西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用實(shí)踐

周建鋒 顧偉東

[摘? ? 要]隨著科學(xué)技術(shù)水平越來越高，在改良網(wǎng)絡(luò)控制功能的同時(shí)不斷優(yōu)化。西門子PLC 控制網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)配置發(fā)揮控制功能，對(duì)各種設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)全面監(jiān)督管理，并將運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)記錄，確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。本論文著重于研究西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用實(shí)踐。

[關(guān)鍵詞]西門子;PLC控制網(wǎng)絡(luò);配置策略;應(yīng)用實(shí)踐

[中圖分類號(hào)]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）07–00–02

Configuration Strategy and Application Practice of Siemens PLC Control Metwork

Zhou Jian-feng，Gu Wei-dong

[Abstract]With the development of science and technology， network control function is improved and optimized. Siemens PLC control network plays a control function for network configuration， comprehensively supervises and manages the operation status of various facilities and equipment， and records the operation data in real time to ensure the safe and reliable operation of the system. This paper focuses on the configuration strategy and application practice of Siemens PLC control network.

[Keywords]siemens; PLC control network; configuration strategy; application practice

西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)所發(fā)揮的主要功能是對(duì)各種自動(dòng)化系統(tǒng)的信息傳遞需求都能夠滿足。要保證通訊質(zhì)量，就需要西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)維持良好的運(yùn)行狀態(tài)，才能更好發(fā)揮其性能，獲得良好的運(yùn)行效率。從目前的生產(chǎn)管理情況來看，對(duì)于西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)合理配置，需要選擇合適的網(wǎng)絡(luò)控制方式，使控制網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)行，不僅提高經(jīng)濟(jì)效益，還可以獲得安全效益。

1 西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用情況

控制網(wǎng)絡(luò)的功能很多，包括計(jì)算機(jī)技術(shù)功能、數(shù)字通訊技術(shù)功能以及自動(dòng)控制技術(shù)功能等等，將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)充分結(jié)合，功能上也更加全面。相比較于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行中有較高的可靠性，而且具有時(shí)效性，當(dāng)進(jìn)入到實(shí)際生產(chǎn)階段的時(shí)候，各模塊之間都可以互聯(lián)互通，企業(yè)生產(chǎn)綜合的效益有所保證^[1]。

PLC為可編程邏輯控制器，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，生產(chǎn)設(shè)備提高了抗干擾，能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備故障的發(fā)生率大大降低，數(shù)字運(yùn)算結(jié)果有所保證，而且在處理模擬量的時(shí)候，對(duì)于實(shí)際控制要求的各項(xiàng)性能都能夠滿足?，F(xiàn)在的控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為控制設(shè)備中的主流，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用可編程控制系統(tǒng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)予以控制，對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)而言可以高質(zhì)量、高效率完成生產(chǎn)任務(wù)，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)利潤。

不同的用戶對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)的功能有不同的需求，要使其通訊控制任務(wù)得以滿足，開發(fā)了西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)，并在應(yīng)用的過程中不斷優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)配置方案不斷完善，使控制網(wǎng)絡(luò)有更高的運(yùn)行效果，生產(chǎn)領(lǐng)域得以快速發(fā)展。

2 西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論

2.1 西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的分類

（1）西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口。用戶在通訊協(xié)議設(shè)置的時(shí)候采用自定義的方式，在控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，相同協(xié)議的設(shè)施都可以連接使用。比如，掃描儀、打印機(jī)以及變頻器等等，都可以連接，根據(jù)需要啟動(dòng)，發(fā)揮這些設(shè)備的功能，為控制網(wǎng)絡(luò)提供了便利。

（2）西門子PLC控制網(wǎng)為PPI協(xié)議，如果電纜聯(lián)網(wǎng)需要采用普通雙芯屏蔽雙絞的方式，則可以得到滿足。PPI協(xié)議是從屬協(xié)議，信息向主站發(fā)送的時(shí)候不會(huì)主動(dòng)執(zhí)行，只有當(dāng)主站發(fā)出命令之后才能執(zhí)行，所以，其總是在等待要求，并與主站地址信息相結(jié)合才能做出反應(yīng)。

（3）西門子PLC控制網(wǎng)為MPI協(xié)議。MPI協(xié)議是西門子內(nèi)部協(xié)議，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通訊發(fā)出指令，使控制網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行的過程中，可以將MPI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議利用起來與計(jì)算機(jī)連接，還可以連接人機(jī)操作界面。西門子PLC控制網(wǎng)應(yīng)用該協(xié)議，運(yùn)行效果更好，有助于提高經(jīng)濟(jì)效益。

（4）工業(yè)以太網(wǎng)西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的特殊要求，網(wǎng)絡(luò)控制范圍得以擴(kuò)大，在工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的過程中，管理控制效果得到提升。

