西門子PLC網絡在燒結系統中的應用

海 韜，劉厚甫，李海龍

（紅河鋼鐵有限公司燒結廠，云南 蒙自661100）

西門子PLC網絡在燒結系統中的應用

海 韜，劉厚甫，李海龍

（紅河鋼鐵有限公司燒結廠，云南 蒙自661100）

西門子PLC在工業控制領域應用非常廣泛，市場占有率非常高，它的網絡通訊技術是非常先進的，網絡類型也較多。主要分析西門子PLC各網絡的特點，并通過在燒結控制系統中的應用，討論了在燒結如何根據控制系統的具體要求進行網絡方案選擇。

燒結；西門子PLC；工業控制網絡；組網；通訊

1 工藝背景

（1）燒結系統構成

燒結生產包括配料、燒結、成品和供料系統等幾個方面。配料為燒結提供化學成分和物理性質穩定的燒結原料，燒結作業是燒結生產的中心環節，它決定燒結質量的關鍵工序，成品和供料是為高爐輸送成品燒結礦的紐帶。此外燒結還有外圍系統，包括原料供應、燃料破碎、燒結煙氣脫硫、除塵等系統。這些主系統和分系統構成了燒結龐大的生產體系。

（2）工藝控制網絡要求

燒結作為原料的加工、煉鐵系統的重要環節，燒結系統的穩定運行，保障了高爐的原料供給。在大型鋼鐵企業中，燒結系統是占地面積最廣，區域跨度最大的一個作業產所，各個系統相互關聯，它們相互之間的跨度又相當大。這決定了其生產系統需要大范圍跨區域的控制，才能保證各個生產環節順利運行。

西門子PLC提供了豐富網絡配置方案，它們各具特點，應用于燒結各生產流程控制之中，易實現燒結生產自動。以下分析了西門子PLC各網絡的特點，討論了如何根據燒結控制系統的具體要求選擇網絡方案。

2 西門子PLC的網絡解決方案及其特點

西門子PLC的網絡類型比較多，燒結系統對不同網路類型有不同的需求。西門子控制網絡總體上可以分為兩大類。一類是西門子公司專用的通訊網絡，即MPI（信息傳遞應用程序接口），PPI（串口通訊協議），點對點接口；另一類通訊網絡使用的是國際標準，即工業以太網、PROFIBUS，AS-i接口。燒結系統運用最多的就是工業以太網、PROFIBUS—DP，MPI和PPI.

（1）PPI

PPI是西門子專為S7-200系列PLC開發的一種通訊協議，波特率有三種，分別是9.6 kbps、19.2 kbps和187.5 kbps[1].通訊接口直接集成于S7-200 CPU上。PPI系統在燒結系統中多使用于子系統PLC，如潤滑系統和電子秤稱量系統。使用PPI通訊連接入觸摸屏，在燒結中可單獨使用，也可以加入過DP通訊連入主網。

（2）點對點接口

點對點接口通訊是由用戶自己定義通訊協議，它可以使S7-400 S7-300，S7-200PLC與任何通訊協議公開的其他設備相互通訊，在燒結中主要使用在主PLC控制變頻器對電機調速。

（3）MPI

MPI通訊協議，是基于西門子內部標準的一種令牌網絡通訊協議，波特率為187.5 kbps，通訊數據傳輸率為12Mbps[1]。在燒結主控制系統中一般使用S7系列PLC，在使用MPI接口時，無需采用通訊模塊，即可實現對控制系統CPU之間的通訊。大部分西門子CPU都帶有MPI端口，無需使用通訊模塊即可實現上位機與下位機（PLC）的通訊，在實際應用中，多使用筆記本電腦現場訪問PLC，應用于處理故障和編程，方便快捷。

（4）PROFIBUS

PROFIBUS通訊系統廣泛應用于于車間級監控和現場層，它的傳輸速率可達到12 Mb/s，最大可以和127個網絡上的節點進行通訊[2]，它使用的是IEC61158國際標準，通用性和性能都非常的優越。燒結系統中使用最廣泛，應用最多的網絡通訊協議。使用PROFIBUS-DP為高速優化通信方案，通訊傳輸率高，可掛網絡接點多，在燒結主控制系統中主要用于實現現場級控制系統與分布式I/0及其它現場級設備之間的主從通信。如圖1所示，PLC一個主站采用分布式I/0，使用PROFIBUS-DP做通訊，將主站與四個從站相連。PROFIBUS-DP通訊傳輸速率高，可以和網絡上的多個節點進行通訊，利用這一特點，可以使PLC主站與其他設備和系統相連，如圖2所示，燒結原料堆料主站與配料電子皮帶秤S7-200子系統，圓盤變頻器，膠帶機圖爾克系統進行通訊。

圖1 PLC分布式DP

圖2 PLC與設備通訊

（5）工業以太網

工業以太網是專為工業生產應用而開發的通訊網絡，通訊協議使用的是ISO和TCP/IP標準[3]，都是采用的國際通用標準。

在燒結系統中，主站PLC使用西門子CP通訊模塊與上位機通訊，基本上可以說，所有的燒結主系統都需要使用到工業以太網。工業以太網的傳輸速率非常高，通訊速率最大可達100 Mb/s，網絡節點最多可掛1024個，網絡傳輸的最大范圍為150 km，可以覆蓋整個燒結生產區域，使PLC（下位機）和中控上位機作數據交換，從而完成控制操作。圖3燒結供料系統主站CP模塊使用工業以太網作為通訊與中控室上位機通訊。

