plc的网络控制

1、plc的网络控制 第五章 PLC的网络控制 plc的网络控制 目录 第一节第一节 工业以太网工业以太网 第二节第二节 PROFIBUSPROFIBUS现场总线现场总线 第三节第三节 过程或现场级通信过程或现场级通信AS-IAS-I接口接口 第四节第四节 MPIMPI网络网络 第五节第五节 PPIPPI网络网络 第六节第六节 基于基于PCPC的自动化网络系统的自动化网络系统 第七节第七节 PLCPLC控制网络应用实例控制网络应用实例 plc的网络控制 第一节第一节 工业以太网工业以太网 工业以太网（工业以太网（PINEC H1PINEC H1） 工业以太网（工业以太网（IEEE802.3IEEE

2、802.3）是用于区域和单元级设备联）是用于区域和单元级设备联 网的国际标准，是为众人接受的总线系统。它可为每个以国网的国际标准，是为众人接受的总线系统。它可为每个以国 际标准（以太网）为基础的区域层或单元层联网。际标准（以太网）为基础的区域层或单元层联网。 工业以太网的应用已遍布于全世界，覆盖各种不同的工工业以太网的应用已遍布于全世界，覆盖各种不同的工 业应用。不论需要多高质量或完成多复杂的工业过程，工业业应用。不论需要多高质量或完成多复杂的工业过程，工业 以太网都能够提供强有力的单元层网络。以太网都能够提供强有力的单元层网络。 应用需要是多种多样的，工业以太网单元和区域网络有应用需要是多种

3、多样的，工业以太网单元和区域网络有 着不同的形式。着不同的形式。 plc的网络控制 一、基于一、基于CP343-1 ITCP343-1 IT的以太网通信的以太网通信 通过以太网网卡通过以太网网卡CP343-1ITCP343-1IT可将可将SIMATIC S7-300 SIMATIC S7-300 连接连接 到工业以太网，结构图如下：到工业以太网，结构图如下： 图10-1 基于CP343-1 IT的以太网结构图 plc的网络控制 在图在图10-110-1的网络中，的网络中，PLCPLC控制器通过控制器通过CP343-1 ITCP343-1 IT连接入以连接入以 太网中。其中，太网中。其中，CP3

4、43-1 ITCP343-1 IT采用全双工传输，自感应接口，采用全双工传输，自感应接口， 用于用于TCP/IP TCP/IP 与与UDPUDP协议。协议。CP343-1ITCP343-1IT其主要功能及特点如下：其主要功能及特点如下： 1 1）具有处理器，能独立地处理经过工业以太网的数据）具有处理器，能独立地处理经过工业以太网的数据 业务量。业务量。 2 2）可对）可对TCP/IP TCP/IP 传输协议实现多协议运行。传输协议实现多协议运行。 3 3）为了进行连接控制（保持活化），可为所有有源）为了进行连接控制（保持活化），可为所有有源/ / 无源通讯伙伴的无源通讯伙伴的 TCP TCP

5、传输连接组态一个可调时间。传输连接组态一个可调时间。 4 4）具有一个预设的，独特的以太网地址，并能通过网）具有一个预设的，独特的以太网地址，并能通过网 络直接投入运行。络直接投入运行。 plc的网络控制 二、二、CP343-1 IT WEBCP343-1 IT WEB技术及技术及InternetInternet连接连接 CP343-1ITCP343-1IT网卡具有网卡具有Web Web 服务器功能。固定集成诊断服务器功能。固定集成诊断HTMLHTML 页以及客户化的页以及客户化的WebWeb页都可使用标准浏览器调用。使用页都可使用标准浏览器调用。使用Web Web 页面简便实现可视化页面简便

6、实现可视化HTML HTML 页面，用户可使用内置页面，用户可使用内置JAVA JAVA Applets Applets 创建，用于写或动态显示创建，用于写或动态显示S7变量变量 。E-E- mail mail 报文可以从用户程序经过报文可以从用户程序经过FC FC 调用发出（包括调用发出（包括S7S7 变量）。通过变量）。通过FTP FTP 进行通讯服务器，其它进行通讯服务器，其它PC PC 可通过可通过FTP FTP 协议读、写和删除协议读、写和删除CPU CPU 的数据块。防止没有密码通过的数据块。防止没有密码通过IP IP 地地 址访问数据。址访问数据。 用标准用标准Web Web 浏

