西門子PLC 控制網絡的配置策略與應用探索

上海蔚亞科技發展有限公司 余元彪

隨著電氣科技的快速發展，各種可編程控制模塊裝置逐漸走進了實踐應用，助推了工業自動化發展的進程。西門子PLC 控制網絡也由數字模擬通訊、計算機自動控制、智能儀表等多種技術綜合發展而來，形成獨特的配置優勢，被廣泛應用于工業生產的眾多領域。本文針對當前西門子PLC 的應用現狀展開具體分析，探尋其在控制系統配置中出現某些故障的原因，提出具有建設性的控制網絡配置策略，并對西門子PLC 在啤酒釀造工業中通過自動化控制網絡的應用策略作相關探討。

工業科技的發展推動了生產線操作的自動化、流程化進程，提升了工業生產的更高效益。在工業生產的自動化過程中，可編程控制模塊裝置起到了巨大的作用，應用了數字運算操作的電子裝置實現了對生產機器的運行控制。西門子PLC 控制網絡裝置也隨著電氣科技的發展應運而生，早在20 世紀中期就已風靡于全球工業，至今也經歷了一次又一次的更新換代，現已融入到SIMAD-YND 工業核心圈，非常成功地形成了具有多種功能、穩定性強的PLC 的新一代產品，廣泛應用于自動控制系統，具有更強、更好的性能。

1 西門子可編程控制器的應用現狀分析

可編程控制網絡是一種將控制系統與網絡系統相結合的科學技術，很好地將數字通訊功能、計算機功能與自動化控制功能融匯于一體[1]。經過一代代技術革新，控制網絡的運用性能也逐漸得到了提升，由于控制網絡的可靠性、及時性的顯著改變，這就從根本上保障了各個編程模塊在運行過程中能夠相互配合，進而讓生產過程中的效益得以最大程度的提升。

西門子PLC 可編程控制模塊得到了廣泛應用，有效改善了各類生成裝置的抗干擾性能，在更大程度上減少了機器故障的發生，同時也能有效提升數字運算與操作處理等方面的性能。經過一代代技術創新發展，控制網絡中的節點計算機也已成為可編程控制裝置中必不可少的部分組成，逐漸走向了工業生產的眾多領域，為提升現代工業生產效率作出了巨大貢獻。由于西門子PLC 的成功研發與實踐應用，也讓其控制網絡得到了應用的優化，PLC 控制系統的性能也得到了有效提高，很好地滿足了自動化網絡控制系統的多樣化任務需要。

2 西門子可編程控制系統在配置運行中的故障原因

經過大量的實踐應用與調查，發現西門子可編程控制網絡系統還存在著一些問題。把西門子PLC 通訊電纜和配置電腦進行連接后，再將其與STEP7 軟件進行連接，通過STEP7 對西門子PLC 進行相關的問題診斷。診斷后發現，在DiagonsticBuffer 的標簽頁上顯示無故障問題。倘若將西門子PLC 中的OB 組織模塊的部件進行有序拆分，而后再將所有程序進行重新安裝，接著檢測查看是因其缺少某一部件模塊而導致死機情況。經歷了安裝程序模塊的拆解與重新安裝，發現故障仍未消失。

經過以上兩種方法的操作依然未能發現致使西門子PLC 發生死機現象的緣故。因此，繼續展開問題猜測與排查，試問是否是由于PLC 程序在長時間運行下出現了死循環所致的死機故障呢？為了進一步探索與驗證這一大膽的猜想，依然是把PLC 的部件進行卸載與重裝，進行相關的分析與測試等操作，也就很快發現了死循環也并非是導致西門子的PLC 死機原因，然后，將外部硬件接入到PLC 進行再次診斷分析。先分析PLC 插頭與連接口的介入情況，并要細心網絡通訊接口和分散型外圍設備總線。繼而，在對PLC 接入線的屏蔽、斷線等情況加強相關排查，經歷了一系列的操作，還未發現PLC 死機故障的原因所在。最后，又繼續檢查了西門子的硬件設備、各個程序等部件，同時又更換了通信模塊與供電模塊等，也還未能找出PLC 的死機故障來，或許就是西門子系統之外的原因了。如:惡劣的室外環境、周圍的強磁場等設備影響了PLC 的穩定性能。因而，在生產過程中必須要加強對西門子PLC 控制系統的有效保護，以防止額外因素導致的系統故障。

3 西門子可編程控制網絡的配置策略

3.1 加強西門子控制網絡產品的通訊能力

作為電氣工程的科技產品研發部門，要能積極關注到產品的控制網絡通訊能力提升。在對西門子PLC 控制網絡的運行中，就應該從如下幾個方面來實現西門子PLC 控制網絡的通訊能力。

