西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用分析

劉航

摘 要：西門子PLC是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的可編輯控制器，具有體積小、網(wǎng)絡(luò)通信能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、可靠性高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在冶金、化工、電力、工業(yè)制造等領(lǐng)域。由于西門子控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品種類繁多，為了滿足不同類型的網(wǎng)絡(luò)需求，需要合理配置西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)，讓控制網(wǎng)絡(luò)滿足網(wǎng)絡(luò)類型、傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)通訊等方面的需求。本文根據(jù)西門子PLC運(yùn)行需求，探討了控制網(wǎng)絡(luò)類型、網(wǎng)絡(luò)通信、傳輸介質(zhì)等方面的配置原則，并結(jié)合具體案例分析了西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略。

關(guān)鍵詞：西門子PLC;控制網(wǎng)絡(luò);配置策略

引言：

控制網(wǎng)絡(luò)是綜合了計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)，是網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)的產(chǎn)物。網(wǎng)絡(luò)控制是通過(guò)對(duì)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)通道進(jìn)行閉環(huán)控制，網(wǎng)絡(luò)控制主要針對(duì)物理設(shè)備，而不是網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。西門子PLC是一種可編程的存儲(chǔ)器，內(nèi)部可以完成邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算數(shù)等指令，并通過(guò)模擬/數(shù)字輸入/輸出控制機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)。為了滿足不同用戶的需求，西門子公司研發(fā)了各類控制網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，由于控制網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的性能存在一定的差異，給西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了一定的難度。通過(guò)分析西門子PLC網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的特點(diǎn)，提出西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)配置原則，可以滿足不同工業(yè)應(yīng)用需求。

1.西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置原則

1.1西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)類型

西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)類型包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口、PPI網(wǎng)絡(luò)、MPI網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)等。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口是一種自由通訊方式，用戶可以自由定義通訊協(xié)議，讓西門子控制器可以與掃描機(jī)、打印機(jī)、控制器等任何通信協(xié)議公開(kāi)的設(shè)備進(jìn)行通訊。PPI網(wǎng)絡(luò)是西門子公司為S7-200PC設(shè)備專門研發(fā)的一種通信協(xié)議，這種通信協(xié)議通過(guò)普通的電力電纜與網(wǎng)絡(luò)連接，將通信接口匯聚在S7-200CPU上。MPI網(wǎng)絡(luò)是西門子公司內(nèi)部的一種標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，西門子PLC與CPU的MPI編程接口、上機(jī)位網(wǎng)卡編程口進(jìn)行連接完成通信。工業(yè)以太網(wǎng)是專門為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的一種通訊網(wǎng)絡(luò)[1]。一般使用ISO和TCP/IP通訊協(xié)議，可以用電力電纜、光纖網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行通訊。這種通信協(xié)議支持光宇網(wǎng)絡(luò)，傳輸速度快，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多，可以滿足工業(yè)生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)需求。

1.2西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)通訊要求

西門子可編輯控制器的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品比較多，PLC控制網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品比較多，需要滿足S5控制器的兼容通訊、S7基本通訊、標(biāo)準(zhǔn)通訊和OP通訊。其中S5兼容通信是發(fā)送接口和接收口優(yōu)化S5和S7系列產(chǎn)品的通訊需求，一般需要工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。S7系列產(chǎn)品需要通過(guò)MPI網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。S7基本通訊是滿足S7系列西門子PLC控制器CPU通信協(xié)議要求。OP通訊是通過(guò)OP與控制器進(jìn)行組態(tài)、編程、監(jiān)控以及人機(jī)交互等功能。標(biāo)準(zhǔn)通訊主要是為了滿足不同供應(yīng)商制造的自動(dòng)化系統(tǒng)之間的通信要求，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通訊完成不同自動(dòng)化系統(tǒng)的通訊要求[2]。在配置過(guò)程中，需要根據(jù)控制網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備、軟件設(shè)備、節(jié)點(diǎn)數(shù)量配置相應(yīng)的通訊接口和數(shù)據(jù)模塊。

