高速水汽線數字化改造網絡拓撲架構淺談

毛定秋 吳嘯雄

[摘? ? 要]隨著信息技術和互聯網技術的不斷發展，工業和互聯網的不斷深度融合是大勢所趨，所以娃哈哈集團有限公司作為國內飲料生產企業的龍頭，在生產線數字化和智能化方面也進行了嘗試，同國際知名企業德國西門子公司合作對一條先進的高速水汽線進行了數字化和智能化改造，本文探討的是生產線底層的通訊網絡、硬件需求及網絡拓撲架構的設計思路及方案，以便于適應生產線數字化和智能化改造對生產線底層網絡的需求。

[關鍵詞]網絡拓撲;WINCC;數字化生產線;PLC

[中圖分類號]TP393.0[文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）09–00–03

[Abstract]With the continuous development of information technology and Internet technology， and the continuous deep integration of industry and Internet is the general trend. Therefore， as the leader of domestic beverage production enterprises， a domestic large-scale beverage production enterprise in which the author works， as the leader of domestic beverage production enterprises， has also made an attempt in the digitization and intellectualization of production lines， which is similar to Germany， a well-known international enterprise Siemens Co.， Ltd. has carried out the digital and intelligent transformation of an advanced high-speed water vapor line. This paper discusses the design ideas and schemes of the communication network， hardware requirements and network topology architecture of the production line， so as to adapt to the needs of the digital and intelligent transformation of the production line on the bottom network of the production line.

[Keywords]network topology; WinCC; digital production line; PLC

54 000瓶每小時高速水汽線改造的方案是采用西門子公司的SIMATIC S7-1500 PLC以及上位機監控系統Wincc作為系統平臺。同時加入基于批次配方的專用過程管理軟件PM Control，Pm Quality等。新增CONNECTIVITY PACK通訊選件包，為信息系統提供數據接口，保障數據的完整性和統一性，為將來做更多數據分析和數據優化提供便利。中央集控系統全面采用西門子的Profinet網絡，實現CPU同遠程ET200SP的連接，CPU與現場IPC的連接，CPU同上位機的連接等。整個底層車間及系統總線采用100M工業以太環網，上位機監控層采用1000M光纖通訊。

1 車間設備層網絡架構拓撲圖及通訊網絡

車間設備采集層網絡采用西門子的Profinet網絡，實現PLC與遠程ET200SP的連接，PLC與現場IPC的連接，PLC同上位工控機的連接。網絡連接圖如圖1所示。

車間設備層級網絡采用西門子X204管理型交換機，通過安裝有西門子ET200SP的遠程I/O數據采集站的數據采集箱對生產線的各單機設備進行數據采集和控制，西門子管理型交換機和現場數據采集站分別分配相應的IP地址，通過西門子profinet網絡協議進行通訊聯接交換數據，需要注意的是所有的地址需在同一網段。由于生產線單機設備眾多，設備也較分散，所以采用西門子的這種遠程I/O站點的方案比較合適，現場布線接線工作量小，安裝調試及后期的維護相對簡單容易，此方案性價比高。如圖2所示。

由于整個車間的單機設備眾多，再加上能源動力的輔機設備和倉庫的碼垛噴碼設備等距離車間較遠，車間的設備的通訊數據量大，實時性要求高，所以整個車間級系統采用100M工業以太環網光纖連接的方式，通訊在遠距離和網絡中某個接點通訊故障后依然可以建立有效的連接，保證數據通訊的快速性和可靠性，中控網絡機柜的交換機采用西門子X212管理型交換機。

2 上位機數據采集和監控層網絡拓撲及通訊網絡

上位機監控層級采用1000M級管理型交換機X324來連接管理整個工業以太網絡，網絡采用服務器/客戶機模式搭建，中控室配置1臺Wincc服務器，2臺操作員站客戶機，公用系統配置一臺Wincc服務器和一個能源采集操作員站客戶機，上位機軟件采用西門子Wincc7.3版本的組態軟件。

如圖3所示，系統配置2臺西門子1500的PLC，水汽線的1500 PLC負責采集車間生產線各單機設備的運行數據及控制，水汽生產線的設備包含注塑、吹瓶、配料、灌裝、產品輸送、包裝、噴碼、碼垛等設備。公用工程1500 PLC負責采集為車間設備提供能源動力的設備的運行參數及控制，公用工程設備包含空壓機、配電設備、制冷設備、水處理和污水處理等設備，上位機數據采集服務器和操作站采用西門子IPC847D工控機，此工控機配置了雙網卡，可以滿足跟兩個不同網段的網絡同時進行連接，此工控機高效強大的性能保證了整個網絡組網的通用性、方便性和實用性。

能源管理服務上配置西門子的能源管理軟件B.DATA，Wincc服務器上配置西門子配方管理選件件PM-Control和質量追溯選件PM-Quality，用于同wincc組態軟件配合使用來對車間的訂單執行和質量追溯等功能的快速實現。生產線Wincc服務器負責管理車間生產線的相關設備的數據采集、數據分析、報表生產、訂單執行及報警信息管理和控制等，能源管理服務器負責管理能源動力車間的相關設備的數據采集、能耗分析、報表生產及相應的操作控制等，雙服務器可以使得生產車間的數據管理和分析同能源動力車間的數據管理做到根據各自的實際使用的特點進行操作和統計分析，較好的滿足了車間現場的實際生產情況需求。

3 車間網絡同公司局域網互聯及遠程維護服務器網絡

車間內部中控系統網絡通過西門子S615安全型交換機同外網連接，同時采用西門子RC服務器建立外部網絡同車間設備的遠程連接及遠程診斷，為車間生產線的設備提供遠程維護及訪問查看提供支持，網絡連接圖如圖4所示。

通過配置西門子RC服務器、S615路由器、西門子RC客戶端的參數，然后通過VPN普通PC機就能遠程連接車間生產線的各個設備，隨時查看維護車間的設備，減少維護人工成本，提高設備維護的相應時間及維護效率，此處需對RC Server和S615安全型防火墻路由器進行設置來保證外網訪問的安全性，防止外部網絡的未經授權的訪問，保證網絡的安全和車間設備運行和數據的安全，參數配置圖如圖5所示。

4 結束語

本文分析總結了水汽線數字化改造后的生產線各設備及車間層級的網絡拓撲架構設置及相應的聯接特點及方法，相應的網絡硬件、控制器和服務器的選型方案及方法，生產線數字化改造后運行穩定，實現了生產線各設備的運行狀態監控和數據的記錄分析，生產線各設備的水、電、氣等能源消耗統計和分析，能源消耗報表的生成及成本統計核算，生產訂單的下發及物料信息的追蹤追溯，生產線設備的遠程故障診斷和維護等，改造后生產線實現了數字化及部分智能化，達到了預期的效果。

參考文獻

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