2.2 西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)所具備的優(yōu)勢(shì)

西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)有很多種，用于實(shí)際中，所發(fā)揮的運(yùn)行功能各不相同。西門子電路控制網(wǎng)絡(luò)包括兩種類型，即具有國際標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)和該公司自主研發(fā)通信網(wǎng)絡(luò)。其中，具有國際標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)傳輸信息速度快，在短時(shí)間內(nèi)可以傳輸很遠(yuǎn)的距離，與西門子自主研發(fā)的通信網(wǎng)絡(luò)相比較，優(yōu)勢(shì)非常顯著^[2]。但是，西門子自主研發(fā)的通信網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，應(yīng)用的時(shí)候有很強(qiáng)的靈活性，國際標(biāo)準(zhǔn)的控制網(wǎng)絡(luò)需要依賴于各種硬件和軟件才能保持運(yùn)行狀態(tài)。在開展各項(xiàng)應(yīng)用中，需要投入大量的資金，而且技術(shù)開發(fā)也存在復(fù)雜性。西門子公司自主研發(fā)的通信網(wǎng)絡(luò)在性能上不如國際標(biāo)準(zhǔn)的控制網(wǎng)絡(luò)，但處于實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，不需要給軟件和硬件投入很高的成本，所以，其被應(yīng)用領(lǐng)域普遍使用，也是重要的發(fā)展方向。

3 西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)配置

3.1 通訊能力得以實(shí)現(xiàn)

（1）S5兼容通訊。該通信服務(wù)主要包括現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的FDL、以太網(wǎng)的因特網(wǎng)的通信協(xié)議、ISO傳輸協(xié)議、ISO傳輸協(xié)議-on-傳輸控制協(xié)議和面向無連接的協(xié)議，它們有相同的組態(tài)和編程的方法。當(dāng)控制網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的時(shí)候，發(fā)送與接收口都需要經(jīng)過專屬的可編程控制器才能夠?qū)崿F(xiàn)通訊，保證控制網(wǎng)絡(luò)在多個(gè)領(lǐng)域中有效應(yīng)用。

（2）使用S7控制系統(tǒng)通訊功能，使控制網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行的過程中能夠全面提供通訊服務(wù)，對(duì)于任何一個(gè)控制任務(wù)都可以控制在標(biāo)準(zhǔn)限制之內(nèi)，使系統(tǒng)處于更加安全的運(yùn)行狀態(tài)，包括其高效運(yùn)行。

（3）制造商不同，促使自動(dòng)化系統(tǒng)與控制網(wǎng)絡(luò)之間有充分的協(xié)調(diào)性，就需要發(fā)揮可編程控制系統(tǒng)的作用。西門子PLC控制裝置所發(fā)揮控制能力是在特定的時(shí)間段內(nèi)，且控制的間距以及通訊口所在的位置有一定的合理性^[3]。當(dāng)可編程控制系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，對(duì)于控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件配置要求要嚴(yán)格遵循，使系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中通訊效果良好。

3.2 將編程接口工作做好

（1）編程設(shè)備/計(jì)算機(jī)設(shè)備通訊卡。在應(yīng)用這個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口方式的時(shí)候，就是在控制網(wǎng)絡(luò)中接入編程設(shè)備/計(jì)算機(jī)設(shè)備。由于這種類型的網(wǎng)絡(luò)接口形式多樣，所以應(yīng)用于實(shí)際中，要與接口的功能相結(jié)合，并根據(jù)實(shí)際的需要合理選擇。

（2）在處理電路控制系統(tǒng)模塊的時(shí)候，要連接在PLC控制系統(tǒng)上。采用這種網(wǎng)絡(luò)接口方式，智能性非常高，通過運(yùn)行PLC系統(tǒng)，能夠自動(dòng)完成連接作業(yè)。使用這種網(wǎng)絡(luò)接口形式，在應(yīng)用的過程中不會(huì)導(dǎo)致中央處理器承受很大的負(fù)擔(dān)。由于模塊處理裝置的種類很多，模塊的種類不同，實(shí)際運(yùn)行時(shí)功能也有所不同，所以需要有關(guān)部門經(jīng)過詳細(xì)分析之后才能落實(shí)到具體的設(shè)計(jì)工作中^[4]。

3.3 傳輸媒介的選擇

在西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，對(duì)于不同的應(yīng)用類型要仔細(xì)分析，合理選擇傳輸介質(zhì)。在一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)中可以結(jié)合不同的傳輸介質(zhì)，充分發(fā)揮西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)所具備的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前來看，網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)包括如下3種。

