基于西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的實驗室規(guī)劃

摘 要 將以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線結(jié)合，能真正實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的監(jiān)測、控制、管理與決策于一體的測控管一體化。企業(yè)向測控管一體化發(fā)展決定了高校實驗教學(xué)的發(fā)展方向，教學(xué)功能單一的實驗裝置遠遠不能滿足實驗教學(xué)的要求，為順應(yīng)自動化技術(shù)發(fā)展的要求，學(xué)院決定投資建設(shè)基于工業(yè)以太網(wǎng)及現(xiàn)場總線技術(shù)的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)控制實訓(xùn)中心。

關(guān)鍵詞 工業(yè)通訊；網(wǎng)絡(luò)控制；現(xiàn)場總線

中圖分類號 TP273 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-（2012）112-0158-02

通常，一般企業(yè)中，通訊網(wǎng)絡(luò)可以劃分為三個等級：企業(yè)級、車間級和現(xiàn)場級。

1）企業(yè)級通訊網(wǎng)絡(luò)。企業(yè)級通訊網(wǎng)絡(luò)用于企業(yè)的上層管理，為企業(yè)提供生產(chǎn)、經(jīng)營、管理等數(shù)據(jù)，通過信息化方式優(yōu)化企業(yè)的資源，提高企業(yè)的經(jīng)營水平。

2）車間級通訊網(wǎng)絡(luò)。其屬于中間級，它能解決并協(xié)調(diào)不同工段之間的通信，根據(jù)通信要求，要求其能夠在短時間內(nèi)傳送大量的訊息，并提供控制數(shù)據(jù)，具備較高的精度及實時性。目前大多數(shù)企業(yè)都采用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)來解決其信息交換和控制的要求。

3）現(xiàn)場級通訊網(wǎng)絡(luò)。在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，企業(yè)各個廠區(qū)分布著這些處在整個網(wǎng)絡(luò)的底層，其為基本的I/O設(shè)備、傳感器、變送器、變頻與驅(qū)動裝置等，由于連接的設(shè)備的不同環(huán)境和要求的不同，需要根據(jù)企業(yè)實際的要求安裝這些設(shè)備，這樣就給通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)帶來很多困難。目前，大多數(shù)企業(yè)采用PROFIBUS結(jié)構(gòu)。

1 PROFIBUS結(jié)構(gòu)

PROFIBUS是比較適用于傳輸中小量的通信數(shù)據(jù)。由于其允許許多家廠商開發(fā)各自的符合PROFIBUS協(xié)議的產(chǎn)品，所以具有比較好的開放性，適合不同的硬件，其傳輸介質(zhì)可以是屏蔽雙絞線、光纖或無線電磁波。其硬件通常采用邏輯拓?fù)洵h(huán)。較為熟悉的DP網(wǎng)絡(luò)就是基于這種存取機制，其中主站周期按順序同從站交換數(shù)據(jù)。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

按照RS485/光纖和IEC6115-2的定義，PROFIBUS大致分為三類。如表1所列。由于電氣特性，PROFIBUS PA（本質(zhì)安全）應(yīng)用在防爆領(lǐng)域；FMS較為復(fù)雜，多應(yīng)用于西門子S5系列PLC或第三方控制產(chǎn)品進行通訊。DP以其傳輸速度快、數(shù)據(jù)量大以及良好的可擴展性等特點，成為目前廣大用戶普遍采用的通訊方式。本項目的底層網(wǎng)絡(luò)采用的正是PROFIBUS DP，其通訊速率為187.5 k～12 Mbps，通常默認(rèn)設(shè)置為1.5 Mbps，通訊數(shù)據(jù)包為224字節(jié)。

圖1 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

結(jié)合本學(xué)院的實際情況，工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)控制實訓(xùn)中心將采用西門子最先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，融合西門子全集成自動化（TIA）的理念。由于學(xué)院原有的各個自動化類實驗室中的設(shè)備均為幾年前的產(chǎn)品，當(dāng)時產(chǎn)品的先進性和技術(shù)功能與當(dāng)今產(chǎn)品相比已有一定的局限性。尤其是在網(wǎng)絡(luò)的全局性方面差距明顯。根據(jù)實訓(xùn)中心的建設(shè)計劃，這部分老的系統(tǒng)將會融入新的系統(tǒng)當(dāng)中，通過新的布局，將會煥發(fā)出新的功能。根據(jù)學(xué)院的投資情況，工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)控制實訓(xùn)中心的實驗室建設(shè)規(guī)劃如表1：

本實訓(xùn)中心項目利用SIEMENS NET工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)中的工業(yè)以太網(wǎng)及PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線，采用兩級網(wǎng)絡(luò)控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。上層采用工業(yè)以太網(wǎng)（TCP/IP），用于上位機PC和下位機PLC之間的通訊；底層采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線，用于下位機PLC主站和從站之間的通訊。

2 小結(jié)

工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)控制實訓(xùn)中心的建設(shè)計劃將自動化類專業(yè)分散在各門基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程中的實驗進行適當(dāng)?shù)恼虾蛢?yōu)化，并增加新的教學(xué)層面，構(gòu)筑一個層次化實驗教學(xué)平臺。工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)控制實訓(xùn)中心項目的建設(shè)要有特色，要能夠體現(xiàn)全集成自動化（TIA）的概念、網(wǎng)絡(luò)化（不同網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)、不同網(wǎng)絡(luò)的融合）、系統(tǒng)化（多層次結(jié)構(gòu)、多站點、不同人機界面等）組成的系統(tǒng)、工程化（面對實際被控對象）等概念，將西門子全集成自動化的概念以形象直觀的生產(chǎn)線系統(tǒng)方式展示給教師、學(xué)生，增加其感性認(rèn)識。所有系統(tǒng)實現(xiàn)模塊化建設(shè)，每一段可形成獨立單元的實訓(xùn)系統(tǒng)。建設(shè)以過程控制實訓(xùn)系統(tǒng)和運動控制實訓(xùn)系統(tǒng)為對象的綜合自動化實訓(xùn)系統(tǒng)，以便學(xué)員完成工廠實際自動化項目的設(shè)計、編程和組態(tài)任務(wù)。

參考文獻

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