西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與實際應(yīng)用

唐 穎

（唐山鋼鐵集團微爾自動化有限公司 河北 唐山 063000）

1 引言

控制網(wǎng)絡(luò)是建立在計算機自動化控制、數(shù)字模擬通信和智能儀表技術(shù)基礎(chǔ)上而形成的，是相對新穎的技術(shù)領(lǐng)域，它主要是將過程控制系統(tǒng)向分散化和數(shù)字化形式過渡，達到技術(shù)提升的要求?？刂凭W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種比較特殊的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，與單純提高信道利用率的普通局域網(wǎng)不同，它強調(diào)的是一種安全性、實用性和互聯(lián)互操作功能?？删幊绦蚩刂破骶哂锌垢蓴_能力強、故障率低等優(yōu)勢，因此在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。本文則是利用對西門子PLC網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的細致拆解、分析，對其控制網(wǎng)絡(luò)配置選擇方法進行補充，并嘗試憑借實踐應(yīng)用工程做出說明，促成控制網(wǎng)絡(luò)方案的優(yōu)化設(shè)計。

2 西門子PLC控制網(wǎng)路的配置要求

2.1 通訊能力

西門子控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備的網(wǎng)絡(luò)通訊功能包括：S5兼容通訊、S7基本通訊、OP通訊和標(biāo)準通訊等。具體形式如下：

利用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和接收口優(yōu)化PLC之間的通訊活動分析，同時提供功能較為強大且便于操作的任務(wù)形式，單位任務(wù)的可利用數(shù)據(jù)量字節(jié)一般維持在64k以下；在S7CPU中相對集中的軟件模塊集成形式影響下，主要利用MPI網(wǎng)進行機能拓展，借助用戶的編程信息調(diào)用SFC；OP、PG與PLC之間在進行編程、組態(tài)環(huán)節(jié)中，還具備人機交互的監(jiān)控優(yōu)勢，這種通訊模式同樣需要工業(yè)以太網(wǎng)的支持；標(biāo)準通訊則是經(jīng)過不同出產(chǎn)廠家制造，同時具備不同類型系統(tǒng)產(chǎn)品之間的溝通方式。在實際應(yīng)用過程中，需要做好細節(jié)資料調(diào)查，包括網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的硬件配置情況、通訊接口的標(biāo)準狀態(tài)等內(nèi)容，盡量保證通訊環(huán)境的適宜程度。

2.2 通訊接口

關(guān)于西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的接口連接方式包括PC通訊卡、模塊處理器、PLC主機編程接口等。PC通訊卡可以將PC設(shè)備連接到預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，但是其種類相對繁多，使用時需要做好關(guān)于他們之間功能差異的區(qū)分，如CP5511設(shè)備不存在微處理器，因此可以將計算機連接到MPI網(wǎng)絡(luò)上，實現(xiàn)后期工作的銜接；關(guān)于模塊處理器的功能，主要是用在PLC側(cè)的連接，這類模塊具備良好的智能性，能自動將PLC連接到合理的網(wǎng)絡(luò)中，同時減少CPU的負擔(dān)；S7系列中主機自身的編程接口在控制網(wǎng)絡(luò)中可以替代通訊接口而存在；另外，有些主機上不但擁有編程接口，同時提供了專用的通訊接口，用于連接分布式設(shè)備更加合理，既可以組態(tài)成為主站，也可以轉(zhuǎn)換為從站形式。

3 工程實際應(yīng)用分析

3.1 實際案例

某冶金企業(yè)電控系統(tǒng)中利用軋機系統(tǒng)、冷卻泵站系統(tǒng)等機械設(shè)備實現(xiàn)生產(chǎn)，其總體I/O數(shù)字控制點為1330DI/737DO，由于整個結(jié)構(gòu)的控制點數(shù)量眾多，傳輸?shù)男畔⒘勘容^復(fù)雜，整體框架也十分凌亂。因此，利用該類結(jié)構(gòu)的運行狀況和本文的控制網(wǎng)路配置策略進行對比研究，爭取選取合理的方案，促成結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改造。

