西门子6ES7212-1BB23-0XB8产品型号
1 引言
方便面是食品工程时代的快速食品。方便面极大的满足喜好面食的东方人对于谷物食品的现代化生活需求。基于现代食品工程的方便面制造具有安全卫生营养廉价等等一系列的特点，在中国有着巨大的市场容量。
2 工艺分析
方便面生产工艺过程如下：供给面粉―和面机和面―输送机―复合压片机形成初步压片―连续压片机―面刀切成面条形成波纹―蒸面机蒸熟―拉伸(袋面无)－切断落盒――油炸脱水―冷却―分流―排队―包装
2.1 和面机工艺简述
和面机简单工艺流程为：自动启动―和面机门关好―要求供粉―启动供粉完成―和面机高速运转(包含打干粉―加水)―中速运转―低速运转－允许下料的话就开门―下料―关门―要求供粉。
如果不允许下料―则和面机低速运转停止―可以允许下料―工频启动―工频启动后停止10s-低速运转―开门―下料―关门―要求供粉。
2.2 压片机工艺简述
压片机部分包括：输送机――复合压片机形成初步压片――连续压片机――面刀切成面条形成波纹。面粉和好后送到输送机由输送机送入压片机初步压片然后再经过一系列列压片机压片形成正常的面条厚度，再送入切丝刀切丝并形成波浪纹。(要求各机组同步)
2.3 成型部分工艺
成型部分包括：蒸面：将面条蒸熟(同成型部分比例控制)；成型：将熟面条切成碗装或袋装面；脱水：油炸脱水或者烘干脱水(要求同成型保证同步且位置一致)；风冷：将面条冷却下来(要求同脱水保证同步且位置一致)。
包装做为独立系统本文不作表述。
3 自动化系统设计
3.1 系统原理设计
本系统采用施耐德twido系列小型plc作为控制系统，驱动系统采用施耐德atv31变频器，共有24台变频器，plc同变频器之间采用canopen 通信协议通信波特率为500kbps，共分为4个plc子系统，分别为和面机、复合压片机、连续压片机、成型烘干机。4个子系统之间采用modbus tcp/ip通信。系统结构图如图1所示。
图1 系统结构
脱水、冷却、成型部分要求面块落入面盒中位置要求较准因此采用编码器作为反馈，采用pid控制，控制效果比较平滑。比原来用纯比例控制效果好。如果存在累计误差，该误差可以在触摸屏上进行较准。
压片部分采用模拟量光电开关检测面片的高度，用比例+pid方式调节，这样既有比例控制的快速反应性能同时具备了pid控制的平滑性能。而且所有的参数都可以在触摸屏上设定。
3.2 控制系统软硬件
本系统主要采用施耐德(schneid -er-electric)公司的产品，控制部分采用施耐德twido系列plc，驱动部分采用施耐德atv31系列变频器，hmi采用施耐德xbtg系列触摸屏。
(1) 施耐德twido plc：法国施耐德电气公司是世界上的自动化厂商之一，其小型plc twido体积紧凑，节省大量的安装空间而且功能全面，能提供modbus、canopen等协议。广泛应用在各种场合。
(2) 施耐德atv31变频器： atv31系列变频器，体积小功能强大的变频器，功率范围为0.18～15kw，操作非常简单，提供两种通信方式——modbus、canopen协议。内置输入滤波器。广泛应用于风机水泵、物料输送、纺织机械、包装机械。
3.3 人机工程设计
操作人员首先在成型机hmi上设定主速度，以及各种速度比例关系。启动控制系统，和面机和完面后在允许放下和好的面粉后系统自动下料到压片。压片操作人员穿好面片后在全自动位置下与成型机同步。脱水部分和风冷部分亦自动与成型机同步，自动调节偏差。
3.4 canopen通信协议设计
can(controller aera network，控制器局部网)是德国bosch公司在1983年开发的一种串行数据通讯协议，初应用于现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换，是一种多主方式的串行通讯总线，介质可以是双绞线、同轴电缆和光纤，速率可达1mbps，支持多达128个节点；具有高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误，保证数据通讯的可靠性。通信机制比较简单，适合于所有机械的嵌入式网络，可以降低设备的复杂程度，在工业领域(如汽车、电梯、医疗、船舶、纺织机械等)得到了广泛应用，是欧洲重要的网络标准。
图2 打开资源管理器
图3 添加canopen模块和变频器
canopen模块添加变频器如图2、图3所示。图2中#1…#7代表变频器对应的节点地址。
