西門子PLC控制網(wǎng)絡的配置策略與應用實踐

周建鋒 顧偉東

[摘? ? 要]隨著科學技術(shù)水平越來越高，在改良網(wǎng)絡控制功能的同時不斷優(yōu)化。西門子PLC 控制網(wǎng)絡，對于網(wǎng)絡配置發(fā)揮控制功能，對各種設施設備的運行狀態(tài)全面監(jiān)督管理，并將運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)信息實時記錄，確保系統(tǒng)安全可靠運轉(zhuǎn)。本論文著重于研究西門子PLC控制網(wǎng)絡的配置策略與應用實踐。

[關(guān)鍵詞]西門子;PLC控制網(wǎng)絡;配置策略;應用實踐

[中圖分類號]TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]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)絡所發(fā)揮的主要功能是對各種自動化系統(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)絡維持良好的運行狀態(tài)，才能更好發(fā)揮其性能，獲得良好的運行效率。從目前的生產(chǎn)管理情況來看，對于西門子PLC控制網(wǎng)絡合理配置，需要選擇合適的網(wǎng)絡控制方式，使控制網(wǎng)絡高效運行，不僅提高經(jīng)濟效益，還可以獲得安全效益。

1 西門子PLC控制網(wǎng)絡的應用情況

控制網(wǎng)絡的功能很多，包括計算機技術(shù)功能、數(shù)字通訊技術(shù)功能以及自動控制技術(shù)功能等等，將網(wǎng)絡系統(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)絡系統(tǒng)，控制網(wǎng)絡的運行中有較高的可靠性，而且具有時效性，當進入到實際生產(chǎn)階段的時候，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)中應用，生產(chǎn)設備提高了抗干擾，能夠保持穩(wěn)定運行狀態(tài)，設備故障的發(fā)生率大大降低，數(shù)字運算結(jié)果有所保證，而且在處理模擬量的時候，對于實際控制要求的各項性能都能夠滿足。現(xiàn)在的控制網(wǎng)絡節(jié)點計算機已經(jīng)成為控制設備中的主流，在工業(yè)生產(chǎn)中應用可編程控制系統(tǒng)對通信網(wǎng)絡予以控制，對于生產(chǎn)企業(yè)而言可以高質(zhì)量、高效率完成生產(chǎn)任務，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟利潤。

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

2 西門子PLC控制網(wǎng)絡的相關(guān)理論

2.1 西門子PLC控制網(wǎng)絡的分類

（1）西門子PLC控制網(wǎng)絡為點對點接口。用戶在通訊協(xié)議設置的時候采用自定義的方式，在控制網(wǎng)絡應用中，相同協(xié)議的設施都可以連接使用。比如，掃描儀、打印機以及變頻器等等，都可以連接，根據(jù)需要啟動，發(fā)揮這些設備的功能，為控制網(wǎng)絡提供了便利。

（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)送的時候不會主動執(zhí)行，只有當主站發(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。

（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，對網(wǎng)絡通訊發(fā)出指令，使控制網(wǎng)絡在運行的過程中，可以將MPI網(wǎng)絡協(xié)議利用起來與計算機連接，還可以連接人機操作界面。西門子PLC控制網(wǎng)應用該協(xié)議，運行效果更好，有助于提高經(jīng)濟效益。

（4）工業(yè)以太網(wǎng)西門子PLC控制網(wǎng)絡能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)通訊網(wǎng)絡設計的特殊要求，網(wǎng)絡控制范圍得以擴大，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)絡所具備的優(yōu)勢

西門子PLC控制網(wǎng)絡有很多種，用于實際中，所發(fā)揮的運行功能各不相同。西門子電路控制網(wǎng)絡包括兩種類型，即具有國際標準的通信網(wǎng)絡和該公司自主研發(fā)通信網(wǎng)絡。其中，具有國際標準的通信網(wǎng)絡傳輸信息速度快，在短時間內(nèi)可以傳輸很遠的距離，與西門子自主研發(fā)的通信網(wǎng)絡相比較，優(yōu)勢非常顯著^[2]。但是，西門子自主研發(fā)的通信網(wǎng)絡控制網(wǎng)絡可以實現(xiàn)互聯(lián)互通，應用的時候有很強的靈活性，國際標準的控制網(wǎng)絡需要依賴于各種硬件和軟件才能保持運行狀態(tài)。在開展各項應用中，需要投入大量的資金，而且技術(shù)開發(fā)也存在復雜性。西門子公司自主研發(fā)的通信網(wǎng)絡在性能上不如國際標準的控制網(wǎng)絡，但處于實際運行狀態(tài)的時候，不需要給軟件和硬件投入很高的成本，所以，其被應用領(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)絡配置

3.1 通訊能力得以實現(xiàn)

（1）S5兼容通訊。該通信服務主要包括現(xiàn)場總線標準的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。當控制網(wǎng)絡運行的時候，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)絡在多個領(lǐng)域中有效應用。

（2）使用S7控制系統(tǒng)通訊功能，使控制網(wǎng)絡在運行的過程中能夠全面提供通訊服務，對于任何一個控制任務都可以控制在標準限制之內(nèi)，使系統(tǒng)處于更加安全的運行狀態(tài)，包括其高效運行。

（3）制造商不同，促使自動化系統(tǒng)與控制網(wǎng)絡之間有充分的協(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]。當可編程控制系統(tǒng)運行的時候，對于控制網(wǎng)絡節(jié)點的硬件配置要求要嚴格遵循，使系統(tǒng)在運行的過程中通訊效果良好。

