王天

（西安航天自動化股份有限公司 陜西西安 710065）

隨著國內(nèi)工業(yè)水處理控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，不可避免地會出現(xiàn)大量老舊系統(tǒng)，這些系統(tǒng)規(guī)模小，多安裝小型PLC。隨著更為先進(jìn)復(fù)雜的系統(tǒng)的不斷投用，大型PLC 的使用是必然趨勢，而且對于那些老舊子系統(tǒng)的改造也被提上了日程。數(shù)量眾多的子系統(tǒng)中，有相當(dāng)一部分可以被優(yōu)化保留，但因自成系統(tǒng)而無法與主系統(tǒng)進(jìn)行控制切換，從而形成一個個控制孤島，不能充分發(fā)揮其作用。同時，因數(shù)據(jù)傳輸無法共享，缺少統(tǒng)籌控制和管理，又導(dǎo)致子系統(tǒng)的運行效率低下。基于此情況，本文闡述了一個已成功應(yīng)用的項目案例，介紹基于以太網(wǎng)總線在大型、小型PLC 間實現(xiàn)數(shù)據(jù)和控制共享的方法。

1 系統(tǒng)概況

本工程為西安市第六污水廠的提標(biāo)改造工程。此次改造中，控制系統(tǒng)使用的PLC全部為西門子品牌，包括1500、1200、300、200、200 Smart 多個系列的產(chǎn)品。整個系統(tǒng)按生產(chǎn)工藝劃分，分成4 個不同的子系統(tǒng)。本文介紹的是其中的V型濾池子系統(tǒng)。V型濾池是水廠內(nèi)一種水處理建筑物，以恒定水位過濾水中雜質(zhì)，池內(nèi)兩側(cè)的進(jìn)水槽呈V 字型，故稱為V 型濾池。本項目中V 型濾池分站有2 組，每組8 個共16 個濾池組成。由1套1500和16套200 Smart PLC組成，使用以太網(wǎng)通信。每套200 Smart PLC可獨立控制一個濾池，西門子1500 PLC 負(fù)責(zé)16 個濾池的反洗協(xié)調(diào)運行和外圍共用的3 臺反洗風(fēng)機(jī)和3 臺反洗水泵的控制。因為有共用設(shè)備，所以16 個濾池的反洗必須按一定規(guī)則依次進(jìn)行，有序使用共用設(shè)備，這樣就需要1500 實時和16 臺200 Smart 交換數(shù)據(jù)。為了解決200 Smart PLC 無法直接與1500 PLC交換數(shù)據(jù)這一問題，本文闡述了一種數(shù)據(jù)交換方法解決了這一問題，控制16個濾池的反洗步序協(xié)調(diào)進(jìn)行。

2 硬件設(shè)計

V 型濾池站系統(tǒng)主控設(shè)置控制柜1 面，使用CPU 1515R-2 控制器（6ES7515-2RM00-0AB0），使用PN 系統(tǒng)。分控設(shè)置16 個操作臺，安裝200 Smart 控制器（6ES7288-1SR60-0AA0），使用PN 總線（ProfileNet）協(xié)議通信。每一個分控操作臺中安裝有一個小型百兆交換機(jī)，16 個分控站采用總線型總線首位相連，再使用通信光纜接至1500 主站的共享百兆換機(jī)上。PN 總線通信速率為12Mbits/s。另外，主站柜配置了一個昆侖通泰觸摸屏，每個分控操作臺配置了西門子觸摸屏方便運行人員就地監(jiān)控。系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)配置圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

由于主控系統(tǒng)和子系統(tǒng)的距離較長（435m），因此使用單模光纜連接，再使用光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)成網(wǎng)線彼此連接。

3 軟件配置

完成硬件安裝接線后，需要配置主控和分控的軟件部分。首先，根據(jù)控制工藝，確定需要交換數(shù)據(jù)的數(shù)量和類型（DI、DO、AI、AO），因數(shù)據(jù)包以字節(jié)為單位，再依此規(guī)劃好對應(yīng)全部的變量名稱及地址，包括位（開關(guān)量）、字節(jié)、字（整數(shù)量）和雙字（實數(shù)量）。軟件配置分成主控部分和分控部分。主控部分使用Portal v16。首先，在控制器保護(hù)屬性中開啟Put/Get 訪問功能［1］。因為1500 和200 Smart 之間的數(shù)據(jù)交換必須且僅能使用數(shù)據(jù)塊DB1 進(jìn)行［2］，在DB1 中依次定義用于接受或發(fā)送數(shù)據(jù)包的全部字節(jié)，如FromV1_ByteXToV1_ByteX…FromV16_ByteXToV16_ByteX（X：實際需要數(shù)量創(chuàng)建）［3］，再設(shè)置一個IP地址可供外部任何設(shè)備訪問主控，變量地址引用格式為：DB1.DBXM.0-7、DB1.DBWX、DB1.DBDX［4］。主站編寫分站反洗調(diào)度控制邏輯，實現(xiàn)調(diào)度功能。主站反洗調(diào)度功能塊如圖2所示。