7、览器可以访问过程信息（有密浏览器可以访问过程信息（有密 码保护），这样可以节省客户机端的软件费用。通过码保护），这样可以节省客户机端的软件费用。通过FTPFTP， 可以简单的把可以简单的把PLC PLC 连接到不同的连接到不同的PC PC 上。上。 plc的网络控制 通过通过IT IT 通讯路径和通讯路径和E-mail E-mail 可以传送事件驱动的报警。可以传送事件驱动的报警。 通过工业以太网以通过工业以太网以100 Mbit/s 100 Mbit/s 的数据传输速率直接将的数据传输速率直接将S7-S7- 集成到复杂系统中，通过集成到复杂系统中，通过NTP NTP 或或SIMATIC SI

8、MATIC 程序实现工程序实现工 厂范围内的时钟同步。简单的诊断功能，无需使用厂范围内的时钟同步。简单的诊断功能，无需使用STEP 7STEP 7， 通过基于通过基于Web Web 的诊断，通过的诊断，通过Web Web 浏览器或浏览器或SNMPSNMP，一个模板就，一个模板就 能用于不同应用：编程器能用于不同应用：编程器/PC/PC、HMI HMI 系统、系统、SIMATIC S5/S7 SIMATIC S5/S7 （高优先级）以及（高优先级）以及IT IT 通讯。利用通讯。利用TCP/IP TCP/IP 的的WAN WAN 特性，通过特性，通过 电话网络（如电话网络（如ISDNISDN），

9、就可以实现远地编程，无需使用），就可以实现远地编程，无需使用STEP STEP 7 7 即可调整即可调整IP IP 参数（例如用于系列机器）。参数（例如用于系列机器）。 plc的网络控制 三、三、PROFINETPROFINET PROFINETPROFINET是一种创新的、开放的工业以太网标准，是一种创新的、开放的工业以太网标准， 满足自动化技术的所有要求。使用满足自动化技术的所有要求。使用PROFINETPROFINET，可以实现用于，可以实现用于 工厂自动化、过程自动化和安全性应用的解决方案，以及直工厂自动化、过程自动化和安全性应用的解决方案，以及直 到时钟同步运动控制的整个驱动技术应用

10、范围的解决方案。到时钟同步运动控制的整个驱动技术应用范围的解决方案。 PROFINETPROFINET由由PROFIBUSPROFIBUS国际组织（国际组织（PROFIBUS PROFIBUS InternationalInternational，PIPI）推出，是新一代基于工业以太网技术）推出，是新一代基于工业以太网技术 的自动化总线标准。作为一项战略性的技术创新，的自动化总线标准。作为一项战略性的技术创新，PROFINETPROFINET 为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了 诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安

11、全以及诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及 网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应 商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如 PROFIBUSPROFIBUS）技术，保护现有投资。）技术，保护现有投资。 plc的网络控制 第二节第二节 PROFIBUSPROFIBUS现场总线现场总线 一、一、PROFIBUS概述概述 PROFIBUSPROFIBUS符合符合IEC 61158IEC 61158和和 EN 50170EN 50170标准，保证集成对标准

12、，保证集成对 其他厂商的标准化部件的开放。目前世界各地已有其他厂商的标准化部件的开放。目前世界各地已有650650多家多家 制造商能为现场区域提供门类广泛，有适当接口的各种兼容制造商能为现场区域提供门类广泛，有适当接口的各种兼容 PROFIBUSPROFIBUS的产品。兼容的产品。兼容PROFIBUSPROFIBUS的产品，提供可靠和确实的的产品，提供可靠和确实的 诊断数据服务，提供可靠的数字传输技术服务，能实现灵活诊断数据服务，提供可靠的数字传输技术服务，能实现灵活 网络配置以及适应在非常恶劣环境中运行。网络配置以及适应在非常恶劣环境中运行。 由于由于 PROFIBUSPROFIBUS 的开

13、放性，不同制造商来的标准化部件当然也能够集成。从的开放性，不同制造商来的标准化部件当然也能够集成。从 系统中的任何地点都可以方便地进行配置、起动和故障查找。系统中的任何地点都可以方便地进行配置、起动和故障查找。 plc的网络控制 PROFIBUS PROFIBUS 协议包括三个主要部分：协议包括三个主要部分： PROFIBUS DPPROFIBUS DP：主站和从站之间采用轮循的通讯方式，主要应主站和从站之间采用轮循的通讯方式，主要应 用于制造业自动化系统中单元级和现场级通信。用于制造业自动化系统中单元级和现场级通信。 PROFIBUS PAPROFIBUS PA：电源和通信数据通过总线并行传

14、输，主要用于电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于 面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。 PROFIBUS FMSPROFIBUS FMS：定义了主站和主站之间的通讯模型，主要用定义了主站和主站之间的通讯模型，主要用 于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。 plc的网络控制 二、基于二、基于CPU315-2DPCPU315-2DP为主站为主站/ET200L/ET200L为从站的为从站的PROFIBUSPROFIBUS网络网络 在传统的工厂自动化中，输入在传统的工厂自动化中，输入/ /输出设备连接到一

