西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用

武亞雄

太原理工大學(xué)，山西太原 030024

西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用

武亞雄

太原理工大學(xué)，山西太原 030024

本文對(duì)西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)配置進(jìn)行分析和研究，并結(jié)合鋼廠生產(chǎn)線與自來水廠監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)PLC控制網(wǎng)絡(luò)，旨在為相關(guān)產(chǎn)業(yè)引進(jìn)該系統(tǒng)提供借鑒。

西門子；PLC；控制網(wǎng)絡(luò)；配置策略；應(yīng)用

西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)作為一項(xiàng)新型控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以其自身故障率低、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展中發(fā)揮著積極作用。為了更好地提高系統(tǒng)使用性能，加強(qiáng)對(duì)其配置方案及其應(yīng)用的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)配置策略分析

1.1 國標(biāo)與自主控制網(wǎng)絡(luò)類型

網(wǎng)絡(luò)類型作為網(wǎng)絡(luò)體系的一部分，其類型的選擇直接影響網(wǎng)絡(luò)性能。目前較為常見的網(wǎng)絡(luò)類型有以下幾種：第一，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口，它是一種自由通訊方式，用戶可以結(jié)合自身需求定義通訊協(xié)議，與任何公開的設(shè)備連接使用，如掃描儀、打印機(jī)等[1]。第二，PPI網(wǎng)絡(luò)，是西門子專門為s7-200PLC開發(fā)和設(shè)計(jì)一種通訊協(xié)議，具有多種波特率形式，能夠通過普通的雙芯屏蔽雙絞電纜完成聯(lián)網(wǎng)目標(biāo)，以便工作人員操作。作為一種上下級(jí)協(xié)議，下級(jí)不能夠主動(dòng)發(fā)送任何信息，處于被動(dòng)狀態(tài)。第三，MPI網(wǎng)絡(luò)，是建立在西門子內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的一種令牌網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)，適用范圍較廣。除此之外，工業(yè)以太網(wǎng)、Profibus等網(wǎng)絡(luò)類型也是網(wǎng)絡(luò)類型的一部分。

1.2 多元網(wǎng)絡(luò)功能

通常情況下，該網(wǎng)絡(luò)具備以下幾項(xiàng)功能：第一，S5兼容通訊，發(fā)送與接收口都能夠在特定環(huán)境下，優(yōu)化PLC之間的通訊，同時(shí)應(yīng)用于S7系列中PLC之間的通訊，一般在工業(yè)以太網(wǎng)等環(huán)境中效果十分明顯。第二，S7通訊，能夠提供簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大的通訊任務(wù)。第三，PG/OP通訊，二者都能夠?qū)LC對(duì)數(shù)據(jù)通訊進(jìn)行組態(tài)、編程等處理，并在MPI、PPI等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行人機(jī)交互等操作。在實(shí)踐中，應(yīng)結(jié)合控制網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的硬件配置等要素選擇通訊方式。第四，標(biāo)準(zhǔn)通訊，不同的廠家提供的不同類型自動(dòng)化系統(tǒng)之間的通訊，能夠滿足多種控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的需求，以提高控制網(wǎng)絡(luò)使用效果。如針對(duì)Profibus網(wǎng)絡(luò)而言，標(biāo)準(zhǔn)通訊是指FMS通訊，其能夠?qū)崿F(xiàn)不同廠家的PLC通訊。

1.3 網(wǎng)絡(luò)鏈接方面

目前，控制網(wǎng)絡(luò)主要擁有四種網(wǎng)絡(luò)通訊接口鏈接方式。第一，PG/PC通訊卡，主要用于同類網(wǎng)絡(luò)的連接，由于該通訊卡種類較為豐富，在使用中要對(duì)其功能進(jìn)行合理劃分。如對(duì)于CP5613自帶處理器的PCI卡，將其連接到網(wǎng)絡(luò)上，能夠構(gòu)建成獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模式。第二，PLC專用模塊，作為一種智能化模塊，其能夠?qū)LC連接到特定網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，減輕自動(dòng)化控制體系對(duì)CPU產(chǎn)生的消極影響，增強(qiáng)其整體性能。第三，集成編程接口，該接口可以同時(shí)用作通訊接口，如S7-200系列的PLC編程接口適用于PPI和MPI控制網(wǎng)絡(luò)的通訊接口；第四，集成通訊接口，通訊接口作為控制網(wǎng)絡(luò)的一部分，其同樣能夠發(fā)揮連接功能[2]。

