一、行業(yè)痛點(diǎn)

在 3D 打?。ㄔ霾闹圃欤┥a(chǎn)線上，西門子 S7-300 系列 PLC 長(zhǎng)期作為核心控制單元，負(fù)責(zé)打印原料上料、成型打印、后處理打磨、成品檢測(cè)等全流程的邏輯控制與工序聯(lián)動(dòng)，但其原生僅配備 9 針 MPI/DP 口，無(wú)以太網(wǎng)通訊能力，且無(wú)標(biāo)準(zhǔn)化 485 拓展接口，在產(chǎn)線智能化升級(jí)過(guò)程中暴露出諸多問(wèn)題：

1.無(wú)法與后期新增的 S7-1500 PLC 實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交互，打印參數(shù)校準(zhǔn)、成型溫度監(jiān)測(cè)、成品精度檢測(cè)等工序的核心數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)時(shí)同步，產(chǎn)線節(jié)拍受限于低速通訊，影響 3D 打印的成型效率與精度一致性；

2.上位機(jī)只能通過(guò) CP5612 卡走 MPI 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通訊速率僅 187.5kbit/s，產(chǎn)線全天的打印工藝參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)備份耗時(shí)超 60 分鐘，產(chǎn)品工藝追溯與設(shè)備故障溯源效率低下；

二、解決方案

遠(yuǎn)創(chuàng)智控推出的 MPI-ETH-YC02 Plus 以太網(wǎng)通訊處理器，以 0 改動(dòng)、0 編程、0 停機(jī)的三零核心優(yōu)勢(shì)，精準(zhǔn)解決 3D 打?。ㄔ霾闹圃欤┊a(chǎn)線的通訊與設(shè)備拓展痛點(diǎn)。該模塊可直接將 S7-300 的 9 針 MPI/DP 口轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn) 10/100M 以太網(wǎng)口，同時(shí)集成標(biāo)準(zhǔn) 485 通訊拓展口，支持 Modbus-RTU 協(xié)議，可直接對(duì)接產(chǎn)線各類 485 接口外設(shè)，還保留 DB9 母口適配原有西門子觸摸屏，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線 “一網(wǎng)到底 + 485 外設(shè)無(wú)縫接入” 的通訊架構(gòu)，打通 S7-300、S7-1500、上位機(jī)、現(xiàn)場(chǎng) HMI 與 485 智能設(shè)備的高速數(shù)據(jù)通道。

三、硬件清單

·主控制器 1：西門子 S7-300CPU（負(fù)責(zé) 3D 打印產(chǎn)線總工序邏輯控制與多設(shè)備聯(lián)動(dòng)）

·主控制器 2：西門子 S7-1500 CPU（負(fù)責(zé)打印成型精準(zhǔn)控制、成品三維檢測(cè)等細(xì)分工序閉環(huán)控制）

·以太網(wǎng)模塊：遠(yuǎn)創(chuàng)智控 MPI-ETH-YC02 Plus 以太網(wǎng)通訊模塊（帶 485 拓展接口）

·交換機(jī)：赫斯曼 OCTOPUS8M-POE 工業(yè)交換機(jī)

·觸摸屏 1：西門子 KTP700 Basic，6AV2123-2GB03-0AX0（原料上料與送料工序，連接模塊 DB9 母口）

·觸摸屏 2：西門子 KTP900，6AV2123-2JB03-0AX0（3D 成型打印工序，通過(guò)以太網(wǎng)直連交換機(jī)）

·觸摸屏 3：西門子 TP1200 Comfort，6AV2124-0MC01-0AX0（后處理與成品檢測(cè)工序，以太網(wǎng)組網(wǎng)接入）

·485 接口設(shè)備：溫濕度傳感器（車間環(huán)境監(jiān)測(cè)）、料位檢測(cè)儀（打印原料倉(cāng)監(jiān)測(cè)）、伺服送料器（原料精準(zhǔn)輸送）、壓力變送器（打印平臺(tái)壓力監(jiān)測(cè)）

·上位機(jī)：研華工控機(jī) IPC-610L，WINCC V7.5+KepWareOPC6.9（產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、歸檔與 485 設(shè)備參數(shù)遠(yuǎn)程調(diào)控）

·網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌汗I(yè)環(huán)網(wǎng) + RSTP 冗余協(xié)議，千兆匯聚層組網(wǎng)，保障以太網(wǎng)通訊穩(wěn)定性；485 總線采用手拉手布線方式，適配 Modbus-RTU 協(xié)議，保障外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸可靠

四、安裝與接線

1.產(chǎn)線停機(jī)斷電 5 分鐘后，將 MPI-ETH-YC02 Plus 以太網(wǎng)通訊模塊的 DB9精準(zhǔn)插入 S7-300PLC 的 MPI/DP 口，旋緊固定螺釘，防止設(shè)備運(yùn)行震動(dòng)導(dǎo)致接觸不良；

2.采用屏蔽超五類工業(yè)網(wǎng)線，將模塊的 RJ45 以太網(wǎng)口連接至赫斯曼 OCTOPUS8M-POE 交換機(jī)的千兆端口，做好網(wǎng)線屏蔽接地處理，避免 3D 打印設(shè)備電磁干擾影響通訊；