1.3網(wǎng)絡(luò)通信連接方式

西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)通信接口包括PG通訊卡、PLC專用通訊模塊、集成編程接口、集成通訊接口。PG通訊卡可以將PG連接到各種網(wǎng)絡(luò)，這種通訊卡類型比較豐富，可以連接到系統(tǒng)自帶的處理器PCI卡，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。PLC專用通訊模塊是一種智能化的模塊，可以將可編程控制器連接到特定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)，降低自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)CPU運(yùn)行負(fù)擔(dān)。這種通訊模塊包括通訊處理器、接口模塊等內(nèi)容，可以根據(jù)不同的需求，選擇不同的通訊接口[3]。集成編程接口不僅具備編程通訊需求，而且可以與其他編程接口進(jìn)行連接。比如S7-200系列PLC編程接口需要實(shí)現(xiàn)PPI和MPI控制網(wǎng)絡(luò)的通訊接口。集成通訊接口作為控制網(wǎng)絡(luò)的一部分，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)通訊設(shè)備的連接。S7-300系列PLC產(chǎn)品，可以與系統(tǒng)主機(jī)自身集成系統(tǒng)的Profi-bus-DP通訊接口，可以直接連接輸入/輸出設(shè)備，組態(tài)比較靈活。

2.西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

某城鎮(zhèn)自來(lái)水廠需要供應(yīng)城鎮(zhèn)10萬(wàn)人的供水需求，為了及時(shí)了解到自來(lái)水廠各個(gè)節(jié)點(diǎn)的流量、水壓、水中成分等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，需要對(duì)自來(lái)水的進(jìn)水口、出水口、水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，安裝了自來(lái)水監(jiān)控系統(tǒng)，自來(lái)水監(jiān)控系統(tǒng)可以自動(dòng)化采集各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，了解到水質(zhì)、水壓、流量等各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，并對(duì)自來(lái)水廠的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)自來(lái)水廠的流量、水壓出現(xiàn)異常，并將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心根據(jù)采集的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制管道壓力、流量，避免故障的發(fā)生。一旦發(fā)生故障，可以在安排技術(shù)人員第一時(shí)間進(jìn)行搶修，最快速度恢復(fù)正常供水。自來(lái)水廠主要由水源區(qū)和水廠區(qū)構(gòu)成，兩個(gè)區(qū)域相隔在1500范圍。水廠安裝了8臺(tái)加壓泵，一旦蓄水池的水位或者水壓不足，可以通過(guò)變壓器進(jìn)行增壓，滿足居民用水。自來(lái)水廠的控制網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)比較多，通訊距離比較長(zhǎng)，站點(diǎn)比較多，因此采用工業(yè)以太網(wǎng)類型組成控制網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)工業(yè)以太網(wǎng)的需求，設(shè)置了6個(gè)基站構(gòu)成完整的控制系統(tǒng)，其中5個(gè)子站和1個(gè)主站，各個(gè)子站信息匯聚到主站，由令牌總線進(jìn)行控制。受到傳統(tǒng)控制器的影響，各個(gè)子站雖然可以傳輸信息，但是需要主站發(fā)布控制命令，影響到數(shù)據(jù)正常的傳輸。采用西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)，將各個(gè)預(yù)設(shè)的子站轉(zhuǎn)變?yōu)橹髡荆梢詫?shí)現(xiàn)各個(gè)子站相互獨(dú)立控制，各個(gè)子站運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)影響到其他基站，確保信息傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?/p>

結(jié)束語(yǔ)：

西門子PLC控制器產(chǎn)品比較多，在選擇西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，必須根據(jù)客戶需求，選擇相應(yīng)的控制器和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，還要考慮到網(wǎng)絡(luò)控制的性能，選擇相應(yīng)的傳輸介質(zhì)、傳輸網(wǎng)絡(luò)，確保西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)投入運(yùn)行后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬巖.淺析西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用[J].電子測(cè)試，2020（22）：115-116.

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[3]李宏利.西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用探討[J].商品與質(zhì)量，2019（44）：80-80.