PLC控制系統(tǒng)網絡通訊問題的分析

王 堅

廣州市京水水務有限公司，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PLC工作子站和2套冗余服務器（WinCC SERVER）以及4套客戶端組成。后因生產需要增加了1套單機版監(jiān)控主站。13個PLC子站按照工藝流程，分別實現不同階段的數據監(jiān)控。PLC2000、PLC4000、PLC4100、PLC6000、PLC8000等 5個 工 作站采用西門子S7-300系列的PLC，PLC5000工作站、1#-3#鼓風機LCP站和MCP站等5個工作站采用AB的SLC5/05系列PLC，1#-3#脫水機控制站采用AB MicroLogic1500系列PLC。

各個PLC站獨立運行，采用工業(yè)以太網方式進行通訊，工業(yè)以太網采用冗余的網絡拓撲結構，可靠性高[1]。監(jiān)控站服務器（WinCC SERVER）通過工業(yè)以太網ISO協議與西門子PLC控制站進行網絡通訊，完成監(jiān)控任務；通過TCP/IP協議與AB的PLC工作站進行網絡通訊，實現對全廠控制參數的監(jiān)控。

2 PLC控制系統(tǒng)出現的問題及分析

由于生產需要，近年來西朗污水處理廠在原設計的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PLC控制系統(tǒng)主要的改造情況介紹

2007年西朗污水廠開展了自控大修，主要內容是對PLC6000工作站進行改造。將該區(qū)域所有設備的信號都增加到PLC控制系統(tǒng)，并增加PLC6100監(jiān)控主站，實現對該區(qū)域設備的遠程及自動控制。

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

2010年在改造系統(tǒng)時，增加了廠區(qū)各主要設備的運行參數在線監(jiān)控。包括了25臺變頻器的運行參數，通過PROFIBUS總線連接到所在區(qū)域對應的PLC工作站，并增加WinCC監(jiān)控畫面，完善各新增信號的顯示。

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

2.2 PLC控制系統(tǒng)出現的問題

在07年自控系統(tǒng)改造后，各西門子PLC工作站與WinCC的網絡通訊的穩(wěn)定性開始下降，偶爾會出現通訊中斷的情況，持續(xù)數秒后可自動恢復。隨著運行時間的增加和新增控制單元的增加，通訊中斷的頻率越來越大，中斷時間也越來越長，在信號量最大的PLC4000和PLC6000工作站尤為突出。

系統(tǒng)網線通訊的穩(wěn)定性下降也導致了部分的設備遠程啟停命令無法發(fā)出，污泥輸送泵的泥量數據也需要多次發(fā)送才能傳輸到監(jiān)控主站。

2.3 問題分析

從PLC控制系統(tǒng)問題出現的時間來看，基本上出現的異常情況都是在系統(tǒng)進行改造，增加控制信號量以后出現的。于是可以初步判斷系統(tǒng)網絡通訊的穩(wěn)定性下降與多次的系統(tǒng)改造有關。出現以上的異常情況可能是由于CPU或網絡通訊模塊的通訊能力不足導致。具體分析如下：

西門子PLC工作站出現的問題主要有2個，第一是PLC工作站與WinCC的通訊出現中斷，這種情況各個工作站都存在；第二點是部分設備在WinCC畫面上遠程啟停命令無法發(fā)出，部分數據發(fā)送到服務器出現了重復多次發(fā)送情況，這種問題再監(jiān)控信號數量較多的工作站出現。

1）西門子PLC通訊處理器模塊為CP343-1（6GK7343-1EX11-0XE0），其S7通訊最大的連接數量16個[2]。現有系統(tǒng)中，雖然有13套PLC工作站，但是西門子的PLC系統(tǒng)并沒有直接跟AB的PLC系統(tǒng)通訊，也就是說實際通訊連接數只有5個，沒有達到其限制值，所以可以排除網絡通訊模塊通訊容量不足導致系統(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），其工作存儲器容量為48Kb，內置裝載存儲器容量為80Kb，可進行DP站主站的連接數量為1個，不支持DP從站[2]。原系統(tǒng)采用了2套互為冗余DP主站，后因生產需要又增加1套DP主站，已經超過了CPU的通訊能力。且網絡通訊中斷現象惡化是在增加了PLC6100監(jiān)控站后出現的，所以判斷網絡通訊不穩(wěn)定現象與CPU選型有關。另外，除此之外，由于CPU的存儲量較小，而經過多次的改造，在原有的系統(tǒng)上增加了較多了控制單元和控制量，數據處理量的增加導致網絡通訊負荷的加重，影響系統(tǒng)通訊的穩(wěn)定性[3]。

2.4 問題的處理

根據上述故障分析，基本掌握了PLC控制系統(tǒng)不穩(wěn)定運行的因素。PLC的CPU通訊能力和數據處理能力不足是導致系統(tǒng)出現通訊穩(wěn)定性下降的主要原因。針對以上分析結果，對PLC控制系統(tǒng)進行了以下的升級改造：

升級PLC的CPU控制器。將西門子PLC工作站的控制器升級為 CPU315-2DP（6ES7315-2AH14-0AB0）。該CPU的存儲量為128Kb，內置DP主站數量1個，可通過CP擴展至4個，支持DP從站最大連接數為16個[4]。這樣就大大增加了CPU的存儲量和數據通訊能力，滿足西朗污水處理廠的通訊要求。

通過以上的系統(tǒng)升級，整個系統(tǒng)的網絡通訊得到明顯的改善，各監(jiān)控站與西門子PLC的通訊不再出現通訊中斷的現象，設備的遠程操作全部實現一步到位，數據傳送也沒有出現阻滯。

3 結論

通過這次系統(tǒng)升級改造，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)的處理數據和通訊能力和其選用模塊息息相關[5]，這就需要我們在設計和改造系統(tǒng)時充分考慮到系統(tǒng)的數據處理能力，以保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

[1]廖常初.S7-300/400PLC應用技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[2]Siemens AG.S7-300可編程序控制器產品目錄，2002.

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

[4]Siemens AG.S7-300可編程序控制器產品目錄，2008.

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