plc同变频器的通信程序示例如下(读取地址1的变频器电流和启动停止控制)所示：
canopen通信初始化
通过通信启动停止变频器
读取变频器电流
3.5 modbus tcp/ip 简述
施耐德twido小型plc还提供了一种集成以太网接口的plc，其在软件上简单设置ip地址网关与从站地址并在程序中规定读取的数据区域。设置如图4所示。
图4 modbus tcp/ip设置
4 结束语
本系统已成功用于数十条生产线，相对减少许多按钮开关，在办公室就可以通过触摸屏监视到现场参数。预留的以太网接口为以后接入信息化网络提供了升级的可能。
1 引言
项目应用背景为实现职业学校的电工技能实训设备的自动化控制和管理，通过成熟的以太网网络实现实验室主控柜与各分控柜之间通讯交换数据。设计时遵循设备可靠，技术先进，功能完备，应用灵活，易于组态，易于扩展的原则。系统节点对象为40台套实验电控柜电气控制系统。
2 控制系统构成及功能
2.1 单柜系统配置(见表1)
表1配置按每个控制柜24点输出信号配置，4个控制柜由一个plc控制输出。因为有40个柜子，故控制系统配置一样，同上配置需要10套。若控制要求有所更改，西门子的扩展性可以满足客户随时调整输入输出和通讯的要求。
40个柜具有plc可连接的扩展模块、程序和数据存储空间、ppi通讯协议、mpi通讯协议、自由方式通讯能力，具有pid控制器，可以通过工业以太网和上位机进行通讯。
(1) 为防止短路，采用固态继电器进行和控制信号隔离，后端为20a电流；
(2) 具有各种安全保护措施(如照明灯上加装透明有机玻璃保护，可靠接地、需更换拉手等)；
(3) 各实训柜通过控制台可进行快速的无线布控故障信号，既可以单独布控，也可以统一控制；可以随机或者指定方案；
(4) 可以把结果存储到计算机统一数据库并进行自动打分记录、打印结果。
2.2 总控制台配置(见表2)
中央计算机总控制台和每一个分控台通过无线以太网相连；可实时监视和控制每一台控制柜的状态；能随机或者指定方案，并可以在主控的计算机里对实训电路进行快速的无线布控；可以把结果存储到计算机统一数据库并进行自动打分记录；上位机软件具备扩展的浏览器功能，即连接到internet之后，可以通过标准的浏览器进行浏览等。
2.3 分控制台配置(见表3)
表3分控台系统一共为5套，主要实现如下功能：
(1) 可在分控台里对控制柜进行快速的无线布控故障信号，既可以单独布控，也可以统一控制；
(2) 可以随机或者指定方案；
(3) 可以把结果存储到计算机统一数据库并进行自动打分记录；
(4) 分控台可以通过无线以太网对每一套plc进行上下载程序；
(5) 对于无线以太网和plc的电源供应，采用工业专用电源模块，直流电源电压为24vdc，电流为4a以上；
(6) 控制中心站采用稳定可靠的工控机作为监控中心，并采用西门子的组态软件wincc。
2.4 电源柜控制系统(见表4)
3 无线以太网系统设计
3.1 系统结构设计
根据控制要求，要完成系统的数据采集、现场的设备控制等功能，具体的系统流程为控制柜的信息需要通过无线的发送方式发送到中央计算机，无线通讯采用西门子的scalan -ce-w的无线以太网模块scalance w 744-1，在plc端将系统采用以太网接入scalance-w，另外中央计算机可以通过以太网的方式将现场采集的信号接入scalance-w，在集中监控中心显示。系统原理结构如图1所示。
图1 系统总体结构
(1) 采用标准的scalance w的天线功率为7dbi，平面无遮挡的可以达到300米左右，室内覆盖距离可达30 m～60m；
(2) 工业无线访问点设备具有强抗干扰能力；
(3) 无线以太网的频带为2.4ghz或5ghz，速度可以达至54mbps，远远高于其他的无线数据传输方式，而且采用的频段在2.4ghz，不容易受到干扰；
(4) 固的金属外壳，防水、防尘，防护等级；也可户外使用，-20℃- +60℃ (防冷凝)；
(5) 现场所有设备的控制采用plc的控制形式，plc主要负责输出的通断，结合其他的控制要求，plc选用采用的是西门子公司的s7-226控制器和cp243-1以太网模块和unimat高密度输出模块。结合实际情况，系统的结构如图2所示。
图2 无线以太网结构设计
信息显示主要通过组态软件，集中监控的上位机采用应用非常普遍、功能强大的西门子公司的wincc，可以完成集中控制信息。通过控制系统的要求，系统事先将各种控制的方案存储在计算机中，当需要选择测试方案时候，可以随机或者指定方案。