圖2 主站反洗調(diào)度程序功能塊

引腳含義如下［5］。

Execute：功能執(zhí)行指令。檢測到一次上條沿執(zhí)行一次。

Mode：控制棧方式。1入棧，0出棧。

InitialValue：堆棧內(nèi)隊列元素的初始值。

ResetBuffer：初始化堆棧指令。1執(zhí)行一次。

Item：賦入棧值和讀取出棧值。

Buffer：自定義堆棧數(shù)組。

Done：顯示堆棧操作標(biāo)志。1完成，0未完成。

Error：顯示是否執(zhí)行錯誤。1成功，0失敗。

StatusID：顯示功能塊執(zhí)行信息代碼。

Status：顯示功能塊執(zhí)行信息信息。

至此，主控端配置完成。

接下來配置分控端。分控端使用STEP 7-MicroWIN SMART 2.6軟件。首先，定義需要交換數(shù)據(jù)的V 區(qū)變量（M 區(qū)、I 區(qū)、Q 區(qū)都無法用于交換數(shù)據(jù)）［6］，再將分控需要通訊的M 區(qū)、I 區(qū)、Q 區(qū)變量賦值給V 區(qū)變量，再配一個IP 地址可供外部任何設(shè)備訪問分控。打開配置向?qū)?，配置Get/Put通信參數(shù)。

首先，新建一個Get/Put 配置的實例，準(zhǔn)備下一步配置。配置界面如圖3所示。

圖3 新建G et/P ut配置實例

配置Get參數(shù)。設(shè)置200 Smart中接收數(shù)據(jù)包的長度（單位字節(jié)），配置200 Smart側(cè)存放接收數(shù)據(jù)的V區(qū)起始地址。然后配置遠(yuǎn)程CPU（1500）的IP 地址，可以讓網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備訪問。最后配置1500 側(cè)發(fā)送據(jù)的起始地址［6］。Get配置界面如圖4所示。

圖4 配置G et參數(shù)

配置Put參數(shù)。設(shè)置200 Smart中發(fā)送數(shù)據(jù)包的長度（單位字節(jié)），配置200 Smart側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)的V區(qū)起始地址。然后配置遠(yuǎn)程CPU（1500）的IP 地址，可以讓網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備訪問。最后配置1500 側(cè)保存接收據(jù)的起始地址。Put配置界面如圖5所示。

圖5 配置P ut參數(shù)

配置完Get/Put 參數(shù)后，系統(tǒng)會編譯并生成NET_EXE 功能塊。其中，Timeout、Cycle、Error 引腳分別連接Word 和Bool 類型變量反饋功能塊運行狀態(tài)。要注意的是，功能塊無法直接修改，需要修改時，必須使用向?qū)薷膮?shù)，重新編譯下載到200 Smart中即可生效。EN引腳不允許直接連接電源母線，必須串聯(lián)一個常開點，這里使用系統(tǒng)默認(rèn)的常開接點Always_On。變量地址引用格式為VXM.0-7、VWX、VDX［7］。至此，軟件配置完成，功能塊將根據(jù)內(nèi)部配置參數(shù)運行。通信功能塊如圖6所示。

圖6 生成的G et/P ut通信功能塊

西門子1500 控制系統(tǒng)與西門子200 Smart 控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了主控系統(tǒng)與16個分控系統(tǒng)無縫通信。這樣不僅達(dá)到了系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的設(shè)計的要求，同時也大大降低了用戶項目的工程成本。系統(tǒng)至今已穩(wěn)定運行1年零4個月。

4 結(jié)語

通過對兩種西門子不同類型PLC 的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序配置的充分分析，并在以上項目中實際應(yīng)用，驗證了通過以太網(wǎng)實現(xiàn)不同PLC 控制器之間的數(shù)據(jù)交換是完全可行的。加之對系統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)境的仔細(xì)分析，不斷修改調(diào)通信整參數(shù)和完善控制邏輯后系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，也驗證了這種在不同PLC 控制器之間的數(shù)據(jù)交換方法是完全可靠的。

該項目的成功投運不但提高了污水處理廠V型濾池子系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和系統(tǒng)可靠性，而且減少了人力，降低了生產(chǎn)和維護(hù)成本。最終驗證了這一方式在技術(shù)層面的可行性，為今后實施類似項目積累了寶貴經(jīng)驗。