西門子PLC控制網絡的配置策略與實際應用

唐 穎

（唐山鋼鐵集團微爾自動化有限公司 河北 唐山 063000）

1 引言

控制網絡是建立在計算機自動化控制、數字模擬通信和智能儀表技術基礎上而形成的，是相對新穎的技術領域，它主要是將過程控制系統向分散化和數字化形式過渡，達到技術提升的要求。控制網絡結構是一種比較特殊的網絡系統，與單純提高信道利用率的普通局域網不同，它強調的是一種安全性、實用性和互聯互操作功能。可編程序控制器具有抗干擾能力強、故障率低等優勢，因此在工業控制領域內得到廣泛應用。本文則是利用對西門子PLC網絡產品的細致拆解、分析，對其控制網絡配置選擇方法進行補充，并嘗試憑借實踐應用工程做出說明，促成控制網絡方案的優化設計。

2 西門子PLC控制網路的配置要求

2.1 通訊能力

西門子控制網絡應該具備的網絡通訊功能包括：S5兼容通訊、S7基本通訊、OP通訊和標準通訊等。具體形式如下：

利用工業以太網技術和接收口優化PLC之間的通訊活動分析，同時提供功能較為強大且便于操作的任務形式，單位任務的可利用數據量字節一般維持在64k以下；在S7CPU中相對集中的軟件模塊集成形式影響下，主要利用MPI網進行機能拓展，借助用戶的編程信息調用SFC；OP、PG與PLC之間在進行編程、組態環節中，還具備人機交互的監控優勢，這種通訊模式同樣需要工業以太網的支持；標準通訊則是經過不同出產廠家制造，同時具備不同類型系統產品之間的溝通方式。在實際應用過程中，需要做好細節資料調查，包括網絡中各個節點的硬件配置情況、通訊接口的標準狀態等內容，盡量保證通訊環境的適宜程度。

2.2 通訊接口

關于西門子PLC控制網絡的接口連接方式包括PC通訊卡、模塊處理器、PLC主機編程接口等。PC通訊卡可以將PC設備連接到預設的網絡環境中，但是其種類相對繁多，使用時需要做好關于他們之間功能差異的區分，如CP5511設備不存在微處理器，因此可以將計算機連接到MPI網絡上，實現后期工作的銜接；關于模塊處理器的功能，主要是用在PLC側的連接，這類模塊具備良好的智能性，能自動將PLC連接到合理的網絡中，同時減少CPU的負擔；S7系列中主機自身的編程接口在控制網絡中可以替代通訊接口而存在；另外，有些主機上不但擁有編程接口，同時提供了專用的通訊接口，用于連接分布式設備更加合理，既可以組態成為主站，也可以轉換為從站形式。

3 工程實際應用分析

3.1 實際案例

某冶金企業電控系統中利用軋機系統、冷卻泵站系統等機械設備實現生產，其總體I/O數字控制點為1330DI/737DO，由于整個結構的控制點數量眾多，傳輸的信息量比較復雜，整體框架也十分凌亂。因此，利用該類結構的運行狀況和本文的控制網路配置策略進行對比研究，爭取選取合理的方案，促成結構的優化改造。

3.2 應用分析

在設備的實際位置觀察下，主要將整個控制系統拆解為5個PLC站，各站之間信息傳輸需要借助連鎖控制技術才能方便后續工作的進展。在現場的數據鏈路層存在兩種介質，分別為令牌總線和主-從式混合線路兩種形態，在主站間進行口令的傳遞，這個過程中主站可以與從站進行適時地溝通；從站是不能發送口令的，只能向所屬主站接收和回復信息，因此這種拓撲結構是不足以滿足自由數據傳輸的需求的。在優化網絡設計時，可以將5個站點都設置為主站，保證它們相互之間可以任意地進行數據通訊。而現實條件是，整個工藝流程比較漫長，各個主站與其設備分散性較大，為了確保系統的穩定效果，各站點最好選取CPU315-2DP設備，將其作為主站并形成子網結構，利用ET200模塊作為從站，進而直接控制現場的信號。

該PLC網絡系統的子網形式包括兩個級別，任務分別是完成主站與其從站之間的通訊任務，PLC站之間以及與PC機的通訊。主站利用其自身的集成接口完成總線連接，并利用模塊實現現場總線的互連；而另一方面，由于PLC站之間的數據量相對不大，但其與PC機之間的通訊任務比較繁忙，所以在這類結構的設計上主要憑借多協議混合子網形式運行，這樣令主站間進行FDL通訊，與PC機間實現FMS通訊，進而提高整體系統的運行效率。在落實具體的監控任務過程中，應該考慮綜合因素影響，確保控制網絡方案的實用性和穩定性，包括站點之間傳輸數據的格式和站點的數量安排，完善傳輸過程的效率標準，并對多種協議內容做好篩選，盡量減少經濟和資源浪費。尤其是在投產運行活動開始之后，關于系統的合理改良和投資事宜應該做出科學的決策，已達到良好的應用效果，促進該類網絡配置策略的系統化轉變。

3.3 系統軟件設計

使用西門子通用型PLC作為下位機，能與現場的傳感器、自動化儀表和變送器相連，實施數據處理、數據通信以及數據管理。參照工藝要求，PLC上電自檢測沒有錯誤后，外部輸送信號經過自動化儀表和傳感器送入PLC，一旦電路出現過載、斷路或短路時，將停止電動機工作，并發出報警。使用PLC對數據進行處理，按照信號，PLC可決定機械設備的啟停，使用前饋—反饋控制模式，保證系統在任何狀況下均能可靠地、穩定地、實時地控制生產數據。同樣使用閉環控制溫度與生產參數等模擬量，構成多個控制回路。

整個軟件設計使用模塊化編程有利于調試，主要工作有信號控制處理與獲取處理、與上位機通信的DB系統的設計和故障模塊的設計。編輯好操作各個設備的功能系統后，并放入組織塊OB1中，當PLC開始執行程序時，會對組織塊內的全部功能模塊按順序執行，這就完成了對所有裝置的手動或自動控制。

4 結語

西門子PLC在CPU中具有較快的運算速度，同時對程序的執行效率也很高，面對工藝控制功能的集成化趨勢，真正實現故障冗余的清除，改良技術的性能，是促成硬件、軟件配套技術在聯網通信方面開發的必要前提。目前關于控制網絡產品樣式途徑十分繁多，加上配置策略的詳盡，相信可以提供給用戶更多的應用價值，促進相關事業長久發展和優化改革。

[1] 王眾，李瑩.西門子PLC控制網絡的配置策略與應用[J].山東工業技術.2017(20).

[2] 鄭文靜.西門子PLC控制網絡的配置策略與應用探討[J].數字通信世界.2017(07).

[3] 王林.西門子PLC控制網絡的配置策略和運用[J].儀器儀表用戶.2017(10).

[4] 張運富.分散控制系統的配置策略[J].發電設備.2001(05)

[5] 朱潔.西門子PLC控制網絡的配置策略與應用[J].山東工業技術.2015(24).

[6] 丁超.西門子PLC控制網絡的配置策略與應用探析[J].數字技術與應用.2017(03).