PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊問(wèn)題的分析

王 堅(jiān)

廣州市京水水務(wù)有限公司，廣東廣州 510385

1 系統(tǒng)概況

廣州西朗污水處理廠自控系統(tǒng)于2004年投入使用，原系統(tǒng)由13個(gè)PLC工作子站和2套冗余服務(wù)器（WinCC SERVER）以及4套客戶端組成。后因生產(chǎn)需要增加了1套單機(jī)版監(jiān)控主站。13個(gè)PLC子站按照工藝流程，分別實(shí)現(xiàn)不同階段的數(shù)據(jù)監(jiān)控。PLC2000、PLC4000、PLC4100、PLC6000、PLC8000等 5個(gè) 工 作站采用西門子S7-300系列的PLC，PLC5000工作站、1#-3#鼓風(fēng)機(jī)LCP站和MCP站等5個(gè)工作站采用AB的SLC5/05系列PLC，1#-3#脫水機(jī)控制站采用AB MicroLogic1500系列PLC。

各個(gè)PLC站獨(dú)立運(yùn)行，采用工業(yè)以太網(wǎng)方式進(jìn)行通訊，工業(yè)以太網(wǎng)采用冗余的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可靠性高[1]。監(jiān)控站服務(wù)器（WinCC SERVER）通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)ISO協(xié)議與西門子PLC控制站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，完成監(jiān)控任務(wù)；通過(guò)TCP/IP協(xié)議與AB的PLC工作站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠控制參數(shù)的監(jiān)控。

2 PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題及分析

由于生產(chǎn)需要，近年來(lái)西朗污水處理廠在原設(shè)計(jì)的PLC控制系統(tǒng)中不斷增加新的控制單元，而系統(tǒng)的穩(wěn)定性也隨著下降。

2.1 近年來(lái)PLC控制系統(tǒng)主要的改造情況介紹

2007年西朗污水廠開(kāi)展了自控大修，主要內(nèi)容是對(duì)PLC6000工作站進(jìn)行改造。將該區(qū)域所有設(shè)備的信號(hào)都增加到PLC控制系統(tǒng)，并增加PLC6100監(jiān)控主站，實(shí)現(xiàn)對(duì)該區(qū)域設(shè)備的遠(yuǎn)程及自動(dòng)控制。

2008年對(duì)回用水系統(tǒng)進(jìn)行恒壓控制改造和增加污泥輸送泵的計(jì)量裝置，并將涉及信號(hào)量接入PLC6000工作站。

2010年在改造系統(tǒng)時(shí)，增加了廠區(qū)各主要設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)控。包括了25臺(tái)變頻器的運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)PROFIBUS總線連接到所在區(qū)域?qū)?yīng)的PLC工作站，并增加WinCC監(jiān)控畫面，完善各新增信號(hào)的顯示。

在幾項(xiàng)工程改造后，西朗污水處理廠PLC控制系統(tǒng)信號(hào)量大大增加，DI信號(hào)從516個(gè)增加到824個(gè)，DO信號(hào)從108個(gè)增加到272個(gè)，模擬量信號(hào)也增加到了220個(gè)。

2.2 PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題

在07年自控系統(tǒng)改造后，各西門子PLC工作站與WinCC的網(wǎng)絡(luò)通訊的穩(wěn)定性開(kāi)始下降，偶爾會(huì)出現(xiàn)通訊中斷的情況，持續(xù)數(shù)秒后可自動(dòng)恢復(fù)。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加和新增控制單元的增加，通訊中斷的頻率越來(lái)越大，中斷時(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)，在信號(hào)量最大的PLC4000和PLC6000工作站尤為突出。

系統(tǒng)網(wǎng)線通訊的穩(wěn)定性下降也導(dǎo)致了部分的設(shè)備遠(yuǎn)程啟停命令無(wú)法發(fā)出，污泥輸送泵的泥量數(shù)據(jù)也需要多次發(fā)送才能傳輸?shù)奖O(jiān)控主站。

2.3 問(wèn)題分析

從PLC控制系統(tǒng)問(wèn)題出現(xiàn)的時(shí)間來(lái)看，基本上出現(xiàn)的異常情況都是在系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加控制信號(hào)量以后出現(xiàn)的。于是可以初步判斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊的穩(wěn)定性下降與多次的系統(tǒng)改造有關(guān)。出現(xiàn)以上的異常情況可能是由于CPU或網(wǎng)絡(luò)通訊模塊的通訊能力不足導(dǎo)致。具體分析如下：