3.西門子 KTP700 Basic 觸摸屏通過(guò) Profibus 專用電纜連接至模塊的 DB9 母口，實(shí)現(xiàn)上料工序的本地控制；其余西門子 KTP900、TP1200 Comfort 觸摸屏通過(guò)以太網(wǎng)口直連工業(yè)交換機(jī)，組成分布式 HMI 控制網(wǎng)絡(luò)；

4.S7-1500 PLC 自帶的以太網(wǎng)口直接接入工業(yè)交換機(jī)，與 S7-300PLC 形成以太網(wǎng)高速通訊鏈路，實(shí)現(xiàn)打印工藝參數(shù)與檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互；

5.將產(chǎn)線溫濕度傳感器、料位檢測(cè)儀等 485 接口設(shè)備，通過(guò)屏蔽雙絞線手拉手連接至 MPI-ETH-YC02 Plus 模塊的 485 拓展口，做好總線終端電阻匹配（120Ω），防止信號(hào)反射；

6.研華工控機(jī)配置雙網(wǎng)卡，一網(wǎng)卡接入產(chǎn)線內(nèi)部監(jiān)控環(huán)網(wǎng)，負(fù)責(zé) PLC、HMI 與 485 設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和參數(shù)調(diào)控，另一網(wǎng)卡接入工廠 MES 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) 3D 打印產(chǎn)線生產(chǎn)數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)與企業(yè)管理系統(tǒng)的安全隔離傳輸。

五、參數(shù)配置

步驟一：MPI-ETH-YC02 Plus 以太網(wǎng)通訊處理器側(cè)

·撥碼開(kāi)關(guān) SW1 按產(chǎn)線通訊需求設(shè)置：1-ON、2-ON、3-OFF，匹配 S7-300PLC 的 MPI 通訊波特率，同時(shí)撥碼開(kāi)啟 485 通訊功能，設(shè)置波特率 9600bps、數(shù)據(jù)位 8、停止位 1、無(wú)校驗(yàn)，適配 Modbus-RTU 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；

·打開(kāi) NetDeviceV3.4 軟件，搜索并匹配以太網(wǎng)模塊，設(shè)置模塊固定 IP：192.168.3.30，子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0，網(wǎng)關(guān) 192.168.3.1，與產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)段匹配；

·在 “S7-TCP 設(shè)置” 界面，配置本地 TSAP 為 05.02，遠(yuǎn)程 TSAP 為 05.00，對(duì)應(yīng) S7-300CPU417 的槽號(hào) 2，保障 S7-TCP 協(xié)議通訊匹配；

步驟二：S7-1500 側(cè)

·在 TIAPortal V17 編程軟件中，對(duì) S7-1500 CPU 進(jìn)行參數(shù)配置，激活 “允許 PUT/GET” 功能，設(shè)置 CPU 固定 IP：192.168.3.20；

·進(jìn)入 “設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)” 配置界面，添加新的 S7-TCP 連接，伙伴類型選擇 “未指定”，本地 TSAP 設(shè)置為 05.00，遠(yuǎn)程 TSAP 設(shè)置為 05.02，與以太網(wǎng)模塊參數(shù)精準(zhǔn)匹配；

·調(diào)用 TSEND/TRCV 指令塊，編寫通訊程序，使能 S7-1500 與 MPI-ETH-YC02 Plus 模塊的 13 字節(jié)循環(huán)數(shù)據(jù)交換，保障 3D 打印核心工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)同步，滿足成型精度控制要求；

·配置 HMI 畫面刷新周期為 200ms，適配 3D 打印高速生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控需求，實(shí)現(xiàn)打印參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、485 外設(shè)采集數(shù)據(jù)的即時(shí)顯示；歷史數(shù)據(jù)歸檔頻率設(shè)置為 1Hz，保障打印工藝參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)追溯，為工藝優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

六、結(jié)束語(yǔ)

借助遠(yuǎn)創(chuàng)智控MPI-ETH-YC02 Plus 以太網(wǎng)通訊處理器，3D 打?。ㄔ霾闹圃欤┥a(chǎn)線在保留原有西門子 S7-300PLC 核心控制架構(gòu)的基礎(chǔ)上，不僅實(shí)現(xiàn)了與 S7-1500 PLC 的高速以太網(wǎng)通訊、多臺(tái)西門子觸摸屏的分布式 HMI 集成，更通過(guò)模塊 485 拓展口實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)線各類智能外設(shè)的無(wú)縫對(duì)接，無(wú)需額外增加轉(zhuǎn)接設(shè)備。該方案以 “三零優(yōu)勢(shì)” 實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)線的無(wú)擾升級(jí)，打通了產(chǎn)線底層控制、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、485 智能外設(shè)與企業(yè)上層管理的數(shù)據(jù)通道，構(gòu)建了 “以太網(wǎng) + 485 總線” 的復(fù)合型通訊架構(gòu)，為 3D 打?。ㄔ霾闹圃欤┥a(chǎn)線的智能化、數(shù)字化、精益化管理奠定了開(kāi)放、穩(wěn)定、可持續(xù)的通訊基礎(chǔ)，助力增材制造企業(yè)提升打印生產(chǎn)效率、保障產(chǎn)品成型精度、降低設(shè)備運(yùn)維成本，推動(dòng) 3D 打印從單件定制向規(guī)模化智能生產(chǎn)轉(zhuǎn)型。

審核編輯 黃宇