基于西門子PLC的控制網(wǎng)絡(luò)選擇策略與工程實(shí)踐

重慶鋼鐵集團(tuán)電子有限責(zé)任公司　徐小紅

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基于西門子PLC的控制網(wǎng)絡(luò)選擇策略與工程實(shí)踐

重慶鋼鐵集團(tuán)電子有限責(zé)任公司徐小紅

【摘要】隨著改革開放逐漸深入，計(jì)算機(jī)技術(shù)地不斷發(fā)展，優(yōu)化自動化系統(tǒng)適應(yīng)于層次的差異，西門子的PLC技術(shù)可以供應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)的選擇。本文從西門子的特點(diǎn)進(jìn)行著手，闡述在工程應(yīng)用上的實(shí)例，重點(diǎn)討論了如何將PLC技術(shù)應(yīng)用在工程實(shí)踐中，從而實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)選擇。

【關(guān)鍵詞】西門子PLC；控制網(wǎng)絡(luò)；工程實(shí)踐

1　西門子PLC的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

西門子PLC憑借其穩(wěn)定性、可信度、豐富性、編程的靈活性逐漸被普遍應(yīng)用于工業(yè)中，特別是自動化控制系統(tǒng)。從西門子PLC的發(fā)展史可以看出，無論是S7-200，S7-300還是后期的S7-400，西門子PLC 無時(shí)無刻不在用心的成長，用心的鉆研，現(xiàn)階段西門子公司在PLC領(lǐng)域已經(jīng)推出了PPI、MPI、Profibus以及Industrial Ethernet等不同層次的網(wǎng)絡(luò)解決方案，這對西門子的發(fā)展是至關(guān)重要的，它滿足了各個(gè)階層對于網(wǎng)絡(luò)的需求。下面分別介紹每一個(gè)的特點(diǎn)：

(1)PPI(point to point interface)

西門子PPI是針對S7-200所設(shè)計(jì)的一款通訊網(wǎng)絡(luò)解決方案，可以將頻率為9.6kbps、19.2kbps、187.5kbps全部集成在S7-200 CPU上。通過這樣的手段，那么在利用PPI進(jìn)行通訊時(shí)，只需要用NETR和NETW兩條語句即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，不再需要其它的通訊協(xié)議來做模板。

(2)MPI(Multi-point interface )

MPI屬于西門子PLC系統(tǒng)內(nèi)部的一種協(xié)議，使用188.5kbps的速率來運(yùn)用令牌進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，主要針對于CP318-2,數(shù)據(jù)傳輸，且傳輸率非常高。MPI接口一般會內(nèi)置于西門子，主要通過全局的數(shù)據(jù)和聯(lián)網(wǎng)的CPU之間進(jìn)行周期性的數(shù)據(jù)傳輸，通過這樣的手段使得數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中沒有通訊模板也可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)CUP之間的通訊連接。

(3)Profibus

他并不是一個(gè)單獨(dú)結(jié)構(gòu)所組成的，它是由三部分相互兼容的協(xié)議所組成的，其中有Profibus-FMS、Profibus-DP、Profibus-PA。第一是語句的循環(huán)結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)、多主站的網(wǎng)絡(luò)。第二是用來優(yōu)化系統(tǒng)的通訊方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場級系統(tǒng)的控制和分布式I/O及其他現(xiàn)場級設(shè)備之間的連接。三是用來實(shí)現(xiàn)過程的自動化，主要用于主站與儀表、變送器之間的通信，有時(shí)甚至用于防爆場合。

2　工程實(shí)踐

圖1　連鑄電氣控制系統(tǒng)(一)

圖2　連鑄電氣控制系統(tǒng)(二)

2.1連鑄電氣控制系統(tǒng)的選擇

連鑄機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方案的設(shè)置，可以根據(jù)工藝設(shè)計(jì)特定性要求，可將PLC分為公用PLC和流用PLC，前者主要用于連鑄生產(chǎn)中公用設(shè)備的控制，如冷床、推鋼機(jī)等；后者主要用于控制留用設(shè)備，如切割機(jī)、引錠桿等。一般來說一套完整的設(shè)備是由由1個(gè)公用PLC和8個(gè)流用PLC組成，其中流用PLC每個(gè)單獨(dú)控制1臺設(shè)備，用來實(shí)現(xiàn)每臺設(shè)備獨(dú)自控制的要求。因此根據(jù)具體生產(chǎn)實(shí)際情況提出以下兩種方案：

