李益玲

（江蘇省鹽城技師學(xué)院，江蘇鹽城，224000）

PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用研究

李益玲

（江蘇省鹽城技師學(xué)院，江蘇鹽城，224000）

PLC一般指可編程邏輯控制器，一般應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境中設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，本文通過(guò)西門子plc控制網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的實(shí)例，總結(jié)出些許plc控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用的方案，并且詳細(xì)的敘述了具體哪些產(chǎn)品適合哪些應(yīng)用的方案，分析每種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)各方案的優(yōu)缺點(diǎn)為相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供參考，為國(guó)內(nèi)的plc控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

plc控制網(wǎng)絡(luò)；邏輯控制器；自動(dòng)化；通訊協(xié)議

0 引言

可編程邏輯控制器其結(jié)構(gòu)包括電源、中央處理單元也就是人們常說(shuō)的CPU、存儲(chǔ)器、輸入單元和輸出單元。Plc外部設(shè)備通常是編程器、打印機(jī)、盒式磁帶錄音機(jī)、計(jì)算機(jī)等，用以達(dá)到編程、實(shí)現(xiàn)監(jiān)控還有網(wǎng)絡(luò)通信?？刂凭W(wǎng)絡(luò)的配置與應(yīng)用就需要計(jì)算機(jī)輔助我們進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，我們研究plc控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用其實(shí)需要先進(jìn)行plc通信網(wǎng)絡(luò)的性能的研究，但本文就不對(duì)相關(guān)知識(shí)一一累述了。我們追求的plc控制網(wǎng)絡(luò)是基于通信網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)的同時(shí)應(yīng)用來(lái)達(dá)到我們使用plc控制網(wǎng)絡(luò)的目的，上文交代plc控制網(wǎng)絡(luò)的使用是專門應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的一種手段，與我們民用的局域網(wǎng)絡(luò)不同，應(yīng)用于工業(yè)就對(duì)控制器的抗干擾能力、穩(wěn)定性、錯(cuò)誤率和故障率有了極高的要求，不僅對(duì)于控制器的硬件質(zhì)量的要求，還要在性能上做到卓越，緣由于我們使用plc控制網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字運(yùn)算、模擬量處理，人機(jī)接口的處理必須在性能上完成這些要求，因plc極高的質(zhì)量和卓越的性能，已經(jīng)在控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)上成為不做第二人選的選擇。由于plc控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域取得的成就。世界各種plc廠商也競(jìng)爭(zhēng)不斷，而本文主要通過(guò)西門子plc控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，西門子plc在性能和質(zhì)量方面首屈一指，在plc產(chǎn)品領(lǐng)域更是精益求精，能滿足我們對(duì)PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用研究的要求。

1 西門子plc控制網(wǎng)絡(luò)的類型

控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)等各種技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，目前控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)形式是將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)進(jìn)行融合，從而構(gòu)建起一個(gè)新技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域，它符合目前國(guó)際上所呈現(xiàn)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、分散化以及節(jié)點(diǎn)智能化的發(fā)展潮流。盡管如此，控制網(wǎng)絡(luò)仍然具有自身不可比擬的優(yōu)勢(shì)，這是時(shí)代所賦予該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的使命，比如與普通局域網(wǎng)相比而言，控制網(wǎng)絡(luò)更加注重對(duì)于信道利用率的改善及提高，更加注重網(wǎng)絡(luò)的安全可靠、實(shí)時(shí)實(shí)用以及安全廣泛性能方面能力開(kāi)發(fā)及普及應(yīng)用。[1]可編程序控制器，英文簡(jiǎn)稱為PLC，該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，主要由于其所具有的抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定可靠性高以及故障率低的優(yōu)勢(shì)，除此之外，該項(xiàng)技術(shù)還在諸如模擬量處理、數(shù)字運(yùn)算、網(wǎng)絡(luò)通訊以及人機(jī)接口等方面性能卓越。而西門子的PLC由于其CPU在運(yùn)算處理速度、程序運(yùn)行執(zhí)行效率、實(shí)現(xiàn)故障安全容錯(cuò)以及冗余、面向生產(chǎn)工藝以及運(yùn)動(dòng)的控制功能集成等技術(shù)問(wèn)題的解決具有不可比擬的性能優(yōu)勢(shì),除此之外，其在聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)所需要的硬件以及配套軟件技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)方面以及控制領(lǐng)域公認(rèn)的“自動(dòng)化孤島”解決上已經(jīng)取得業(yè)界公認(rèn)的成就。

