探究西门子PLC控制网络与实际应用
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【摘 要】目前， PLc在自动化系统中得到了极其广泛的应用，对于用户所需要的不同自动化系统通讯控制任务，西门子相续开发了一系列的PLC控制网络产品。本文主要结合作者的工程案例进行分析西门子PLC产品，从而提出一些关于如何在具体的环境下根据控制系统的具体情况进行网络方案的选择提供了相应指导和选择方法。
【关键词】PLC；通讯；控制网络；应用方法
引言
面对如此丰富的网络产品，要根据具体的监控任务，综合考虑各种因素，作出对控制任务细致而且全面的需求分析，在此基础上再进行具体控制网络的方案选择。例如控制网络方案的确定要考虑站点数量与通讯距离、系统对于实时性高低的要求、站点间能否传送大量数据以及是否对于传输速率有较高的要求等，从而有效的避免不必要的浪费以及不能很好的满足监控任务。只有如以下例子一样充分的考虑自己的监控需求，才能够确定适宜的控制网络，保证系统的可靠性、合理性，取得良好的效果。
1 西门子PLC网络解决方案及特点
1.1 西门子PLC控制网络的类型
（1）点对点接口。这一接口类型可以有用户自己定义通讯协议，可以实现与其他通讯协议公开的设备通讯。
（2）PPI网络。这是一种主从式协议，从站不能发送信息，只能被动的作出回应。
（3）MPI网络。这是一种基于西门子内部标准的令牌网络协议，最大传输速率为12Mb/S.
（4）Profibus网络。这是一种常用于现场层以及车间监控的通讯系统，最大传输速率与MPI相同，可以实现与127个网络节点的数据交换。同时其开放性允许各个厂商开发自己的产品并连接到同一条Profibus网络进行通讯。
（5）工业以太网。这是专门为工业应用设计的通讯网络，使用ISO以及TCP/IP协议，可以通过光缆、同轴电缆以及工业双绞线进行通讯。
（6）AS―i接口或者传感器―执行器接口。作为自动控制最底层的网络，用来连接AS―i接口的现场二进制设备，传输数据量很小。
尽管西门子PLC的网络类型众多，其功能也不尽相同，虽然都存在着各自的缺点，但是都是为了满足不同层次的需求而进行的设计。但总体上可以分为两类，一类是符合国际标准的通讯网络，如工业以太网、Profibus以及AS―i接口等，另一种是由西门子公司自己研发的专用通讯网络，例如MPI、点对点接口以及PPI，而用户要根据自己的需求，有选择的使用具体的类型。
1.2 西门子PLC控制网络的通讯能力及接口
（1）西门子PLC控制网络的通讯能力
西门子PLC主要可以实现以下几种通讯能力：S5兼容通讯。其发送以及接收口主要用于优化SIMATIC S5以及S7系列之间的通讯；S7通讯，可以提供功能强大、简单的通讯任务，单个任务的有用数据最大为64字节；S7基本通讯，其通讯主要由MPI网实现，同时具备可供用户编程调用的SFC；PG/OP通讯，可以通过PG/OP与PLC进行数据通讯来实现编程、组态以及人机交互操作服务；标准通讯，可以实现不同制造商不同自动化系统之间的通讯，对于Profibus网络可以说就是FMS通讯。鉴于以上多种通讯能力，实际的使用中要根据硬件的配置、通讯的接口以及通讯的数量来选择合适的通讯功能。
（2）西门子PLC控制网络的通讯接口
现今西门子主要由四种不同的网络通信接口连接方式：PG/PC通讯卡、PLC的专用通讯模块、PLC主机自身集成的编程接口以及PLC主机自身集成的通讯接口。
1.3 西门子PLC控制网络的传输介质
传输介质的选用较为的灵活，首先要考虑不同的应用类型。有时多种传输介质可以用于一个控制网络，例如Profibus―DP就可以同时使用电气数据传输、光缆数据传输以及无线数据传输。
2 工程中的实际应用
某炼钢厂的生产线控制系统包含着的控制对象有翻钢机、切割机、辊道、推钢机、拉矮液压钻、引锭杆以及冷却床等多种设备，总数字I/O控制点为1220DI/DO，总的模拟I/O控制点为86AI/28AO。整个电控系统的控制点多、连锁关系复杂、设备分布情况较为复杂，同时信息的传输量大，为此根据本项目的实际情况以及相关的选择策略，我们采用符合国际标准的Profibus的PLC控制网络。选定了控制网络后，在参照了设备的实际位置后，将整个控制系统分为6个PLC控制站。由于在实际的构成网络中，整个系统的功能的实现是靠PLC各个站点之间互相传递信息实现连锁控制而达到的。在Profibus-DP的现场总线数据的链路层存在着两种不同的介质存取方式：令牌总线方式以及主从混合方式。前者通过令牌在主站之间传递，获得令牌的主站有权利向从站索取或者是发送信息，而从站只能被动的回应或者向总站发送信息。也正是因此，Profibus-DP中的单个主站不能实现PLC各个主站间数据的自由传输。为此在进行网络设计时，可以让6个PLC站都成为主站，从而实现了数据在各个主站之间任意的传输。同时为了节约昂贵的0―20毫安以及24伏的并行信号线，同时提升系统的可靠性，为此各个主站选择了S7―300系列PLC中的CPU315―2DP，通过其本身集成的Profibus-DP作为主站形成下一级的Profibus-DP子网同时选用ET200M模块作为远程I/O从站。图1为Profibus的控制网络的拓补结构。由图1可见，PLC网络可看作两级子网构成，处于低层的Profibus-DP负责6个PLC主站以及远程从站的通讯任务。主站CPU315-2DP通过其本身的Profibus-DP接口连接到其总线上，然后通过接口模块IM153实现与Profibus-DP总线的连接；相对的，高层Profibus子网主要负责各个PLC站之间以及上位PC与PLC站之间的数据通讯。同时鉴于各个PLC站之间的数据量较大，而上位PC机与6个PLC站之间的数据量较大，因此这一级的子网为多协议混合运行。
3 结论
西门子PLC控制网络体系结构复杂，其能提供的网络产品（包含软件和硬件）十分丰富。有的控制网络简单、经济，设计和开发周期短；有的控制网络结构复杂、开发技术难度较大、软件和硬件开销较高；但这些产品都是为不同档次的自动化控制任务而设计的。例如，要考虑系统对实时性高低的要求、站点之间是否需要传输大量的数据、站点的数量和通讯距离、是否对传输速率有较高要求、是否需要同时支持多种协议等方面酌情选择适当的网络解决方案，以避免不必要的浪费或选择不能满足监控任务的控制网络。以上的工程应用实例，在控制网络方案选择之初充分地考虑了监控需求，确定了较为适宜的控制网络，投产运行后，系统稳定可靠、投资合理，达到了良好的效果。可为大家在选择西门子控制网络方案时提供一些参考。
参考文献
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