西門子PLC工作站出現(xiàn)的問(wèn)題主要有2個(gè)，第一是PLC工作站與WinCC的通訊出現(xiàn)中斷，這種情況各個(gè)工作站都存在；第二點(diǎn)是部分設(shè)備在WinCC畫面上遠(yuǎn)程啟停命令無(wú)法發(fā)出，部分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器出現(xiàn)了重復(fù)多次發(fā)送情況，這種問(wèn)題再監(jiān)控信號(hào)數(shù)量較多的工作站出現(xiàn)。

1）西門子PLC通訊處理器模塊為CP343-1（6GK7343-1EX11-0XE0），其S7通訊最大的連接數(shù)量16個(gè)[2]?，F(xiàn)有系統(tǒng)中，雖然有13套PLC工作站，但是西門子的PLC系統(tǒng)并沒(méi)有直接跟AB的PLC系統(tǒng)通訊，也就是說(shuō)實(shí)際通訊連接數(shù)只有5個(gè)，沒(méi)有達(dá)到其限制值，所以可以排除網(wǎng)絡(luò)通訊模塊通訊容量不足導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降；

2）原系統(tǒng)中西門子PLC工作站采用的控制器為CPU315（6ES7-1AF03-0AB0），其工作存儲(chǔ)器容量為48Kb，內(nèi)置裝載存儲(chǔ)器容量為80Kb，可進(jìn)行DP站主站的連接數(shù)量為1個(gè)，不支持DP從站[2]。原系統(tǒng)采用了2套互為冗余DP主站，后因生產(chǎn)需要又增加1套DP主站，已經(jīng)超過(guò)了CPU的通訊能力。且網(wǎng)絡(luò)通訊中斷現(xiàn)象惡化是在增加了PLC6100監(jiān)控站后出現(xiàn)的，所以判斷網(wǎng)絡(luò)通訊不穩(wěn)定現(xiàn)象與CPU選型有關(guān)。另外，除此之外，由于CPU的存儲(chǔ)量較小，而經(jīng)過(guò)多次的改造，在原有的系統(tǒng)上增加了較多了控制單元和控制量，數(shù)據(jù)處理量的增加導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通訊負(fù)荷的加重，影響系統(tǒng)通訊的穩(wěn)定性[3]。

2.4 問(wèn)題的處理

根據(jù)上述故障分析，基本掌握了PLC控制系統(tǒng)不穩(wěn)定運(yùn)行的因素。PLC的CPU通訊能力和數(shù)據(jù)處理能力不足是導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)通訊穩(wěn)定性下降的主要原因。針對(duì)以上分析結(jié)果，對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了以下的升級(jí)改造：

升級(jí)PLC的CPU控制器。將西門子PLC工作站的控制器升級(jí)為 CPU315-2DP（6ES7315-2AH14-0AB0）。該CPU的存儲(chǔ)量為128Kb，內(nèi)置DP主站數(shù)量1個(gè)，可通過(guò)CP擴(kuò)展至4個(gè)，支持DP從站最大連接數(shù)為16個(gè)[4]。這樣就大大增加了CPU的存儲(chǔ)量和數(shù)據(jù)通訊能力，滿足西朗污水處理廠的通訊要求。

通過(guò)以上的系統(tǒng)升級(jí)，整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊得到明顯的改善，各監(jiān)控站與西門子PLC的通訊不再出現(xiàn)通訊中斷的現(xiàn)象，設(shè)備的遠(yuǎn)程操作全部實(shí)現(xiàn)一步到位，數(shù)據(jù)傳送也沒(méi)有出現(xiàn)阻滯。

3 結(jié)論

通過(guò)這次系統(tǒng)升級(jí)改造，廣州西朗污水廠的PLC控制系統(tǒng)通訊順暢，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。PLC控制系統(tǒng)的處理數(shù)據(jù)和通訊能力和其選用模塊息息相關(guān)[5]，這就需要我們?cè)谠O(shè)計(jì)和改造系統(tǒng)時(shí)充分考慮到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，以保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]Siemens AG.S7-300可編程序控制器產(chǎn)品目錄，2002.

[3]龔仲華.S7-200/300/400PLC應(yīng)用技術(shù)——提高篇[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[4]Siemens AG.S7-300可編程序控制器產(chǎn)品目錄，2008.

[5]胡健.西門子S7-300PLC應(yīng)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.