（1）電氣數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)。其所發(fā)揮的主要作用是用于傳輸?shù)叵码娎|以及屏蔽雙絞線電纜。

（2）光纜數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)。其是發(fā)揮塑料光纜或者玻璃的作用，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行的時(shí)候，數(shù)據(jù)信息就可以遠(yuǎn)距離傳輸，使數(shù)據(jù)參數(shù)效率有所提高，如果為室內(nèi)傳輸環(huán)境或者室外傳輸環(huán)境，可以采用這種介質(zhì)，可以獲得良好的傳輸效果^[5]。

（3）無線數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)。其是發(fā)揮紅外連接模塊的作用進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，在15m范圍內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息都可以有效傳輸。

4 西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

在聚氨酯巖棉復(fù)合板生產(chǎn)線中應(yīng)用西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)。由于上開卷、下開卷、成型機(jī)、巖棉系統(tǒng)、雙帶機(jī)、帶鋸機(jī)、冷卻系統(tǒng)、碼垛系統(tǒng)分別屬于生產(chǎn)線中的不同設(shè)備，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制方案的過程中，需要對(duì)不同設(shè)備之間的距離進(jìn)行分析，了解各設(shè)備在運(yùn)行中所需要的傳動(dòng)電機(jī)、傳感器數(shù)量。各通信設(shè)備比較多，且有一定的通信距離，為了降低網(wǎng)絡(luò)控制成本，使用西門子PROFINET控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)的監(jiān)督控制范圍要有所擴(kuò)大，需要使用以太網(wǎng)交換機(jī)，確保控制網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行的過程中可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控^[6]。西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖1所示。

通過對(duì)聚氨酯巖棉復(fù)合板生產(chǎn)線設(shè)備控制任務(wù)進(jìn)行分析，了解其特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)控制系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，對(duì)生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)性有很高的要求。各個(gè)站都可以通過網(wǎng)線連接，由此使信號(hào)的傳輸保持整體性和高精度。生產(chǎn)線各設(shè)備要完成控制任務(wù)，需要將PC機(jī)建立在控制網(wǎng)絡(luò)中，還要合理安裝主可編程控制器和從控系統(tǒng)。

由于聚氨酯巖棉復(fù)合板生產(chǎn)線各設(shè)備數(shù)量多，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大，在對(duì)西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)于每個(gè)設(shè)備的控制系統(tǒng)劃分為一個(gè)可編程邏輯控制點(diǎn)，使設(shè)備之間的信息傳輸更加方便。要保證后期安裝時(shí)間不會(huì)很長，采用這種設(shè)計(jì)方法的同時(shí)，對(duì)于設(shè)備之間距離遠(yuǎn)的問題要有效解決，此時(shí)就需要基于西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)選用規(guī)格相當(dāng)?shù)闹醒胩幚砥?，發(fā)揮設(shè)備的主站作用，構(gòu)成子網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所傳輸?shù)男盘?hào)合理控制，數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中有較高的穩(wěn)定性^[7]。此時(shí)，還需要考慮到生產(chǎn)線在生產(chǎn)過程中的各種因素，對(duì)于控制網(wǎng)絡(luò)方案予以優(yōu)化，使控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有較高的實(shí)用性，且能夠穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸站的規(guī)格以及配置的數(shù)量合理設(shè)置，避免控制網(wǎng)絡(luò)處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候造成成本浪費(fèi)。設(shè)備運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，控制網(wǎng)絡(luò)采集這些數(shù)據(jù)信息，以此為參考優(yōu)化控制網(wǎng)絡(luò)并在技術(shù)上予以改進(jìn)。

5 結(jié)束語

通過上面的研究可以明確，西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)是系統(tǒng)非常復(fù)雜，具有很強(qiáng)的專業(yè)配置。PLC控制網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行的過程中要發(fā)揮積極作用，應(yīng)認(rèn)真分析各領(lǐng)域的監(jiān)控任務(wù)所具備的特點(diǎn)以及對(duì)于技術(shù)方面的要求，西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候是否技術(shù)可行，是否具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用性進(jìn)行評(píng)價(jià)，使西門子PLC控制方案切合實(shí)際，產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量以及生產(chǎn)的效率都有所保證，而且保持網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行可以獲得良好的控制效果。另外，在應(yīng)用西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的時(shí)候，有關(guān)人員需要對(duì)生產(chǎn)實(shí)際規(guī)模充分考慮對(duì)于運(yùn)行要求有所明確，使控制網(wǎng)絡(luò)更加合適，從而使系統(tǒng)的運(yùn)行成本得到有效控制。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，會(huì)有存在不穩(wěn)定因素，需要根據(jù)分析結(jié)果將科學(xué)有效的控網(wǎng)絡(luò)制方案制定出來，使西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)更好地發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值。

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