高速水汽线数字化改造网络拓扑架构浅谈

毛定秋 吴啸雄

[摘    要]随着信息技术和互联网技术的不断发展，工业和互联网的不断深度融合是大势所趋，所以娃哈哈集团有限公司作为国内饮料生产企业的龙头，在生产线数字化和智能化方面也进行了尝试，同国际知名企业德国西门子公司合作对一条先进的高速水汽线进行了数字化和智能化改造，本文探讨的是生产线底层的通讯网络、硬件需求及网络拓扑架构的设计思路及方案，以便于适应生产线数字化和智能化改造对生产线底层网络的需求。

[关键词]网络拓扑;WINCC;数字化生产线;PLC

[中图分类号]TP393.0[文献标志码]A [文章编号]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瓶每小時高速水汽线改造的方案是采用西门子公司的SIMATIC S7-1500 PLC以及上位机监控系统Wincc作为系统平台。同时加入基于批次配方的专用过程管理软件PM Control，Pm Quality等。新增CONNECTIVITY PACK通讯选件包，为信息系统提供数据接口，保障数据的完整性和统一性，为将来做更多数据分析和数据优化提供便利。中央集控系统全面采用西门子的Profinet网络，实现CPU同远程ET200SP的连接，CPU与现场IPC的连接，CPU同上位机的连接等。整个底层车间及系统总线采用100M工业以太环网，上位机监控层采用1000M光纤通讯。

1 车间设备层网络架构拓扑图及通讯网络

车间设备采集层网络采用西门子的Profinet网络，实现PLC与远程ET200SP的连接，PLC与现场IPC的连接，PLC同上位工控机的连接。网络连接图如图1所示。

车间设备层级网络采用西门子X204管理型交换机，通过安装有西门子ET200SP的远程I/O数据采集站的数据采集箱对生产线的各单机设备进行数据采集和控制，西门子管理型交换机和现场数据采集站分别分配相应的IP地址，通过西门子profinet网络协议进行通讯联接交换数据，需要注意的是所有的地址需在同一网段。由于生产线单机设备众多，设备也较分散，所以采用西门子的这种远程I/O站点的方案比较合适，现场布线接线工作量小，安装调试及后期的维护相对简单容易，此方案性价比高。如图2所示。

由于整个车间的单机设备众多，再加上能源动力的辅机设备和仓库的码垛喷码设备等距离车间较远，车间的设备的通讯数据量大，实时性要求高，所以整个车间级系统采用100M工业以太环网光纤连接的方式，通讯在远距离和网络中某个接点通讯故障后依然可以建立有效的连接，保证数据通讯的快速性和可靠性，中控网络机柜的交换机采用西门子X212管理型交换机。

2 上位机数据采集和监控层网络拓扑及通讯网络

上位机监控层级采用1000M级管理型交换机X324来连接管理整个工业以太网络，网络采用服务器/客户机模式搭建，中控室配置1台Wincc服务器，2台操作员站客户机，公用系统配置一台Wincc服务器和一个能源采集操作员站客户机，上位机软件采用西门子Wincc7.3版本的组态软件。

如图3所示，系统配置2台西门子1500的PLC，水汽线的1500 PLC负责采集车间生产线各单机设备的运行数据及控制，水汽生产线的设备包含注塑、吹瓶、配料、灌装、产品输送、包装、喷码、码垛等设备。公用工程1500 PLC负责采集为车间设备提供能源动力的设备的运行参数及控制，公用工程设备包含空压机、配电设备、制冷设备、水处理和污水处理等设备，上位机数据采集服务器和操作站采用西门子IPC847D工控机，此工控机配置了双网卡，可以满足跟两个不同网段的网络同时进行连接，此工控机高效强大的性能保证了整个网络组网的通用性、方便性和实用性。

能源管理服务上配置西门子的能源管理软件B.DATA，Wincc服务器上配置西门子配方管理选件件PM-Control和质量追溯选件PM-Quality，用于同wincc组态软件配合使用来对车间的订单执行和质量追溯等功能的快速实现。生产线Wincc服务器负责管理车间生产线的相关设备的数据采集、数据分析、报表生产、订单执行及报警信息管理和控制等，能源管理服务器负责管理能源动力车间的相关设备的数据采集、能耗分析、报表生产及相应的操作控制等，双服务器可以使得生产车间的数据管理和分析同能源动力车间的数据管理做到根据各自的实际使用的特点进行操作和统计分析，较好的满足了车间现场的实际生产情况需求。

3 车间网络同公司局域网互联及远程维护服务器网络

车间内部中控系统网络通过西门子S615安全型交换机同外网连接，同时采用西门子RC服务器建立外部网络同车间设备的远程连接及远程诊断，为车间生产线的设备提供远程维护及访问查看提供支持，网络连接图如图4所示。

通过配置西门子RC服务器、S615路由器、西门子RC客户端的参数，然后通过VPN普通PC机就能远程连接车间生产线的各个设备，随时查看维护车间的设备，减少维护人工成本，提高设备维护的相应时间及维护效率，此处需对RC Server和S615安全型防火墙路由器进行设置来保证外网访问的安全性，防止外部网络的未经授权的访问，保证网络的安全和车间设备运行和数据的安全，参数配置图如图5所示。

4 结束语

本文分析总结了水汽线数字化改造后的生产线各设备及车间层级的网络拓扑架构设置及相应的联接特点及方法，相应的网络硬件、控制器和服务器的选型方案及方法，生产线数字化改造后运行稳定，实现了生产线各设备的运行状态监控和数据的記录分析，生产线各设备的水、电、气等能源消耗统计和分析，能源消耗报表的生成及成本统计核算，生产订单的下发及物料信息的追踪追溯，生产线设备的远程故障诊断和维护等，改造后生产线实现了数字化及部分智能化，达到了预期的效果。

参考文献

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