1.4 傳媒介質(zhì)方面

受到應(yīng)用目標(biāo)的影響，傳輸介質(zhì)在控制網(wǎng)絡(luò)中的配置主要采取三種形式：一是電氣傳輸方式，可以借助標(biāo)準(zhǔn)的圓形截面，帶PE等護(hù)套設(shè)計(jì)屏蔽雙絞線電纜，以用于特殊環(huán)境下數(shù)據(jù)信息的傳輸。二是光纜傳輸方式，通過玻璃、塑料纖維等擴(kuò)展傳輸距離，兼顧戶內(nèi)與戶外兩方面。三是無線傳輸方式，主要借助紅外線鏈接模塊進(jìn)行短距離數(shù)據(jù)信息傳輸。

2 西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的具體應(yīng)用案例

2.1 鋼廠生產(chǎn)線

為了更好地了解和掌握控制網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用情況，筆者選擇某鋼廠生產(chǎn)線控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。該系統(tǒng)主要涉及切割機(jī)、推鋼機(jī)等設(shè)備，是整個(gè)電控系統(tǒng)中信息傳輸量最大的系統(tǒng)。結(jié)合上述情況，PLC控制網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于其435燒結(jié)電控系統(tǒng)當(dāng)中，整個(gè)系統(tǒng)可劃分為主PLC站、兩個(gè)監(jiān)控站及五個(gè)從站。具體結(jié)構(gòu)圖如下。

圖1 控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

由上圖可知，由兩極子網(wǎng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成。受到控制系統(tǒng)點(diǎn)多、設(shè)備分布分散等因素的影響，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，可以采取Profibus-DP的通訊方式、主要負(fù)責(zé)主站與從站之間的通訊工作，保持二者之間良好的通訊。此外，將CPU414-2 DP自身集成的接口鏈接到總線上，并選擇其中一個(gè)模塊作為遠(yuǎn)程從站與總站的載體。

基于控制主站及組成的監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)而言，考慮到該控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊數(shù)據(jù)等因素，所以該系統(tǒng)采取的MPI方式組成控制網(wǎng)絡(luò)，即便每個(gè)網(wǎng)絡(luò)段長(zhǎng)僅為50m，但是可以借助其中的中繼器進(jìn)行拓展，延伸至1000m，以滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控目標(biāo)的應(yīng)用目標(biāo)[3]。通常情況下，想要應(yīng)用國標(biāo)通訊網(wǎng)絡(luò)，如Profibus網(wǎng)絡(luò)，需要企業(yè)具備的一定的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。對(duì)此基于實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性角度來考慮，應(yīng)盡量選擇西門子自主標(biāo)準(zhǔn)的控制網(wǎng)絡(luò)，如該廠使用的MPI，從而為整個(gè)鋼廠穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢等服務(wù)。

2.2 小區(qū)自來水廠

自來水廠由水源區(qū)與水廠區(qū)構(gòu)成，二者相距八百米，在水廠區(qū)，可以通過三臺(tái)加壓泵確保水變頻恒壓，為用戶提供水源。而在水源區(qū)，利用三個(gè)深井進(jìn)行蓄水。由于二者之間距離較近，可以選擇MPI方式構(gòu)建控制網(wǎng)絡(luò)，并利用中繼器進(jìn)行擴(kuò)展后，將通訊距離拓展至1km，確保工作順利進(jìn)行。該控制任務(wù)對(duì)于實(shí)效性要求并不高，因此主從站之間的距離可以選擇被動(dòng)形式進(jìn)行工作[4]。一般來說，通過主站發(fā)送信號(hào)，發(fā)揮監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)自來水廠的全面監(jiān)督和控制，確保為小區(qū)用戶提供充足的水源。完整的MPI網(wǎng)絡(luò)覆蓋主站PLC、上位PC機(jī)等，圖2為自來水廠控制網(wǎng)絡(luò)圖。

圖2 自來水廠MPI控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3 結(jié)論

根據(jù)上文所述，西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性等特點(diǎn)，內(nèi)部涉及大量產(chǎn)品，在具體應(yīng)用過程中，相關(guān)人員要加強(qiáng)對(duì)其內(nèi)部產(chǎn)品性能等方面的研究，并切實(shí)結(jié)合實(shí)際情況，制定出較為完善的控制網(wǎng)絡(luò)方案，從而推動(dòng)我國相關(guān)領(lǐng)域健康發(fā)展。

[1]沈燦鋼，孫曉明.西門子全集成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)室設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015（02）：170-172.

[2]陳云東.西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置應(yīng)用及策略分析[J].信息技術(shù)與信息化，2015（04）：98-99.

[3]黎瑞榮.分析西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略以及相關(guān)應(yīng)用[J].電子世界，2012（12）：68.

[4]唐東.西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置方案和運(yùn)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（12）：253.

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A

1674-6708（2015）150-0122-02