1.行業(yè)背景與項目痛點分析

1.1行業(yè)選擇：醫(yī)藥自動化生產(chǎn)

醫(yī)藥行業(yè)對生產(chǎn)過程的精確控制、數(shù)據(jù)追溯和系統(tǒng)穩(wěn)定性要求極高。隨著GMP認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，制藥企業(yè)需要更智能的自動化控制系統(tǒng)來實現(xiàn)藥品生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備監(jiān)控和質(zhì)量追溯。本項目選擇制藥廠配液系統(tǒng)自動化改造作為典型應(yīng)用場景。

1.2項目核心痛點

通訊接口限制：

現(xiàn)場S7-300 PLC（CPU 315-2DP）僅有MPI/DP接口，無法直接與帶網(wǎng)口的S7-400 PLC通訊

現(xiàn)有MPI接口已連接觸摸屏，傳統(tǒng)方案會占用通訊口影響HMI操作

設(shè)備協(xié)議兼容問題：

需要采集多臺Danfoss FC302變頻器的運行數(shù)據(jù)（支持MODBUS RTU協(xié)議）

S7-300無原生串口模塊，無法直接讀取變頻器參數(shù)

系統(tǒng)擴展瓶頸：

若采用西門子原廠CP343-1模塊，成本高昂且需要重新配置硬件組態(tài)

傳統(tǒng)MPI轉(zhuǎn)PROFIBUS方案通訊速率低，無法滿足實時數(shù)據(jù)交互需求

醫(yī)藥行業(yè)特殊要求：

系統(tǒng)改造不能影響現(xiàn)有生產(chǎn)流程

需要完整的數(shù)據(jù)記錄功能滿足GMP審計要求

2.整體解決方案設(shè)計

2.1 關(guān)鍵設(shè)備選型

2.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)

2.3 方案創(chuàng)新點

MPI接口智能復(fù)用：

通過以太網(wǎng)橋接器實現(xiàn)MPI信號與以太網(wǎng)信號并行傳輸

HMI保持原有MPI通訊不受影響

雙協(xié)議支持：

內(nèi)置串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)功能，可同時處理S7協(xié)議和MODBUS TCP

RS485接口支持MODBUS RTU主站模式

該模塊內(nèi)置專用MPI協(xié)議解析芯片，可完美識別S7-300的MPI幀結(jié)構(gòu)，支持PG/OP通訊、S7基本通訊等多種交互方式，可以接S7-400PLC,還可以接觸屏，9針口以及485主從站設(shè)備解決了普通以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器無法穿透西門子專有協(xié)議以及其他設(shè)備的技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向透明傳輸

醫(yī)藥行業(yè)適配：

模塊通過EMC/EMI測試，符合制藥車間電氣標(biāo)準(zhǔn)

支持?jǐn)?shù)據(jù)加密傳輸，滿足GMP數(shù)據(jù)完整性要求

3.詳細(xì)實施流程

3.1 硬件部署階段

MPI網(wǎng)絡(luò)改造：

使用專用MPI分支器將原MPI總線一分為二

主線連接捷米特模塊，支線連接KTP1200觸摸屏

以太網(wǎng)連接：

模塊通過M12工業(yè)網(wǎng)線接入車間環(huán)網(wǎng)

與S7-400建立TCP連接（端口102）

變頻器接線：

模塊RS485端子（A+/B-）接變頻器通信卡

終端電阻撥碼開關(guān)設(shè)置為ON（末端設(shè)備）

3.2 軟件配置步驟

S7通訊配置：

在STEP7中設(shè)置：

S7-300 MPI地址：4

HMI MPI地址：2

在STEP7 V5.6中配置S7-400的ISO-on-TCP連接

3.3 系統(tǒng)驗證測試

MPI通訊測試：

使用PLC SIM模擬數(shù)據(jù)交換

驗證HMI所有功能正常

以太網(wǎng)性能測試：

通過Wireshark抓包分析

實測通訊周期≤100ms

MODBUS穩(wěn)定性測試：

連續(xù)72小時運行測試

數(shù)據(jù)丟包率<0.01%

4.應(yīng)用效果對比分析

5.捷米特模塊核心技術(shù)

ETH-S7300-JM02 Plus作為專業(yè)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，具備：

雙核處理架構(gòu)：

ARM Cortex-M7處理MPI協(xié)議

Xilinx FPGA處理MODBUS協(xié)議

工業(yè)級防護：

支持-40~85℃寬溫運行

5kV隔離保護，防雷擊/浪涌

智能數(shù)據(jù)緩存：

內(nèi)置16MB DDR3緩存

斷網(wǎng)自動重連機制

6.行業(yè)應(yīng)用展望

推薦發(fā)展領(lǐng)域

生物制藥：

符合FDA 21 CFR Part 11要求

適用于疫苗生產(chǎn)線數(shù)字化改造

光伏新能源：

滿足光伏組件生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)需求

支持太陽能電池片制造數(shù)據(jù)采集

醫(yī)療器械：

適用于CT機、透析機等設(shè)備控制

符合YY/T 0664醫(yī)療電氣標(biāo)準(zhǔn)

技術(shù)發(fā)展趨勢

5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用

OPC UA over TSN協(xié)議支持

AI邊緣計算能力集成

7.項目總結(jié)

本方案通過串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)技術(shù)，創(chuàng)新性地解決了三大難題：

1.實現(xiàn)老舊S7-300與現(xiàn)代化S7-400的無縫通訊

2.在保留原有HMI功能基礎(chǔ)上擴展MODBUS采集能力

3.大幅降低系統(tǒng)改造成本和停機時間

《具體內(nèi)容配置過程及其他相關(guān)咨詢請與武工留言交流》

審核編輯 黃宇