一種解決高振動環境下西門子PLC 掉站的方法

文/欒慶順，王騰，徐文江，劉龍傳·一汽-大眾汽車有限公司成都分公司

開卷落料線是一種為汽車、鋼板配送等行業提供表面覆蓋件等坯料的設備，是集開卷、清洗、校平、落料和碼垛于一體的板材加工生產線，在發達國家的汽車制造廠中已普遍采用。俗話說，好的轎車首先從沖壓開始，好的板材開卷定型、開卷落料線的高效率生產對于整個沖壓車間產能至關重要。筆者所在的公司開卷落料線引用了德國舒勒(SCHULER)自動化公司的伺服壓機技術，沖程快，效率高。西門子公司的ET200S 分布式模塊，作為PLC 拓展模塊，在開卷落料線應用廣泛，極大地提高了設備的穩定性，然而高速沖程下也暴露出該模塊的一些弱點。

開卷落料線壓機采用世界最先進的同步伺服電機驅動，采用西門子最新的PN 通訊系統進行常規的信號采集和控制，得益于此，壓機最高沖程次數可達105 次/分，然而設備高沖程下的振動也引發ET200S 丟站問題頻發，成為制約設備能力輸出的瓶頸。

2012 年筆者有幸通過公司選派到德國參加SCHULER 自動化公司的相關培訓，基于此，對開卷落料線常見的問題，如PLC 掉站，進行了仔細的分析研究，通過對原有ET200S 模塊進行升級改造，解決了ET200S 頻繁丟站的問題，這也是困擾大家已久的問題。本文便旨在對高振動環境下西門子PLC 掉站問題提供一種解決思路，供大家探討。

Profinet 通訊及掉站問題原因分析

Profinet 通訊簡介

Profinet 是新一代基于工業以太網技術的自動化總線標準(IEC 61158)，Profinet 網絡具有開放性、實時性、靈活性、高效率和高性能的特性，可以直接連接現場設備(如現場IO 設備)，支持分布式自動化控制方式、上位機和各從站進行快速的數據交換，其典型的響應時間在10ms 數量級。

在循環掃描周期之內，IO 控制器為Profinet IO 系統中的IO 設備提供新的數據，可以為每個IO 設備單獨組態發送周期，并定義將數據從IO 控制器發送到IO 設備(輸出)的時間間隔以及將數據從IO 設備發送到IO 控制器(輸入)的時間間隔。

如果在響應檢查時間內IO 控制器沒有為IO 設備提供輸入/輸出數據，IO 設備將出現故障并給出替換值，這種情況將作為站故障報告給IO 控制器，此時PLC 出現丟站情況，并引發PLC 停機。

掉站原因分析

IO 設備掉站在物理層面(本文不再論述應用層面、網絡層面和傳輸層面的原因)主要有以下幾個方面的原因：⑴通信介質斷開；⑵硬件故障；⑶網絡拓撲圖混亂；⑷外界強磁干擾。

通過逐項排查分析，發現掉站的原因主要為通信介質斷開和硬件故障。筆者對現場各模具振動量進行了監測統計(圖1)，發現伺服壓機振動量平均值約為10.5g，通過查閱西門子官方資料得知，現場環境振動量遠超過了ET200S模塊所能承受的范圍(2g連續)。

圖1 現場各模具振動量

另外現場故障站點安裝在滑塊側面(圖2)，根據速度越高振動越大的研究結論，開卷落料線壓機沖程提高后，加劇了設備的振動，這就導致了滑塊分站ET200S 的網絡接口接觸不良、模塊頻繁損壞等狀況極易發生，從而導致模塊掉站問題的出現，由此得出結論：ET200S 模塊不適應高振動環境是引發掉站的根本原因。

圖2 現場故障站點安裝位置圖

解決方案——選擇抗振等級適合的模塊

ET200eco 簡介

西門子的SIMATIC ET200eco(圖3)是多功能、模塊化、靈活的分布式IO，可以安裝在控制柜里、機器設備上或者具有爆炸危險的場所。SIMATIC ET200eco所有產品都可以通過Profinet集成到現有的自動化系統中。

圖3 SIMATIC ET200eco

ET200eco 是一款高防護、無控制柜設計和經濟型的分布式IO 產品，并且同時支持Profinet 工業現場總線，在安裝空間有限或應用環境比較惡劣的場合具有廣泛的應用前景。

選型依據

通過查閱西門子選型手冊收集相關模塊的性能及信息，從防護等級、抗振等級和經濟性等方面進行了匯總，表1展示了ET200eco和ET200S性能的對比。

表1 ET200eco 和ET200S 性能對比

通過上表的對比不難發現，ET200eco 在抗振等級和網絡連接穩定性方面有著更強的優勢，而且經濟性方面更優，更適合高振動的現場環境，所以筆者選擇了ET200eco 作為模塊升級的備選方案。

升級方法簡介

(1)使用HW config 安裝ET200eco 的GSD 文件，并重新對硬件進行組態，編譯輸入輸出的地址。

(2)重新建立網絡拓撲結構，構建新的診斷網絡，完成后重新下載新的硬件組態和網絡拓撲。

(3)軟件編寫工作完成后，進行硬件ET200eco的安裝和新的信號安裝連接，安裝硬件時可選裝緩沖塊，進一步提高模塊對高振動環境的適應性。

(4)以上工作完成后，進行PLC 輸入輸出點的監控和程序的調試，確認無誤后，設備連續運行一周，模塊掉站問題徹底消除，ET200eco 模塊升級成功！

結束語

通過以上案例的實施得出結論，普通的西門子分布式模塊ET200S 對復雜工況的適應性較差，無法在高振動環境下穩定輸出，而能適應復雜工況的ET200eco 模塊，為大家提供了一種新的解決方案，該模塊可在沖壓行業振動較大的設備中進行推廣應用。