本文研究的西門子plc控制網(wǎng)絡(luò)概括有以下幾種類型：

（1）類型一 ：PPI網(wǎng)絡(luò)（piont topoint interface）

PPI是西門子專為S7 -200PLC 開(kāi)發(fā)的一種通訊協(xié)議, 波特率為9.6kbs,19.2kbs,187.5kbs,并且使用普通的網(wǎng)線就可以聯(lián)網(wǎng)，接口集成于S7-200CPU上，西門子為其量身定做的的這款產(chǎn)品在通訊時(shí)，更是方便，僅需要NETR和NETW兩種語(yǔ)句就能夠達(dá)到數(shù)據(jù)傳遞的目的，且并不需要其他的通訊模板。

（2）類型二 ：MPI網(wǎng)絡(luò)（Multi-piont interface）

MPI網(wǎng)絡(luò)就是令牌網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，通訊速率為187.5kbps，MPI物理層是RS-485，理論使用cp318-2最大傳輸速率可達(dá)12Mbs。西門子plc應(yīng)用mpi接口能做到同事連接運(yùn)行step7的編程器、計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面（HMI）及其他SIMATICS7、M7和C7，其同時(shí)連接的通訊對(duì)象數(shù)量與CPU型號(hào)有關(guān)。僅僅利用MPI接口就能達(dá)到S7-200300400CPU之間的通訊目的。使用MPI網(wǎng)絡(luò)是經(jīng)濟(jì)又高效。

（3）類型三：工業(yè)以太網(wǎng)（industrial et hernet）

大多數(shù)在工業(yè)企業(yè)的通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面受到青睞，是專門為工業(yè)企業(yè)的通訊網(wǎng)絡(luò)打造的，其通訊協(xié)議是TCOIP和IOS。工業(yè)以太網(wǎng)可以有1024之多的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，最大的網(wǎng)絡(luò)范圍覆蓋到150公里。

（4）類型四：AS-i接口

AS-i接口也稱為傳感器-執(zhí)行接口。它可以對(duì)二進(jìn)制設(shè)備實(shí)現(xiàn)有效的連接，并處在自動(dòng)控制層的最底層，僅僅能對(duì)極少的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)我們的控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用概括地說(shuō)就是兩條線，一條以profibus總線和工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)以及as-i接口組成的第一條線；另一條以PPI、MPI和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口為控制網(wǎng)絡(luò)的另一條線，是專用的通訊網(wǎng)絡(luò)控制。在選擇將要使用的控制網(wǎng)絡(luò)時(shí)，要了解自身需要網(wǎng)絡(luò)的具體類型，對(duì)于通訊網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率，傳輸距離和傳輸容量方面有要求的應(yīng)該著重選擇我們整理出來(lái)的第一條線，其中包括profibus總線和工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)以及as-i接口，這三種選擇在通訊網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率，傳輸距離和傳輸容量三個(gè)方面更加優(yōu)秀，而且功能豐富，但是有利也有弊，這三個(gè)選擇需要使用者添加一些軟硬件設(shè)備，成本略高。而第二條線中的三個(gè)選擇包括的PPI、MPI和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口中，其資金投入相對(duì)于第一條線成本略低，但性能較之遜色不少，而且操作性不高。

