一.痛點分析

在精密機械加工領(lǐng)域，許多老舊的西門子840D數(shù)控系統(tǒng)配套的S7-300PLC（如CPU315-2DP）普遍存在硬件接口局限性問題。這些PLC通常僅配備MPI（多點接口）和DP（Profibus-DP）通信接口，缺乏以太網(wǎng)接口，導(dǎo)致無法直接接入工廠局域網(wǎng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集。隨著工業(yè)4.0理念的深入推進，生產(chǎn)企業(yè)對設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)追溯分析的需求日益迫切，傳統(tǒng)PLC的通信方式已成為制約智能化升級的瓶頸：一方面，維護人員需在設(shè)備現(xiàn)場通過編程器連接MPI接口進行調(diào)試，效率低下；另一方面，生產(chǎn)管理層難以實時獲取設(shè)備運行數(shù)據(jù)，無法實現(xiàn)精準(zhǔn)的生產(chǎn)調(diào)度與預(yù)測性維護。

二.背景

某重型機床制造企業(yè)于2010年投入使用的5臺西門子840D數(shù)控鏜銑床（型號SINUMERIK840Dsl），其控制系統(tǒng)由以下核心設(shè)備組成：

·數(shù)控系統(tǒng)：西門子SINUMERIK840Dsl（型號6FC5370-0AA00-3AA0）

·配套PLC：西門子S7-300系列CPU315-2DP（型號6ES7315-2AG10-0AB0）

·操作面板：西門子OP015（型號6FC5203-0AF02-0AA1）

該批設(shè)備主要用于加工大型風(fēng)電設(shè)備法蘭盤，單臺設(shè)備日均運行16小時。隨著企業(yè)數(shù)字化車間建設(shè)推進，需要將這些設(shè)備的運行狀態(tài)（如主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、報警信息等）實時上傳至MES系統(tǒng)，并在車間監(jiān)控中心實現(xiàn)集中監(jiān)控。由于S7-300PLC無以太網(wǎng)接口，無法直接與上位機通信，成為數(shù)字化改造的主要障礙。

三.解決方案

經(jīng)過技術(shù)調(diào)研與方案對比，企業(yè)最終選擇采用遠創(chuàng)智控的MPI-ETH-YC01以太網(wǎng)模塊作為通信橋梁，構(gòu)建"PLC-以太網(wǎng)模塊-上位機/觸摸屏"的通信架構(gòu)。該方案具有以下優(yōu)勢：

1.無需改造原有PLC硬件，通過MPI接口擴展以太網(wǎng)功能，降低改造風(fēng)險

2.支持標(biāo)準(zhǔn)Modbus-TCP協(xié)議，可直接與主流SCADA軟件、觸摸屏兼容

3.工業(yè)級設(shè)計（工作溫度-40℃~85℃），適應(yīng)車間復(fù)雜環(huán)境

4.支持10/100Mbps自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，滿足實時通信需求

四.核心設(shè)備清單

·以太網(wǎng)模塊：遠創(chuàng)智控MPI-ETH-YC01（型號MPI-ETH-YC01-V2.0）

·觸摸屏：威綸通MT8102iE（型號MT8102iE10.1英寸）

·工業(yè)交換機：華為S1724G（型號S1724G-AC）

·上位機：研華IPC-610L（配置i5-8500處理器，8GB內(nèi)存）

·組態(tài)軟件：西門子WinCCV7.5

五.實施過程

1.硬件連接

（1）MPI接口連接：使用西門子MPI專用電纜（型號6ES7901-0BF00-0AA0），一端連接S7-300PLC的MPI接口（位于CPU正面），另一端連接MPI-ETH-YC01模塊的MPI接口（采用DB9母頭）。

（2）以太網(wǎng)連接：通過超五類工業(yè)以太網(wǎng)電纜，將MPI-ETH-YC01模塊的RJ45接口連接至工業(yè)交換機；同時將觸摸屏和上位機分別接入同一交換機，形成局域網(wǎng)。