圖3 PLC網絡組態

3 燒結系統網絡組網運用

燒結系統眾多，區域跨度大，也就意味著它的網絡是鋼鐵廠中比較復雜多樣的。燒結系統本身區域跨度較大，能利用好西門子PLC網絡，不但能節約很多建造成本，還能提高工作效率。

3.1 網絡組態

3.1.1 網絡配置

燒結生產主體系統是完成燒結，除燒結系統外圍系統外，燒結主體流程包括配料、燒結本體和成品供料三個主要系統。

本系統利用西門子S7工業通訊網絡中的工業以太網及PROFIBUS-DP現場總線，采用兩級網絡控制拓撲結構。上層采用工業以太網，用于上位機PC和下位機PLC的通訊，采用PROFIBUS-DP現場總線，用于下位機PLC主站和從站之間的通訊。燒結各主系統之間通過工業交換機采用工業以太網作為通訊方式。最終組網后的網絡配置圖見圖4.

配料系統和本體系統數據量較大，都是采用西門子S7-400作為系統的主站，這樣可以提高運算速度。而從站則使用西門子S7-300，這樣比全使用S7-400要節約很多成本，同時也得到了一個運算速度較高的系統。主站與從站之間使用PROFIBUS-DP現場總線，主站CPU采用帶DP接口（RS-485）CPU 414-2DP，從站才用西門子ET200分布式I/O.西門子的ET200是基于現場總線PROFIBUS-DP或PROFINET的分布式I/O，可以與經過認證的非西門子公司生產的PROFIBUS-DP主站協同運行。

成品供料系統，由于運算量較小，則采用全S7300的配置，主從站之間，更配料與本體一樣使用PROFIBUS-DP現場總線。

三個系統都采用工業以太網，用于上位機PC和下位機PLC的通訊，如圖4所示，三個系統的主站都掛在同一路工業以太網上，實現一點需要一個工業交換機作交換數據。將三個系統的以太網都掛在一個工業交換機上，在通過交換機聯到上位機上。組網后的網絡配置圖見圖4.

圖4 燒結系統PLC網絡組態

3.1.2 程序實現

組好網絡后，可以充分利用西門子PLC網絡，使整個燒結系統緊密相連，就可以達到跨區域控制。

由于燒結區域范圍較大，系統與系統之間的很多設備都是交叉相連的。比如燒結配料和燒結本體之間，本體的一些設備是靠近配料系統的，而離本體PLC系統則較遠。如果將這些信號點全部接到本體PLC上，要耗費很多的電纜，如信號點較多，可以新建一個從站采用西門子ET200分布式I/O.如距離較遠，可以直接走通訊，將信號點直接接到配料PLC模塊上，通過通訊傳到本體PLC上，這可以節省大量的電纜線，同時提高了效率。要做到這一點，需要在程序上做一些處理，以數字量為例，進到配料的數字量信號點要傳到本體PLC上，首先需要將進來的數字量I點轉換成內部變量M點，如I9.2轉為M0.0.每八個數字量做一個包，如I0.0—I0.7轉為M0.0—M0.7，這八位數剛好為一個字，即MW0，在通過寫程序模塊（圖6）發送出去。在本體PLC上需要讀程序模塊（圖5），將MW0讀出來，在裝換成內部變量M0.0—M0.7，在本體上就可以使用這些點了。

圖5 讀取數據程序

圖6 寫入數據程序

燒結系統在鋼鐵工藝流程中占地最廣，系統跨度最長，子系統最多。使用西門子PLC網絡，它豐富的網絡配置方案和程序應用，可以適用于所有的燒結主控系統和子系統。PLC控制系統與控制系統之間，系統與設備之間都能做到數據互通，提高了整個燒結自動化系統的工作效率，直接使用PLC網路通訊作信號傳輸，對比傳統的點對點信號傳輸，可以節約很多建造成本，維護也相當方便，在燒結應用中是一種經濟實用的工業通訊技術。

4 結束語

目前，國內的大部分燒結系統落后于其他發達國家，大部分的燒結系統都未能達到全自動化，PLC控制在其中還是有很大的發揮空間。西門子的PLC在網絡方案的解決中和網絡功能方面都是十分豐富和全面的，在運用和實行網絡系統設計中必須根據系統控制中的具體規范和具體要求進行操作，在工業控制系統中的一些信息交換，還有大量的數據傳遞中，一定要選擇和運用適當的網絡解決方案，充分發揮出西門子PLC在網絡方案解決中的一切優勢和功能，去完成和實現不同層次面的通訊協議和通訊的目標。

[1]繆常初．S7-300/400 PLC應用技術[M].北京：機械工業出版社，2009

[2]陽憲惠．現場總線技術及其應用[M].北京：清華大學出版社，2003．

[3]王仁樣．現代可編程控制器網絡通信技[M].北京：電力出版社，2001．

Using the Technology of Siemens PLC net in the Sintering System

HAI Tao，LIU Hou-fu，LI Hai-long
（Sintering Plant Honghe Iron&Steel Company Limited，Mengzi Yunnan 661100，China）

The Siemens PLC is applied widely in industrial controlling field，its masket is large，and its network communication is very advanced and network type is also more.This paper mainly analyzes the characteristics of each network of SIEMENS PLC，and discusses how to choose the network scheme according to the specific requirements of the control system through the application in the sintering control system.

sintering；siemens PLC；industrial controlling network；organizing network；communication

TP273.5

B

1672-545X（2017）09-0082-03

2017-06-30

海 韜（1987-），男，云南安寧人，本科，助理工程師，從事工作：紅河鋼鐵燒結廠自動化維護。