李國軍

（紅塔集團(tuán)楚雄卷煙廠，云南楚雄，675000）

基于西門子S7-300400PLC的控制網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)

李國軍

（紅塔集團(tuán)楚雄卷煙廠，云南楚雄，675000）

文章從PLC的特點(diǎn)出發(fā)，其作為可編程邏輯控制器，主要在工業(yè)電氣自動化中進(jìn)行應(yīng)用，可以更好地控制工業(yè)環(huán)境。在西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)中包含了多種方案，并且其包含非常豐富的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和軟硬件產(chǎn)品，具有較較高的穩(wěn)定性、低故障率、數(shù)據(jù)信息傳輸量大等特點(diǎn)。

西門子S7-300400PLC；控制網(wǎng)絡(luò)體系；信息傳輸量

1 PLC控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成

1.1 軟件系統(tǒng)

軟件部分在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)對網(wǎng)絡(luò)潛力進(jìn)行開發(fā)和挖掘。由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成的PLC控制系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)中分布的各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)都可實(shí)時(shí)對PLC進(jìn)行監(jiān)控和控制?，F(xiàn)階段，PLC的種類比較多，且都具備網(wǎng)絡(luò)功能，但不同種類的PLC網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也不同，因此，對軟件提出了新的要求，軟件需具備能支持各種各樣的驅(qū)動程序，才能更好地進(jìn)行使用。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與PLC使用的類型和PLC采用的網(wǎng)絡(luò)模塊有著直接的關(guān)系。

1.2 硬件系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)硬件是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分。為了組成一個(gè)完成的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，需將控制器、監(jiān)控站和其他各種設(shè)備有效聯(lián)系起來。不同類型的控制系統(tǒng)在硬件方面也存在較大的差別。因此，網(wǎng)絡(luò)硬件的種類極其豐富。在此只將硬件系統(tǒng)分為下位機(jī)和上位機(jī)兩大部。

在控制系統(tǒng)中，上位機(jī)和下位機(jī)的功能不同，所使用的硬件設(shè)備也不同。但在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，可對其進(jìn)行相同節(jié)點(diǎn)定義。換而言之，上位機(jī)和下位機(jī)屬于網(wǎng)絡(luò)連接上獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)，且具備唯一的網(wǎng)絡(luò)地址。在PLC中，網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備是通訊模塊，其決定著網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的類型?，F(xiàn)階段，大多數(shù)廠家所生產(chǎn)的PLC都能與細(xì)纜進(jìn)行連接。通訊模塊一般都可與多種類型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行匹配[1]。

2 西門子S7-300400PLC控制網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的概述

西門子PLC是相對較復(fù)雜的控制網(wǎng)絡(luò)體系，包含了非常豐富的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和軟硬件產(chǎn)品。具有故障率低、穩(wěn)定性高、抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)。且西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的類型較多，主要分為以下幾種方式：PPI網(wǎng)絡(luò)、點(diǎn)對點(diǎn)接口、MPI網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)、SA-I接口等。PPI網(wǎng)絡(luò)是一種通訊協(xié)議，主要借助雙芯屏蔽雙絞電纜來進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)操作。點(diǎn)對點(diǎn)通訊可自主與打印機(jī)、掃描機(jī)等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，對通訊協(xié)議進(jìn)行自定義。MPI網(wǎng)絡(luò)可對多個(gè)通信對象進(jìn)行同時(shí)連接。以太網(wǎng)主要適用于工業(yè)，比如通訊光纜、工業(yè)雙絞線等。SA-I接口的特點(diǎn)主要是能對少量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)施傳遞，主要運(yùn)用在地層的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。通過對西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)類型進(jìn)行分析，各個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)之間存在較大的差距，并且各有各的特點(diǎn)和缺點(diǎn)。各種類型的PLC控制網(wǎng)絡(luò)能最大限度地滿足各個(gè)層次控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的許愿墻，且用戶可根據(jù)自己的實(shí)際需求來對PLC的控制網(wǎng)絡(luò)類型進(jìn)行自由選擇。

西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通訊功能較多，主要分為以下幾方面：S7通訊功能、S5 兼容通訊功能、S7 基本通訊功能、PG/OP 通訊和標(biāo)準(zhǔn)通訊功能等。其具備強(qiáng)大的功能和簡單操作的特點(diǎn)。S7基本通訊功能是通訊軟件將各個(gè)功能集合的一個(gè)模塊，屬于S7系列的一種類型。PG/OP通訊功能主要是對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、編程。S5主要是對S7、S5系列的PLC功能進(jìn)行優(yōu)化。

西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊接口的連接方式較多，可根據(jù)實(shí)際的需求來對接口的類型進(jìn)行選擇。PLC專用通訊模塊主要是為智能化的PLC和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，能分擔(dān)CPU的負(fù)擔(dān)。PLC主機(jī)自身不僅具有有數(shù)據(jù)編程功能，且還可當(dāng)作通訊接口進(jìn)行使用。西門子PLC主機(jī)上有專用的通訊接口和編程接口，可實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)信息編程。