（1）S5 兼容通訊。為了讓西門子PLC 能夠在現代生活、生產與科技發展中都能得到更廣泛的應用，就要讓S5 在通訊性能上得到提升，有效實現西門子PLC 控制信息的快速與準確收發，進而讓專屬的可編程控制器的通訊性能實現更高效率。

（2）S7 控制系統通訊。這一控制系統通訊不僅能夠進行通信任務的控制與網絡設計，還能體現出更加安全、高效的系統工作性能。

（3）西門子PLC 標準型通訊控制網絡系統。它不僅符合了各種生產商的電氣化控制需要，還能有效改善PLC 控制網絡的運行性能。其控制網絡裝置對于時間設置與接口位置的設定都具有一定的合理性與科學性，增強了操作過程的可靠性，同時也讓運行中的可控制網絡系統保持更強的穩定通訊能力。

（4）西門子PLC 控制網絡的專用通訊模塊。專用模塊的安裝不僅能夠降低網絡通訊模塊的處理器負載，也能保證特定系統控制的安全性能[2]。西門子采用了專用的PLC 通訊模塊與專用控制器，在更大程度上保障了控制系統的高效性與安全性。當然，在電氣化資源配置市場上所售賣的各種通訊模塊的類型也是繁雜多樣的，因而在實際應用中要能認真選擇，分析其在實際應用中可能達到的效果，是否能夠提高內部網絡設備的整體通訊性能，從而也能讓整個生產環節得以更有實效性的全程化控制。

3.2 處理好西門子PLC 控制網絡的編程接口

（1）合理選擇計算機通訊卡。在使用可編程控制網絡的過程中，能將編程設備和計算機設備正確連接到控制網絡接口。在對應網絡接口的連接中，要能充分考慮到不同設備有著不同的連接接口，實際操作時要能依據需要來進行合理選擇，以保證自動化控制的需要。

（2）電路控制模塊與PLC 控制模塊是相連的。這就需要二者之間的接口模式高度智能化，可以通過控制信息的有效發送來實現自動化操作的控制。同時，還要讓控制網絡界面不能因多種操作指令而增加處理器的額外負載。此外，各種型號的電路控制系統模塊的性能也存在著不同性能差異，這就需要在選擇時能夠做到謹慎細心，然后在落實到實際應用中。

3.3 合理選擇西門子PLC 控制網絡的傳輸媒介

在生產過程中，需要加強對西門子PLC 的控制網絡系統的合理應用，認真分析各類操作程序，科學合理地選擇好傳輸媒介。同時，還要把各種信息傳送媒體有機融為一體，大大提升西門子PLC 的最大傳輸效能。當然，現代化網絡控制傳送媒介主要包括:電力傳輸媒介、標準化的圓形傳輸線纜、地下電纜等。縱觀當前的生產應用情況，網絡傳輸媒介應用最為廣泛的主要有以下三種媒介:

（1）電氣數據的傳輸媒介。這種網絡傳輸媒介的主要功能是傳輸地下電纜，作為屏蔽使用功能的雙絞線。

（2）光纜數據的傳輸媒介。這種網絡傳輸媒介的作用，主要是將數據信息由一個地方傳送到距離遙遠的地方，利用相關裝置進行資源的共享，增強了數據信息的使用效率。當然，在實際應用過程中，倘若將其作為室內或者是戶外的傳送媒介，并能綜合使用玻璃纖維或玻璃介質的功能，就可以實現更好的傳輸效果。

（3）無線數據的傳輸媒介。這一介質主要用于對紅外線的傳輸連接，把各種數據信息有效傳送到與發送點近距離的范圍之內。

3.4 西門子PLC 控制網絡的科學應用

這一可編程自動控制系統在應用中體現了三大優勢特點:（1）是采用了專用的可編程控制處理裝置的系列化模塊設計，讓傳輸的速度與靈活性達到了最佳效果，通信能力也非常優秀；（2）是采用了各種不同等級的CPU，合理匹配了多功能模塊組合，有效形成了多樣化通訊網絡，由此建構了不同的專用系統；（3）是在應用西門子自控系統時配合使用了WinCC 自控系統，已被廣泛應用于實際生產控制過程中。

（1）采用PROFIBUS-DP 的S7D 通訊方案。采用S7D組合通訊方式能夠將自動化系統任務逐級分解到多臺PLC，進行一些子項目工作[3]，這些子項目任務又各自需要多臺CPU 進行自主完成管理任務。倘若以精濾機單機系統的應用為例，就可以把它看作是啤酒生產自控系統中的一種子項目任務，讓CPU315-2DP 進行自主化管理，有效實現了通訊交換。