3.2 將編程接口工作做好

（1）編程設備/計算機設備通訊卡。在應用這個網(wǎng)絡接口方式的時候，就是在控制網(wǎng)絡中接入編程設備/計算機設備。由于這種類型的網(wǎng)絡接口形式多樣，所以應用于實際中，要與接口的功能相結(jié)合，并根據(jù)實際的需要合理選擇。

（2）在處理電路控制系統(tǒng)模塊的時候，要連接在PLC控制系統(tǒng)上。采用這種網(wǎng)絡接口方式，智能性非常高，通過運行PLC系統(tǒng)，能夠自動完成連接作業(yè)。使用這種網(wǎng)絡接口形式，在應用的過程中不會導致中央處理器承受很大的負擔。由于模塊處理裝置的種類很多，模塊的種類不同，實際運行時功能也有所不同，所以需要有關(guān)部門經(jīng)過詳細分析之后才能落實到具體的設計工作中^[4]。

3.3 傳輸媒介的選擇

在西門子PLC控制網(wǎng)絡的應用中，對于不同的應用類型要仔細分析，合理選擇傳輸介質(zhì)。在一個控制網(wǎng)絡中可以結(jié)合不同的傳輸介質(zhì)，充分發(fā)揮西門子PLC控制網(wǎng)絡所具備的優(yōu)勢。當前來看，網(wǎng)絡傳輸介質(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，當設備運行的時候，數(shù)據(jù)信息就可以遠距離傳輸，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行數(shù)據(jù)傳輸，生產(chǎn)現(xiàn)場的設備，在15m范圍內(nèi)的運行數(shù)據(jù)信息都可以有效傳輸。

4 西門子PLC控制網(wǎng)絡的應用

在聚氨酯巖棉復合板生產(chǎn)線中應用西門子PLC控制網(wǎng)絡。由于上開卷、下開卷、成型機、巖棉系統(tǒng)、雙帶機、帶鋸機、冷卻系統(tǒng)、碼垛系統(tǒng)分別屬于生產(chǎn)線中的不同設備，在設計系統(tǒng)網(wǎng)絡控制方案的過程中，需要對不同設備之間的距離進行分析，了解各設備在運行中所需要的傳動電機、傳感器數(shù)量。各通信設備比較多，且有一定的通信距離，為了降低網(wǎng)絡控制成本，使用西門子PROFINET控制網(wǎng)絡系統(tǒng)。控制網(wǎng)絡的監(jiān)督控制范圍要有所擴大，需要使用以太網(wǎng)交換機，確保控制網(wǎng)絡在運行的過程中可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控^[6]。西門子PLC控制網(wǎng)絡系統(tǒng)如圖1所示。

通過對聚氨酯巖棉復合板生產(chǎn)線設備控制任務進行分析，了解其特點，發(fā)現(xiàn)當控制系統(tǒng)處于運行狀態(tài)的時候，對生產(chǎn)線的實時性有很高的要求。各個站都可以通過網(wǎng)線連接，由此使信號的傳輸保持整體性和高精度。生產(chǎn)線各設備要完成控制任務，需要將PC機建立在控制網(wǎng)絡中，還要合理安裝主可編程控制器和從控系統(tǒng)。

由于聚氨酯巖棉復合板生產(chǎn)線各設備數(shù)量多，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大，在對西門子PLC控制網(wǎng)絡方案進行設計的過程中，對于每個設備的控制系統(tǒng)劃分為一個可編程邏輯控制點，使設備之間的信息傳輸更加方便。要保證后期安裝時間不會很長，采用這種設計方法的同時，對于設備之間距離遠的問題要有效解決，此時就需要基于西門子PLC控制網(wǎng)絡選用規(guī)格相當?shù)闹醒胩幚砥鳎l(fā)揮設備的主站作用，構(gòu)成子網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對生產(chǎn)現(xiàn)場所傳輸?shù)男盘柡侠砜刂疲瑪?shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中有較高的穩(wěn)定性^[7]。此時，還需要考慮到生產(chǎn)線在生產(chǎn)過程中的各種因素，對于控制網(wǎng)絡方案予以優(yōu)化，使控制網(wǎng)絡系統(tǒng)有較高的實用性，且能夠穩(wěn)定運行，對于數(shù)據(jù)傳輸站的規(guī)格以及配置的數(shù)量合理設置，避免控制網(wǎng)絡處于運行狀態(tài)的時候造成成本浪費。設備運行過程中會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，控制網(wǎng)絡采集這些數(shù)據(jù)信息，以此為參考優(yōu)化控制網(wǎng)絡并在技術(shù)上予以改進。

5 結(jié)束語

通過上面的研究可以明確，西門子PLC控制網(wǎng)絡的主要特點是系統(tǒng)非常復雜，具有很強的專業(yè)配置。PLC控制網(wǎng)絡在運行的過程中要發(fā)揮積極作用，應認真分析各領(lǐng)域的監(jiān)控任務所具備的特點以及對于技術(shù)方面的要求，西門子PLC控制網(wǎng)絡處于運行狀態(tài)的時候是否技術(shù)可行，是否具有經(jīng)濟實用性進行評價，使西門子PLC控制方案切合實際，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)絡運行可以獲得良好的控制效果。另外，在應用西門子PLC控制網(wǎng)絡系統(tǒng)的時候，有關(guān)人員需要對生產(chǎn)實際規(guī)模充分考慮對于運行要求有所明確，使控制網(wǎng)絡更加合適，從而使系統(tǒng)的運行成本得到有效控制。在系統(tǒng)運行的過程中，會有存在不穩(wěn)定因素，需要根據(jù)分析結(jié)果將科學有效的控網(wǎng)絡制方案制定出來，使西門子PLC控制網(wǎng)絡更好地發(fā)揮其應用價值。

參考文獻

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