A方案是以CPU315-2DP為主站用于公用PLC而流用PLC構(gòu)成Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)，兩者在一起可以擴(kuò)展為一個(gè)通訊單元，以此創(chuàng)立起一個(gè)完整的s7系統(tǒng)信息網(wǎng)，因此，公用PLC的DP從站可以用8個(gè)流用來組成(圖1)。

B方案是分別將兩種PLC的型號全部轉(zhuǎn)換成相同的CPU314，而他們又分別與CPU342·5DP通訊處理器建立起相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)連接；通過其中任意一個(gè)通訊卡，上位機(jī)就能夠順利連接在通訊網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。即B方案中僅需要?jiǎng)?chuàng)建10個(gè)主站，再通過FDL即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各個(gè)站點(diǎn)之間的聯(lián)系甚至是實(shí)時(shí)通訊(如圖2)。

通過對比，方案B中公用PLC和流用PLC之間會形成一個(gè)相互的數(shù)據(jù)通訊；如果有任意一個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)問題，對其他站點(diǎn)的工作沒有任何影響，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)流程獨(dú)立生產(chǎn)和工作的要求。所以B方案是符合生產(chǎn)實(shí)際的最佳方案。

圖3　制氧機(jī)控制系統(tǒng)(一)

圖4　制氧機(jī)控制系統(tǒng)(二)

2.2制氧機(jī)控制系統(tǒng)的選擇

制氧機(jī)控制系統(tǒng)中的I/O點(diǎn)數(shù)為100DI/50DO、222AI/ 20AO，而S7-300系列PLC所能處理的模擬I/O總數(shù)只有128點(diǎn)，而S7-400系列PLC可達(dá)4096點(diǎn)，32倍于S7-300系列，所以如果采用CPU414和2DP組合是可以達(dá)到系統(tǒng)能力的處理要求的，而數(shù)字I/O模板采用的是S7-400系列PLC模塊，可以安裝在機(jī)架上，簡潔方便；而模擬板采用S7-300系列PLC，則需要分布式安裝，更貼近設(shè)備。如此配置能夠使得CPU、I/O模板及生產(chǎn)設(shè)備通過一根線鏈接起來。

另外Profibus-DP使用CP414-2DP作為主站，ET200M使用IM153接口連接到Profibus-DP上成為從站，所以即使不在CPU規(guī)定的工作環(huán)境中，也能擁有較高的數(shù)據(jù)傳輸速度；有時(shí)也可以根據(jù)實(shí)際需要在傳感器和生產(chǎn)設(shè)備旁使用模板，將一部分信號和信息在本地進(jìn)行轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)化、處理并執(zhí)行，可以大幅度降低布線方面的構(gòu)建成本，并大幅度提高系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)展性。

針對上述要求，從而提出兩種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方式：其一是把中央的處理模塊用CP414-2DP來代替，隨后通過CP443-5Basic通信模板鏈接上位機(jī)構(gòu)建Profibus-FMS網(wǎng)絡(luò)(見圖3)；其二是通過CP414-2DP的DP接口鏈接上位機(jī)組成Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)(見圖4)。

通過兩方案的對比，不難看出方案一的方式方法優(yōu)于方案二，上位機(jī)和CPU之間采用的是通訊協(xié)議，不僅能夠達(dá)到系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸速度的要求，更值得注意的是該協(xié)議可以響應(yīng)多條并發(fā)的通訊任務(wù)，所以Profibus-FMS網(wǎng)絡(luò)的建立才能達(dá)到本系統(tǒng)對并發(fā)數(shù)據(jù)傳輸量的要求。

3　結(jié)束語

本文就西門子PLC的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行探討，在利用西門子PLC技術(shù)進(jìn)行控制系統(tǒng)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)PLC系統(tǒng)控制的具體設(shè)備和特別的要求，如果有些站點(diǎn)需要互相交換或交流信息，則需要相互傳送大量的信息數(shù)據(jù)，對所傳輸數(shù)據(jù)的速率必定有些要求，則可以選擇西門子網(wǎng)絡(luò)控制功能，讓其施展其中的優(yōu)勢，完成層次之間的差異和不同的目標(biāo)任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]梁成鵬.基于西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置與應(yīng)用[J].可編程控制器與工廠自動化,2014, 04.