（2）DP 主站和智能從站通訊的組態與編程。有效連接DP 主站與DP 從站啟動S7-400 站點中的HWConfig組態編輯器，首先要能把PROFIBUS 網線端與所有已經組態的站文件中的“CPU31X”相結合，讓智能從站CPU315-2DP 能夠與PROFIBUS 主站相連接。接著，在PFOFIBUS 網絡上打開DP 從站中的屬性選項，就可以實現通訊的輸入與數據接收。

主控系統上位機界面編程。在控制網絡操作系統中使用西門子Wincc 上位機軟件，就可以把單機臺精濾機視作為一個獨立的工作單元，選擇主控系統組態與其管控程序，就可以延長數據存儲的時間、提升數據分析性能等，也便于能夠更好地監控各個生產環節、調取產品的相關數據信息。同時，也能讓單機臺HMI 的現場觸控屏等一系列操作信息一一保留下來。

（3）形成了源于工業以太網的系統集成。自動化控制中的車間管理通訊運用常常就是在工業以太網的基礎上進行的，其最顯著的優點就是不僅可以將大型數據進行快速傳送，實現遠程通訊，還可以在比較惡劣的自然環境與強干擾的場合進行正常工作。

基于以太網的S7 通訊方案。在通信處理的過程中，積極采用S7 通訊方案，把獨立機臺的PLC 選擇為S7CPU。這種通訊方式自身就帶有以太網通信接入端口，配以通信接入端口的通信處理器，可以讓CPU 站點間的變量通信通過節點伙伴通訊的方式將信息相互交換與傳輸，推動工業生產的流程化管控，促進了生產線、管理層之間通訊的可持續性。

S7 連接的組態與編程。采用CPU416-2DP 為主站的主控系統，通常還要配以CP443-1 來對各種通訊信息進行處理。在通訊信息處理過程中，要能利用好SIMATIC管理器對于獨立機臺控制系統生成300 站點，設置好對應的IP 工作地址。由此，在S7-400 的連接表中也就創建了新的伙伴式連接。

其他集成方法。此外，也可以把單機臺S7-300 的操控進度和S7-400 中的CPU 進行有機整合，將單機臺的CPU 與觸摸檢測屏進行拆除，配以ET200 模塊，就可以使其成為一種采用PROFIBUS-DP 的分布式I/O 子站點。采用這種集成方法，在系統程序的結構上重新編程，就可以實現系統較小、程式簡單的非現場的單機平臺控制。

4 集成方法的科學對比

（1）兼容性對比。經過調查發現，不同現場總線與控制系統往往無法有效整合，難以在控制網絡中讓各種數據實現互訪，也難以讓各種數據之間進行適時融合。同時，還由于現場總線適用于專用網絡，這就造成了硬件的高成本，并且存在著較低的輸入與輸出速率。由于種種原因，造成其可支持的應用也非常少，與互聯網還缺乏了一定的兼容性。目前來看，工業生產中的系統控制也常常需要單機臺綜合控制。與以太網進行比較，PRO-FIBUS-DP 雖然也屬于現場總線，但是其兼容性能還存在一些不足。

（2）實施成本對比。自控系統管理中的集成系統硬件組態，要取決于中控系統的PLC 型號，如果采用本文中的方案，中控系統就是CPU416-2DP；如果采用工業以太網系統，就要配置通信處理器CP 模塊，單機控制系統采用以太網端口CPU 設計，這就會增加一些硬件成本。如果選用單機控制網絡系統，就要對PROFIBUS-DP 的分布式I/O 子站點加以有效整合，雖然節約了一些硬件成本，但是又需要對主控網絡系統的軟件程序進行重新編寫，反而會提高系統軟件的編程成本。

5 結果分析

通過上述研究分析發現，上述的三個集成方法都能滿足于實現集中性啤酒生產一體化的自動控制。當然，在實際生產應用的過程中，還需要結合實際需要，力求能夠從兼容性能、數據容量與傳輸性能等多方面進行綜合考慮，繼而再選擇最佳的集成方案。

綜上所述，西門子PLC 控制網絡系統的建構是紛繁復雜的體系，對于操作人員的知識技能與專業水平皆有很高的要求，但是以往西門子PLC 控制網絡系統依然能夠在生產中發揮出應用的功效。這就需要操作技術人員能夠全面提升自身的操控水準，彰顯自己的技術才能，不斷提升企業生產的效率，使技術服務的質量得以更大提升，為工業生產提供充分的技術力量支撐。