2 工程項(xiàng)目實(shí)例

2.1 使用PLC控制網(wǎng)絡(luò)的MPI的工程項(xiàng)目

某小型自來(lái)水廠在進(jìn)行西門子PLC及其所附帶的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)所應(yīng)該采用的網(wǎng)絡(luò)方案確定時(shí)，需要將自身水廠的組成部分，即水源區(qū)以及水廠區(qū)進(jìn)行綜合全面的考慮，確保在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在實(shí)際使用時(shí)能夠?qū)刹糠炙催M(jìn)行有效的監(jiān)控，由于兩部分水源之間相距800m以內(nèi)，且水廠區(qū)內(nèi)有3臺(tái)加壓泵主要用于給用戶供水，水源區(qū)也有3臺(tái)深井泵用于蓄水，因此所對(duì)應(yīng)的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有站點(diǎn)數(shù)少、通訊數(shù)據(jù)量小以及通訊距離短的特點(diǎn)，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可以選定MPI方式進(jìn)行控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建，借助RS485中繼器進(jìn)行通訊方式的擴(kuò)展，將其擴(kuò)展為1000m，即可滿足該廠遠(yuǎn)程監(jiān)控的需求。

2.2 使用PLC控制網(wǎng)絡(luò)的Profibus的工程項(xiàng)目

某煉鋼廠的小方坯連鑄生產(chǎn)線需要配設(shè)電控系統(tǒng)，其中涉及到的控制對(duì)象有推鋼機(jī)、翻鋼機(jī)、輥道、切割機(jī)、冷卻床、引錠桿及拉矮液壓站等，經(jīng)過(guò)分析得知，該廠所配置的系統(tǒng)需要的總模擬I/O控制點(diǎn)為86AI/28AO，總數(shù)字I/O控制點(diǎn)為1220DI/828DO，總體而言具有控制點(diǎn)多、信息傳輸量大以及設(shè)備分散、關(guān)系復(fù)雜的特點(diǎn)，在對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合考慮之后，確定采用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的Profibus的PLC控制網(wǎng)絡(luò)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)西門子plc控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用產(chǎn)品實(shí)例按照各自的設(shè)計(jì)要求，選擇和使用了合適的設(shè)計(jì)方案，滿足設(shè)計(jì)要求的前提下盡量降低了產(chǎn)品的資金預(yù)算。通過(guò)幾種工程應(yīng)用實(shí)例的分析，在使用西門子plc控制網(wǎng)絡(luò)是，可以有所參考，在實(shí)際工程項(xiàng)目中物盡其用，完成不同的產(chǎn)品任務(wù)。西門子plc控制網(wǎng)絡(luò)的組成多種多樣，各項(xiàng)功能的產(chǎn)品種類豐富，能夠滿足絕大多數(shù)使用者的使用要求，西門子公司傳承了德國(guó)人追求極致，對(duì)工作執(zhí)著，對(duì)事物、對(duì)產(chǎn)品精益求精精雕細(xì)琢的匠人精神，希望國(guó)產(chǎn)的plc產(chǎn)品能超越西門子plc，國(guó)產(chǎn)企業(yè)和品牌應(yīng)多多借鑒其優(yōu)點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，可以先模仿再超越，發(fā)揮我們中國(guó)人的“山寨”精神，先模仿再超越，不丟人。為我國(guó)民族工業(yè)復(fù)興，民族品牌崛起，大國(guó)夢(mèng)、中國(guó)夢(mèng)，做出貢獻(xiàn)。

[1] 王豐,劉曉悅.基于西門子P LC 控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)選擇策略與實(shí)踐[J].電氣自動(dòng)化, 2006,28(3):38-39.

[2]劉鍇,周海.深入淺出西門子S 7 -300PLC[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.

[3]董春橋,張亞男,桑杭武.自控網(wǎng)絡(luò)綜合分析與研究[J].電氣自動(dòng)化,2007,29(4):3 -5.

Research on configuration strategy and application of PLC control network

Li Yiling
(Yancheng Technician College of Jiangsu province ,Yancheng Jiangsu,224000)

PlC generally refers to a programmable logic controller, digital operation electronic system design and application in industrial environment, this example control network through SIEMENS PLC products,summed up the configuration strategy and application of a PLC control network scheme, and a detailed description of what specific products suitable for those applications, analysis of advantages according to the disadvantages of each scheme, the advantages and disadvantages of each method provides a reference for the design of the corresponding products, contribute to the development of domestic PLC control network.

PLC control network; logic controller; automation; communication protocol