李國軍

（紅塔集團楚雄卷煙廠，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

李國軍

（紅塔集團楚雄卷煙廠，云南楚雄，675000）

文章從PLC的特點出發(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。

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)中主要負責(zé)對網(wǎng)絡(luò)潛力進行開發(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)中分布的各個監(jiān)控點都可實時對PLC進行監(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)分為下位機和上位機兩大部。

在控制系統(tǒng)中，上位機和下位機的功能不同，所使用的硬件設(shè)備也不同。但在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，可對其進行相同節(jié)點定義。換而言之，上位機和下位機屬于網(wǎng)絡(luò)連接上獨立的節(jié)點，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都能與細纜進行連接。通訊模塊一般都可與多種類型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行匹配[1]。

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

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。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)、點對點接口、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行聯(lián)網(wǎng)操作。點對點通訊可自主與打印機、掃描機等設(shè)備進行實時通訊，對通訊協(xié)議進行自定義。MPI網(wǎng)絡(luò)可對多個通信對象進行同時連接。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接口的特點主要是能對少量的數(shù)據(jù)信息進行實施傳遞，主要運用在地層的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。通過對西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)類型進行分析，各個控制網(wǎng)絡(luò)之間存在較大的差距，并且各有各的特點和缺點。各種類型的PLC控制網(wǎng)絡(luò)能最大限度地滿足各個層次控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的許愿墻，且用戶可根據(jù)自己的實際需求來對PLC的控制網(wǎng)絡(luò)類型進行自由選擇。

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)準通訊功能等。其具備強大的功能和簡單操作的特點。S7基本通訊功能是通訊軟件將各個功能集合的一個模塊，屬于S7系列的一種類型。PG/OP通訊功能主要是對數(shù)據(jù)進行監(jiān)控、編程。S5主要是對S7、S5系列的PLC功能進行優(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)實際的需求來對接口的類型進行選擇。PLC專用通訊模塊主要是為智能化的PLC和網(wǎng)絡(luò)進行連接，能分擔(dān)CPU的負擔(dān)。PLC主機自身不僅具有有數(shù)據(jù)編程功能，且還可當(dāng)作通訊接口進行使用。西門子PLC主機上有專用的通訊接口和編程接口，可實時進行數(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)準的網(wǎng)絡(luò)和通訊網(wǎng)絡(luò)。符合國際標(biāo)準的網(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)團隊開發(fā)的通訊網(wǎng)絡(luò)。

用戶在對PLC控制網(wǎng)絡(luò)進行選擇時，需重點考慮網(wǎng)絡(luò)類型。

一般來講，符合國際標(biāo)準的PLC控制系統(tǒng)具有以下幾方面的優(yōu)點：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息傳輸距離遠、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，具有較強的抗干擾能力，便于操作，靈活性較高和功能強大。其缺點主要體現(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)自己實際的通訊功能來對控制網(wǎng)絡(luò)類型進行選擇。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行確定和選擇，從而確定出各個節(jié)點的最佳的硬件設(shè)計。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、翻鋼機、冷卻床等設(shè)備。在整個控制系統(tǒng)中，具備多個控制節(jié)點、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)準的網(wǎng)絡(luò)類型，并且從設(shè)備的實際運作情況和工藝角度來進行分析，將PLC站分為4個點。在實際的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，各個PLC站點之間需實時進行數(shù)據(jù)信息的傳遞，為了使PLC站點之間數(shù)據(jù)信息傳遞得更加暢通和自由，需在4個PLC站點之間建立令牌環(huán)，即將4個分開的PLC站點都設(shè)置為主站點，各個主站點之間可進行數(shù)據(jù)信息的實時通訊。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)拓撲結(jié)構(gòu)進行全面的分析后可知，由兩個子網(wǎng)絡(luò)組成了一個完整的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，4個分散的PLC主站肩負著數(shù)據(jù)信息傳遞的任務(wù)。在PLC站點之間、PLC站點和上位機之間數(shù)據(jù)實時傳遞和通信主要借助Profibus子網(wǎng)來進行工作。上位機的通訊接口采用PC通訊卡，且各個PLC站點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，需根據(jù)實際情況進行優(yōu)化設(shè)計，對各個控制站點以及站點之間的信息傳輸量進行考慮和分析，對PLC控制進行優(yōu)化，綜合考慮各個通訊接口在各節(jié)點的設(shè)計情況和支持情況，選擇出經(jīng)濟合理且適用于控制實際控制網(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.

siemens S7-300400PLC;control network system;information transfer amount