2.2 西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)原則

西門子PLC是相對較復(fù)雜的控制網(wǎng)絡(luò)體系，西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要分為兩種類型：符合國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)和通訊網(wǎng)絡(luò)。符合國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)主要包含工業(yè)化以太網(wǎng)和AS-I接口。剩下的幾種類型則是西門子公司自身研究開發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的通訊網(wǎng)絡(luò)。

用戶在對PLC控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行選擇時(shí)，需重點(diǎn)考慮網(wǎng)絡(luò)類型。

一般來講，符合國際標(biāo)準(zhǔn)的PLC控制系統(tǒng)具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息傳輸距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)信息傳輸速度快、數(shù)據(jù)存儲容量大，故障發(fā)生率較低，穩(wěn)定性比較高，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，便于操作，靈活性較高和功能強(qiáng)大。其缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：缺乏專業(yè)性，雖然投資的成本較低，對技術(shù)要求低，但無法滿足社會的多元化需求。若用戶對數(shù)據(jù)通訊速度、數(shù)據(jù)通訊容量等沒有特殊要求，可選擇MPI網(wǎng)絡(luò)，這種類型不僅能最大限度滿足用戶的基本需求，且還能有效節(jié)約成本。此外，用戶可根據(jù)自己實(shí)際的通訊功能來對控制網(wǎng)絡(luò)類型進(jìn)行選擇。S7通信功能主要應(yīng)用于工業(yè)化的以太網(wǎng)、MPI網(wǎng)絡(luò)中。S5兼容通訊主要應(yīng)用在工業(yè)化以太網(wǎng)中；S7基本通信主要應(yīng)用在MPI網(wǎng)絡(luò)中。因此，可根據(jù)通信接口的支持能力、數(shù)據(jù)傳輸量、數(shù)據(jù)傳輸速度等來對通信功能進(jìn)行確定和選擇，從而確定出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的最佳的硬件設(shè)計(jì)。此外，還能以西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的通訊接口和傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)來進(jìn)行通信功能的選擇和判斷[2]。

3 西門子S7-300400 PLC控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用分析

如某工廠生產(chǎn)線中使用的控制系統(tǒng)，其主要包含切割機(jī)、翻鋼機(jī)、冷卻床等設(shè)備。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，具備多個(gè)控制節(jié)點(diǎn)、且信息傳輸量較大，設(shè)備較多且相對分散，設(shè)備之間連接復(fù)雜。根據(jù)以上實(shí)際情況來選擇PLC控制網(wǎng)絡(luò)，首先需選擇符合國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)類型，并且從設(shè)備的實(shí)際運(yùn)作情況和工藝角度來進(jìn)行分析，將PLC站分為4個(gè)點(diǎn)。在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，各個(gè)PLC站點(diǎn)之間需實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳遞，為了使PLC站點(diǎn)之間數(shù)據(jù)信息傳遞得更加暢通和自由，需在4個(gè)PLC站點(diǎn)之間建立令牌環(huán)，即將4個(gè)分開的PLC站點(diǎn)都設(shè)置為主站點(diǎn)，各個(gè)主站點(diǎn)之間可進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)通訊。為了更加有效地節(jié)約資金，需選擇集成編程接口。通過對PLC控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的分析后可知，由兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)組成了一個(gè)完整的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，4個(gè)分散的PLC主站肩負(fù)著數(shù)據(jù)信息傳遞的任務(wù)。在PLC站點(diǎn)之間、PLC站點(diǎn)和上位機(jī)之間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞和通信主要借助Profibus子網(wǎng)來進(jìn)行工作。上位機(jī)的通訊接口采用PC通訊卡，且各個(gè)PLC站點(diǎn)采用專用的通訊模塊來充當(dāng)通訊接口。

4 結(jié)束語

在選擇西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)方案時(shí)，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對各個(gè)控制站點(diǎn)以及站點(diǎn)之間的信息傳輸量進(jìn)行考慮和分析，對PLC控制進(jìn)行優(yōu)化，綜合考慮各個(gè)通訊接口在各節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)情況和支持情況，選擇出經(jīng)濟(jì)合理且適用于控制實(shí)際控制網(wǎng)絡(luò)的方案。

[1]肖桃李.淺談西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2016（10）：105-106.

[2]梁成鵬.基于西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置與應(yīng)用[J].可編程控制器與工廠自動化，2014（04）：56-59.

Optimal design of control network based on Siemens S7-300400PLC

LI Guojun
(Hongta Tobacca（Group）Co.Ltd Chuxiong Cigarette Factory,Chuxiong Yunnan, 675000)

From the characteristics of PLC, it is used as programmable logic controller, mainly in industrial electric automation, and can control industrial environment better. In Siemens PLC Control network contains a variety of programs, and it contains a wealth of network products and hardware and software products, with a relatively high stability, low failure rate, data information transmission of large characteristics.

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