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

醫(yī)藥行業(yè)對生產過程的精確控制、數據追溯和系統穩(wěn)定性要求極高。隨著GMP認證標準的不斷提高，制藥企業(yè)需要更智能的自動化控制系統來實現藥品生產的數據采集、設備監(jiān)控和質量追溯。本項目選擇制藥廠配液系統自動化改造作為典型應用場景。

1.2項目核心痛點

通訊接口限制：

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

現有MPI接口已連接觸摸屏，傳統方案會占用通訊口影響HMI操作

設備協議兼容問題：

需要采集多臺Danfoss FC302變頻器的運行數據（支持MODBUS RTU協議）

S7-300無原生串口模塊，無法直接讀取變頻器參數

系統擴展瓶頸：

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MPI轉PROFIBUS方案通訊速率低，無法滿足實時數據交互需求

醫(yī)藥行業(yè)特殊要求：

系統改造不能影響現有生產流程

需要完整的數據記錄功能滿足GMP審計要求

2.整體解決方案設計

2.1 關鍵設備選型

設備類型	具體型號	核心功能
主控PLC	西門子S7-300 CPU 315-2DP	配液系統主控制器
上級PLC	西門子S7-400 CPU 416-3 PN/DP	車間級MES系統對接
人機界面	西門子KTP1200 Comfort	配液參數設置與監(jiān)控
變頻器	Danfoss FC302 7.5kW	驅動攪拌電機，支持MODBUS RTU
通訊模塊	捷米特ETH-S7300-JM02 Plus	MPI轉以太網+MODBUS RTU采集

2.2網絡拓撲架構

2.3 方案創(chuàng)新點

MPI接口智能復用：

通過以太網橋接器實現MPI信號與以太網信號并行傳輸

HMI保持原有MPI通訊不受影響

雙協議支持：

內置串口轉以太網功能，可同時處理S7協議和MODBUS TCP

RS485接口支持MODBUS RTU主站模式

該模塊內置專用MPI協議解析芯片，可完美識別S7-300的MPI幀結構，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主從站設備解決了普通以太網轉換器無法穿透西門子專有協議以及其他設備的技術瓶頸，實現數據的雙向透明傳輸

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準

支持數據加密傳輸，滿足GMP數據完整性要求

3.詳細實施流程

3.1 硬件部署階段

MPI網絡改造：

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

以太網連接：

模塊通過M12工業(yè)網線接入車間環(huán)網

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

終端電阻撥碼開關設置為ON（末端設備）

3.2 軟件配置步驟

S7通訊配置：

在STEP7中設置：

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 系統驗證測試

MPI通訊測試：

使用PLC SIM模擬數據交換

驗證HMI所有功能正常

以太網性能測試：

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

數據丟包率<0.01%

4.應用效果對比分析

評估維度	改造前狀況	改造后效果
系統架構	獨立控制系統，信息孤島	全車間設備聯網，數據集中管理
通訊方式	人工記錄變頻器參數	實時自動采集頻率、電流等數據
數據延遲	人工巡檢間隔2小時	實時監(jiān)控（500ms刷新）
改造成本	需增加CP343-1（約￥6000）	捷米特模塊（￥2200）節(jié)省63%
維護復雜度	需要專業(yè)調試人員	網頁可視化配置，車間電工可維護

5.捷米特模塊核心技術

ETH-S7300-JM02 Plus作為專業(yè)以太網轉換器，具備：

雙核處理架構：

ARM Cortex-M7處理MPI協議

Xilinx FPGA處理MODBUS協議

工業(yè)級防護：

支持-40~85℃寬溫運行

5kV隔離保護，防雷擊/浪涌

智能數據緩存：

內置16MB DDR3緩存

斷網自動重連機制

6.行業(yè)應用展望

推薦發(fā)展領域

生物制藥：

符合FDA 21 CFR Part 11要求

適用于疫苗生產線數字化改造

光伏新能源：

滿足光伏組件生產設備聯網需求

支持太陽能電池片制造數據采集

醫(yī)療器械：

適用于CT機、透析機等設備控制

符合YY/T 0664醫(yī)療電氣標準

技術發(fā)展趨勢

5G+工業(yè)互聯網融合應用

OPC UA over TSN協議支持

AI邊緣計算能力集成

7.項目總結

本方案通過串口轉以太網技術，創(chuàng)新性地解決了三大難題：

1.實現老舊S7-300與現代化S7-400的無縫通訊

2.在保留原有HMI功能基礎上擴展MODBUS采集能力

3.大幅降低系統改造成本和停機時間

《具體內容配置過程及其他相關咨詢請與武工留言交流》

審核編輯 黃宇