（3）供電配置：MPI-ETH-YC01模塊采用DC24V供電，從機床控制柜內(nèi)的24V直流電源取電，確保與PLC共地，減少干擾。

2.模塊參數(shù)配置

使用遠創(chuàng)智控提供的ConfigTool軟件對MPI-ETH-YC01模塊進行參數(shù)配置：

·通信參數(shù)：MPI波特率設(shè)置為187.5kbps（與PLC的MPI接口保持一致），PLC地址設(shè)為2（原PLC默認(rèn)地址）

·網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：IP地址設(shè)置為192.168.1.10（與上位機、觸摸屏同網(wǎng)段），子網(wǎng)掩碼255.255.255.0

·協(xié)議設(shè)置：啟用Modbus-TCP服務(wù)器模式，映射PLC的數(shù)據(jù)區(qū)（輸入IB、輸出QB、定時器T、計數(shù)器C、數(shù)據(jù)塊DB）至Modbus地址空間

3.通信測試

通過ModbusPoll測試軟件驗證模塊通信功能：

·讀取PLC輸入點IB0（地址00001），對應(yīng)機床急停信號

·讀取數(shù)據(jù)塊DB1.DBW2（地址40003），對應(yīng)主軸實際轉(zhuǎn)速

·寫入輸出點QB0（地址00001），控制機床冷卻泵啟停

測試結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)讀寫響應(yīng)時間穩(wěn)定在50ms以內(nèi)，滿足實時監(jiān)控需求。

4.上位機與觸摸屏組態(tài)

（1）WinCC組態(tài)：在WinCC中創(chuàng)建Modbus-TCP驅(qū)動連接，指向MPI-ETH-YC01模塊的IP地址，建立數(shù)據(jù)變量與Modbus地址的映射關(guān)系，開發(fā)包含以下功能的監(jiān)控畫面：

·設(shè)備運行狀態(tài)總覽（主軸負(fù)載、進給速度、運行模式）

·報警信息實時顯示與歷史查詢

·關(guān)鍵工藝參數(shù)趨勢圖（如切削溫度、振動值）

·遠程控制權(quán)限管理

（2）觸摸屏組態(tài)：在威綸通EasyBuilderPro軟件中配置與MPI-ETH-YC01的Modbus-TCP連接，設(shè)計操作界面供現(xiàn)場操作人員使用，主要包含：

·手動/自動模式切換

·主軸參數(shù)設(shè)置

·故障復(fù)位操作

·生產(chǎn)計數(shù)統(tǒng)計

六.應(yīng)用效果

項目實施后，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，主要實現(xiàn)了以下效益：

1.通信可靠性：模塊平均無故障運行時間（MTBF）超過10,000小時，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確率100%

2.維護效率提升：工程師可在辦公室通過上位機遠程監(jiān)控PLC程序運行狀態(tài)，故障排查時間從平均2小時縮短至30分鐘

3.生產(chǎn)管理優(yōu)化：通過實時采集設(shè)備運行數(shù)據(jù)，生產(chǎn)計劃達成率提升15%，設(shè)備利用率提高8%

4.成本節(jié)約：相比更換帶以太網(wǎng)接口的新型PLC方案，采用MPI-ETH-YC01模塊的改造成本降低60%

七.總結(jié)

遠創(chuàng)智控MPI-ETH-YC01以太網(wǎng)模塊通過創(chuàng)新的MPI轉(zhuǎn)以太網(wǎng)技術(shù)，成功解決了西門子S7-300PLC缺乏以太網(wǎng)接口的行業(yè)痛點，為老舊設(shè)備的數(shù)字化升級提供了經(jīng)濟高效的解決方案。該案例表明，在工業(yè)自動化改造中，采用合適的通信擴展模塊可以在保護既有投資的前提下，快速實現(xiàn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化與智能化，為企業(yè)構(gòu)建智能工廠奠定基礎(chǔ)。目前，該企業(yè)已將此方案推廣至其他12臺同類型設(shè)備，均取得良好應(yīng)用效果。

更多詳細內(nèi)容或具體配置過程可咨詢羽工。

審核編輯 黃宇