15、个集输出设备连接到一个集 中的机架，在设备改变和系统扩展时中的机架，在设备改变和系统扩展时, ,导致接线工作量大，导致接线工作量大， 成本高，柔性度低。现代工厂自动化通过开放的、标准化的成本高，柔性度低。现代工厂自动化通过开放的、标准化的 现场总线系统来连接部件。应用现场总线系统来连接部件。应用SIMATIC ET200LSIMATIC ET200L分布式分布式I/OI/O 是解决这些问题的最佳方案。可与是解决这些问题的最佳方案。可与CPU315-2DPCPU315-2DP构成主构成主/ /从方从方 式的式的PROFIBUSPROFIBUS网络。结构如图网络。结构如图10106 6。 分布式配

16、置实现可编程序控制器、分布式配置实现可编程序控制器、I/OI/O模块和现场设备模块和现场设备 通过称为现场总线的信号电缆连接；将输入通过称为现场总线的信号电缆连接；将输入/ /输出模块转换输出模块转换 成本地检测器和执行器；可就地转换和处理过程信号；可像成本地检测器和执行器；可就地转换和处理过程信号；可像 集中配置那样进行程序设计集中配置那样进行程序设计。 plc的网络控制 图10-6 基于CPU315-2DP为主站/ET200L为从站的系统结构图 plc的网络控制 三、基于三、基于CPU315CPU315为主站为主站/CUP315-2DP/CUP315-2DP为从站的为从站的PROFIBUS

17、PROFIBUS网络网络 CPU 315-2 DPCPU 315-2 DP 是一款带有中大规模程序量和是一款带有中大规模程序量和 PROFIBUS DP PROFIBUS DP 主从接口的主从接口的CPUCPU。它除了可以组成集中式。它除了可以组成集中式I/OI/O 结构，还可以组成分布式自动化结构。具有中、大规模的程结构，还可以组成分布式自动化结构。具有中、大规模的程 序存储容量和数据结构，对二进制和浮点数运算具有较高的序存储容量和数据结构，对二进制和浮点数运算具有较高的 处理能力。处理能力。 PROFIBUS DP PROFIBUS DP 主站主站/ /从站接口、扩展的从站接口、扩展的I/

18、OI/O配置配置, ,适合建适合建 立分布式立分布式I/OI/O结构结构 ；CPU CPU 运行需要微存储卡运行需要微存储卡, ,通过通过STEP 7STEP 7功功 能块或标准能块或标准/ /模块化模块化PIDPID控制运行软件实现闭环控制任务。此控制运行软件实现闭环控制任务。此 外，还可以使用于过程处理过程诊断等功能：集成的外，还可以使用于过程处理过程诊断等功能：集成的 MPI MPI 接口可以最多同时建立接口可以最多同时建立 16 16 个与个与 S7-300/400 S7-300/400 或与或与 PGPG、PCPC、 OP OP 的连接。通过的连接。通过“全局数据通讯全局数据通讯”，

19、MPIMPI可以用来建立最多可以用来建立最多 1616个个CPUCPU组成的简单网络。组成的简单网络。 plc的网络控制 CPU315CPU315为主站为主站/CUP315-2DP/CUP315-2DP为从站的为从站的PROFIBUSPROFIBUS网络结构网络结构 （见图（见图10-710-7）。）。 图10-7 基于CPU315为主站/CUP315-2DP为从站的PROFIBUS系统结构图 plc的网络控制 第三节第三节 过程或现场级通信过程或现场级通信AS-IAS-I接口接口 一、一、AS-I AS-I 接口接口 阀门、执行器，驱动器等有许多不同的部件在现场级运阀门、执行器，驱动器等有许

20、多不同的部件在现场级运 行。所有这些执行器行。所有这些执行器/ /传感器均需要连接到自动化系统。这传感器均需要连接到自动化系统。这 是目前在现场使用分散型是目前在现场使用分散型I/OI/O设备的标准体现；在某种意义设备的标准体现；在某种意义 上，它能使远程智能部件就地执行动作。上，它能使远程智能部件就地执行动作。 AS-I AS-I 接口和接口和 PROFIBUS DPPROFIBUS DP支持过程和现场级通信。在支持过程和现场级通信。在 工业控制中相当大数量的执行器传感器位于现场。作为成工业控制中相当大数量的执行器传感器位于现场。作为成 束电缆的廉价替代品，束电缆的廉价替代品， AS-I A