3.2 應(yīng)用分析

在設(shè)備的實際位置觀察下，主要將整個控制系統(tǒng)拆解為5個PLC站，各站之間信息傳輸需要借助連鎖控制技術(shù)才能方便后續(xù)工作的進展。在現(xiàn)場的數(shù)據(jù)鏈路層存在兩種介質(zhì)，分別為令牌總線和主-從式混合線路兩種形態(tài)，在主站間進行口令的傳遞，這個過程中主站可以與從站進行適時地溝通；從站是不能發(fā)送口令的，只能向所屬主站接收和回復(fù)信息，因此這種拓撲結(jié)構(gòu)是不足以滿足自由數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟮?。在?yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時，可以將5個站點都設(shè)置為主站，保證它們相互之間可以任意地進行數(shù)據(jù)通訊。而現(xiàn)實條件是，整個工藝流程比較漫長，各個主站與其設(shè)備分散性較大，為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定效果，各站點最好選取CPU315-2DP設(shè)備，將其作為主站并形成子網(wǎng)結(jié)構(gòu)，利用ET200模塊作為從站，進而直接控制現(xiàn)場的信號。

該PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的子網(wǎng)形式包括兩個級別，任務(wù)分別是完成主站與其從站之間的通訊任務(wù)，PLC站之間以及與PC機的通訊。主站利用其自身的集成接口完成總線連接，并利用模塊實現(xiàn)現(xiàn)場總線的互連；而另一方面，由于PLC站之間的數(shù)據(jù)量相對不大，但其與PC機之間的通訊任務(wù)比較繁忙，所以在這類結(jié)構(gòu)的設(shè)計上主要憑借多協(xié)議混合子網(wǎng)形式運行，這樣令主站間進行FDL通訊，與PC機間實現(xiàn)FMS通訊，進而提高整體系統(tǒng)的運行效率。在落實具體的監(jiān)控任務(wù)過程中，應(yīng)該考慮綜合因素影響，確?？刂凭W(wǎng)絡(luò)方案的實用性和穩(wěn)定性，包括站點之間傳輸數(shù)據(jù)的格式和站點的數(shù)量安排，完善傳輸過程的效率標(biāo)準，并對多種協(xié)議內(nèi)容做好篩選，盡量減少經(jīng)濟和資源浪費。尤其是在投產(chǎn)運行活動開始之后，關(guān)于系統(tǒng)的合理改良和投資事宜應(yīng)該做出科學(xué)的決策，已達到良好的應(yīng)用效果，促進該類網(wǎng)絡(luò)配置策略的系統(tǒng)化轉(zhuǎn)變。

3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

使用西門子通用型PLC作為下位機，能與現(xiàn)場的傳感器、自動化儀表和變送器相連，實施數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信以及數(shù)據(jù)管理。參照工藝要求，PLC上電自檢測沒有錯誤后，外部輸送信號經(jīng)過自動化儀表和傳感器送入PLC，一旦電路出現(xiàn)過載、斷路或短路時，將停止電動機工作，并發(fā)出報警。使用PLC對數(shù)據(jù)進行處理，按照信號，PLC可決定機械設(shè)備的啟停，使用前饋—反饋控制模式，保證系統(tǒng)在任何狀況下均能可靠地、穩(wěn)定地、實時地控制生產(chǎn)數(shù)據(jù)。同樣使用閉環(huán)控制溫度與生產(chǎn)參數(shù)等模擬量，構(gòu)成多個控制回路。

整個軟件設(shè)計使用模塊化編程有利于調(diào)試，主要工作有信號控制處理與獲取處理、與上位機通信的DB系統(tǒng)的設(shè)計和故障模塊的設(shè)計。編輯好操作各個設(shè)備的功能系統(tǒng)后，并放入組織塊OB1中，當(dāng)PLC開始執(zhí)行程序時，會對組織塊內(nèi)的全部功能模塊按順序執(zhí)行，這就完成了對所有裝置的手動或自動控制。

4 結(jié)語

西門子PLC在CPU中具有較快的運算速度，同時對程序的執(zhí)行效率也很高，面對工藝控制功能的集成化趨勢，真正實現(xiàn)故障冗余的清除，改良技術(shù)的性能，是促成硬件、軟件配套技術(shù)在聯(lián)網(wǎng)通信方面開發(fā)的必要前提。目前關(guān)于控制網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品樣式途徑十分繁多，加上配置策略的詳盡，相信可以提供給用戶更多的應(yīng)用價值，促進相關(guān)事業(yè)長久發(fā)展和優(yōu)化改革。

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