换，工艺控制参数以及系统、设备的状态参数均可在pc平台上实时显示，利于我们将必要的实时状态参数和运行参数通过windows操作系统的强大网络连接功能无缝地连接到企业mis系统中，供生产管理人员浏览、监视;而弥补了以往plc网络功能不强的缺陷; 真正实现了企业信息自动化和管控一体化。

　　(4) 由于winac除具有计算机的强大功能外，更将plc的控制方式、控制安全性、分布式数据测控特点与计算机集成于一体，使本监控系统更加安全、可靠。本系 统运行一年多来，除系统自检出一台电机潜在的故障外，系统一直运行良好，深受使用单位的好评，这得利于我们使用了winac。

　　(5) 由于winac 提供了opc服务器功能，且提供了将控制中的过程数据与excell、access等方便连接方法，因此更适合生产、计划、管理部门人员利用office 办公软件对生产数据进行统计分析，形成office文档，供上级部门人员浏览，实现了生产控制信息和企业管理信息共享的目的，这是本系统设计的初衷。

　　3.3 生产工艺服务器软件设计

　　生产工艺服务器的操作系统选用windows 2000 professional + service pack 3，基于pc 的控制软件采用winac basic v3.0、plc组态编程工具采用simatic step7 v5.1、人机交互以及数据管理、分析、存储等采用visual basic 6.0 开发，并在生产工艺服务器上安装siemens winac软件作为dp主站联入profibus dp1 网络中，编程采用siemens公司提供opc(ole(object linking and embedding) for process control)服务。winac、opc以及visual basic的关系

　　三者之间 的关系见图2所示。

　　在整个系统中，基于pc的winac、现场总线和分布式i/o结合的优点表现为简化了系统的体系网络结构和设备设计、提高了系统的通讯效率、降低了硬件和 备件投资，易于调试和维护，同时充分利用pc中cpu*功能，winac控制器在数据处理、用户算法和多回路调节的控制任务中的特点，基于pc的一体化设计大大提高了控制器、人机界面和网络部件的数据交换速度。同时，与传统的plc解决方案相 比，simatic基于pc的自动化有明显的性能价格优势。