淺析西門子PLC網(wǎng)絡通信實訓平臺的設計和實現(xiàn)

鄭逸

摘 要 針對PLC實驗室設備分散孤立問題，為整合實驗室現(xiàn)有資源，采用PROFIBUS-DP和工業(yè)以太網(wǎng)通信方式，搭建PLC網(wǎng)絡通信實訓平臺，從而為學生提供了良好的學習和開發(fā)的平臺，提高學生的實踐與創(chuàng)新能力。

關鍵詞 PLC;PROFIBUS-DP;工業(yè)以太網(wǎng)

引言

傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)多數(shù)沒有建立網(wǎng)絡或網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)單一，導致了信息資源共享的缺乏和生產(chǎn)管理過程中“自動化孤島效應”現(xiàn)象的產(chǎn)生，無法滿足現(xiàn)代工業(yè)對生產(chǎn)的要求[1]。該課題利用實驗室設備，整合現(xiàn)有資源，以工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS-DP網(wǎng)絡為主，搭建西門子PLC網(wǎng)絡通信實訓平臺，從而將實驗室資源整合為一個小型的工業(yè)控制仿真實驗網(wǎng)絡。

1PLC網(wǎng)絡通信實訓平臺的設計

1.1 PLC網(wǎng)絡通信實訓平臺的結(jié)構(gòu)

實驗室中的集成工業(yè)網(wǎng)絡控制實訓平臺包含計算機、S7-300、S7-200、觸摸屏、ET200M以及實驗掛件和實驗室裝置等，根據(jù)工業(yè)網(wǎng)絡通信的特點，搭建實驗室的網(wǎng)絡通信平臺，如圖1所示。該網(wǎng)絡通信平臺主要分為管理級、控制級、基礎級三層搭建，真實地模擬工業(yè)領域控制系統(tǒng)運行環(huán)境。

其中，管理層作為第一層，以PC機為主，對底層的被控對象和整個網(wǎng)絡的管理進行實時監(jiān)測和控制。控制層作為第二層，以PLC-300為主，與底層設備和執(zhí)行器相連，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和處理。基礎層作為第三層，直接連接現(xiàn)場設備，如交通燈、配料裝置等其他被控對象，并負責現(xiàn)場的檢測和控制[2-3]。

1.2 系統(tǒng)軟硬件配置及通信方式的選擇

PC機安裝了西門子PLC300組態(tài)和編程軟件TIA博途、PLC200組態(tài)和編程軟件STEP7-Micro/WIN以及MCGS組態(tài)軟件。控制主站選用S7-300系列模塊式PLC，其CPU選用CPU315-2PN/DP。分布式I/O選用ET200M，通過接口IM153-1與PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線相連。S7-200PLC的CPU則選用CPU224-CN，可通過一定的通信方式與S7-300PLC相連。

西門子工業(yè)控制網(wǎng)絡有工業(yè)以太網(wǎng)Profinet、MPI網(wǎng)絡、現(xiàn)場總線Profibus-DP、點到點連接PtP和AS-i網(wǎng)絡[4]。該實驗室中的集成工業(yè)網(wǎng)絡控制實訓平臺選擇了現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP和工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET這兩種通信方式。

2PLC網(wǎng)絡通信實訓平臺的實現(xiàn)

2.1 PROFIBUS-DP網(wǎng)絡的組建

該課題搭建以S7-300 為主站，S7-200和ET200M為從站的PROFIBUS-DP子網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，被控對象分別選取具有典型代表性的交通燈和皮帶配料裝置。

（1） S7-300PLC和S7-200PLC的DP通信

在S7-300PLC與S7-200PLC進行DP通信時，因兩者地通信接口不兼容，因此需通過EM277模塊進行通訊。在硬件組態(tài)過程中，需要在TIA博途中進行S7-300站的組態(tài)，在S7-200系統(tǒng)中無需對通訊進行組態(tài)和編程，只需將要進行通訊的數(shù)據(jù)整理放在V存儲區(qū)即可。其DP網(wǎng)絡組態(tài)如圖2所示。

（2） S7-300PLC和遠程I/0裝置的DP通信

在S7-300PLC與遠程I/O裝置ET200M進行DP通信時，遠程I/O裝置需采用帶有DP口的IMl53-2裝置。將ET200M上的“BUS ADDRESS”撥碼開關PROFIBUS地址設為3，并在硬件組態(tài)時做相同的設置。被控對象交通燈模塊和遠程I/O接口相連，控制程序在PC端TIA博途軟件編程中實現(xiàn)。

2.2 PROFINET網(wǎng)絡的組建

該課題搭建以S7-300 為主站，S7-200為從站的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，被控對象分別選取具有典型代表性的水塔水位控制。

S7-300與S7-200通過以太網(wǎng)通信處理器CP243-1進行PN通信，除了硬件組態(tài)之外，還需要進行網(wǎng)絡參數(shù)的設置，以便在編程時，方便調(diào)用功能塊。使用STEP7-Micro/WIN為CP243-1配置以太網(wǎng)向?qū)В鐖D3所示。完成配置后需要在程序中調(diào)用以太網(wǎng)向?qū)傻墓δ軌K，如圖4所示。

3結(jié)束語

本網(wǎng)絡通信實訓平臺已經(jīng)搭建完成，并通過系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)了基于PROFIBUS-DP和PROFINET網(wǎng)絡的通信控制，各被控對象在PLC網(wǎng)絡下可正常運行，為教學科研與開發(fā)應用提供了一個面向工業(yè)過程的實驗平臺，現(xiàn)已應用于本校的教學和PLC實訓中，效果良好。

參考文獻

[1] 王德吉.西門子工業(yè)網(wǎng)絡通信技術詳解[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012：79.

[2] 吳才章.對自動化專業(yè)實踐教學體系的研究與實踐[J].河南工業(yè)大學學報（社會科學版），2010，6（1）：116-119.

[3] 崔桂梅，顧婧弘，劉丕亮.基于西門子PLC網(wǎng)絡化實驗平臺的設計[J].實驗室研究與探索，2015，34（3）：212-215.

[4] 胡毅，于東，劉明烈.工業(yè)控制網(wǎng)絡的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].計算機科學，2010，37（1）：23-27.