3.2 plc无线系统配置
(1) 西门子s7-200cn系列plc，主要是由于其强大的网络功能，以及在扩展和指令集比较有优势。在通讯上采用cp243-1 以太网通讯处理器，通过该处理器，可以实现如下功能：使用step7-mirco/win通过工业以太网配置和远程编程服务(上载、下载程序，监视状态)。通过s7-opc在计算机上处理数据。在工业无线以太网从技术性能以及技术内涵来说与工业以太网是基本一致的，所遵从的协议也基本一样，仅仅在物理层有些区别。以太网是未来系统联网的骨干技术，无线以太网是无线通讯的主要解决方案，工业无线以太网存在的必要性就如同工业以太网存在的必要性：现场总线优点突出，在未来很长时间内有很强的生命力，但工业以太网将成为未来趋势已是无庸置疑；蓝牙等新技术有其独特优势，如果只是单点信号传输，数据量不大，它也是无线系统的有益补充，但对于一个无线网络开放性和系统整合，工业无线以太网的优势是不可比拟的。
(2) scalance w是西门子工业无线局域网产品系列，如图3所示。它基于无线局域网(wlan)技术ieee802.11，帮助用户实现移动设备与固定网络的通讯，也可以实现移动设备间的通讯，坚固、可靠、安全。它适用于各种工业环境，即使在极恶劣的情况下也能够保证网络的可靠性和安全性。scalance w788-1/ wc88-2接入点模块，用于搭建无线局域网，scalance w744-1客户端模块，用于将plc等设备接入无线局域网。对于多个无线以太网系统的抗干扰性能，同类型的通讯设备有可能产生干扰，比如在2.4ghz的情况下，无线以太网技术和蓝牙使用的频段是一样的，如果蓝牙的波形、信号是规则的话，在理论上蓝牙有可能干扰它，但实际情况并不如此，因为信号的数据链路层包括识别帧、数据帧的情况都完全不一样，通过连路程的校验即可克服这个干扰问题，而其他频率的干扰，比如工频干扰或手机信号的干扰信号，因为这些信号所使用的频率与wlan 使用的频段相距比较远，所以基本可以忽视这种型号的干扰因素。
图3 scalance w无线以太网
4 wincc操作和监视系统
wincc即bbbbbbs control center(视窗控制中心)。wincc是西门子的监控系统软件平台，功能强大的全面开放便捷的人机对话接口并且使用简单方便。
图4 屏显实验电气图
在屏幕上将显示学生要做实验的电气图，如图4所示，老师可以在两个端子间给学生设置线路故障，作为考察学生检查电路图故障的实验科目，当选中其中一个或几个线号时，线路断路。当学生正确接线后，此电气图正常显示，若学生接线错误，则显示报警，并可将结果保存以便为学生打分记录。
wincc通过opc方式实现和以太网的通讯。在软件上必须加装pc access，用于做opc server。硬件上cp243-1来实现以太网通讯。
实现cpu s7-200和wincc之间交换数据步骤：在与wincc连接之前，您应该先完成s7-200和opc server之间的通讯。用鼠标右键点击tag management ；在快捷菜单中点击add new driver 。在文件目录中选择opc.chn ；点击open按钮。鼠标右键点击opc groups ；在快捷菜单中点击system bbbbbeter 。点击opc.simaticnet ；点击browse server按钮。在变量列表中选择所需要的变量； 点击add items按钮。
由此将40个柜子中不同的电气线路通断做出不同的方案，老师直接在上位机上选择各种方案来考察学生，减少了重复操作的麻烦。
wincc的报表提供学生的成绩信息，报表可完成或根据操作员的要求随时在打印机上输出或以表格的形式显示在屏幕上，显示在屏幕上的表格主要提供给操作人员一个快速的信息。评分结果保存在短期文档中，可以用曲线、棒图、数字和报表等形式显示。
5 结束语
本工业无线以太网系统应用在国内教育行业的控制柜教学系统中还是比较超前的，系统的实施不仅极大的简化了老师的工作，提高了效率，而且为实时的记录学生的成绩归档，为教学环节信息化提供了一个强有力的武器。在原来的控制系统中多采用的plc其联网功能十分的有限，所以要实现信息化相当困难。通过西门子的小型plc s7-200的强大联网功能，采用新的稳定高速的工业无线以太网，让我校师生享受到了极大的便利。同时，也让广大学生通过实际动手操作练习，加深了对西门子强大的网络功能印象。