21、S-I 接口使用接口使用2 2线电缆链接现场线电缆链接现场I I O O设备。设备。AS-I AS-I 接口用于各种执行器传感器分散在工厂和接口用于各种执行器传感器分散在工厂和 机器不同位置的场合。机器不同位置的场合。AS-IAS-I接口替代复杂而又价格昂贵的成接口替代复杂而又价格昂贵的成 束电缆。它连接二值的执行器和传感器，例如连接开关，阀束电缆。它连接二值的执行器和传感器，例如连接开关，阀 门或指示灯到中央控制器、一台门或指示灯到中央控制器、一台SIMATIC PLC SIMATIC PLC 或一台或一台PC PC 。 plc的网络控制 AS-IAS-I接口是单主系统。接口是单主系统。SI

22、MATICSIMATIC系列提供系列提供CPCP通信处理器，通信处理器， 前者可作为过程和现场通信的主站。通过前者可作为过程和现场通信的主站。通过DPDPAS-IAS-I接口链路接口链路 将将AS-IAS-I接口连接到接口连接到SIMATIC S7SIMATIC S7400400，链路的保护等级为，链路的保护等级为 IP20IP20和和IP 65IP 65。DPDPASAS接口链路使接口链路使AS-IAS-I接口作为子网直接连接口作为子网直接连 接到接到PROFIBUSPROFIBUSDPDP。 AS-IAS-I接口是开放的国际标准，世界上居领导地位的著名接口是开放的国际标准，世界上居领导地位

23、的著名 执行器和传感器制造商都支持执行器和传感器制造商都支持AS-IAS-I接口。接口。 plc的网络控制 二、基于二、基于CP343-2CP343-2与与CPU315-2DPCPU315-2DP的的AS-IAS-I通信通信 为了实现与国际接轨，许多的工厂已由原先的人工现场为了实现与国际接轨，许多的工厂已由原先的人工现场 管理逐步转向基于网络的远程监控自动管理形式，使生产自管理逐步转向基于网络的远程监控自动管理形式，使生产自 动化水平、工作效率、劳动生产力得到明显提高的同时，实动化水平、工作效率、劳动生产力得到明显提高的同时，实 现了设备运行的无人值守，这对于恶劣环境下运行的各种仪现了设备运行

24、的无人值守，这对于恶劣环境下运行的各种仪 器设备来说尤为重要。该系统上层用器设备来说尤为重要。该系统上层用WINCCWINCC组态采集数据，组态采集数据， 通过通过PROFIBUSPROFIBUS网络连接多个网络连接多个S7-300S7-300网络，而网络，而CPU315-2DPCPU315-2DP通过通过 连接连接CP343-2CP343-2模块，组成模块，组成AS-InterfaceAS-Interface接口，该接口可连接接口，该接口可连接 AS-InterfaceAS-Interface从站。实现对多个从站。实现对多个AS-InterfaceAS-Interface设备的控制。设备的控

25、制。 与与S7-300S7-300构成的系统结构如图构成的系统结构如图10-810-8所示。所示。 plc的网络控制 图108基于S7-300 和CP343-2系统结构图 plc的网络控制 第四节第四节 MPIMPI网络网络 利用利用MPIMPI卡，可以在拥有多点接口卡，可以在拥有多点接口(MPl)(MPl)卡的情况下使用卡的情况下使用 STEP7MicroSTEP7MicroWinWin编程软件。当网络中主机数大于编程软件。当网络中主机数大于1 1时，时， MPIMPI卡必须装到个人计算机或西门子的编程设备上。卡必须装到个人计算机或西门子的编程设备上。 MPIMPI卡卡 提供单一的提供单一的

26、 RS-485RS-485端口来同使用直通电缆的网络相连。当端口来同使用直通电缆的网络相连。当 使用了使用了MPIMPI卡后，卡后，RS-232RS-232到到RS-485RS-485的传输信号标准的转换也的传输信号标准的转换也 就不需要了。就不需要了。 1 1）带）带MPIMPI卡的卡的PCPC机配置机配置 图图10-910-9为具有为具有MPIMPI卡的个人计算机同卡的个人计算机同S7200 CPUS7200 CPU网络的网络的 连接。当个人计算机连到网络上时，连接。当个人计算机连到网络上时，CPUCPU可以使用网络读可以使用网络读 (NETR)(NETR)和网络写和网络写(NETW)(N

27、ETW)指令来传送信息。指令来传送信息。 当使用了当使用了 MPIMPI卡时，可以有很多其他配置。例如可以在卡时，可以有很多其他配置。例如可以在 同一网络上添加编程设备同一网络上添加编程设备( (带带MPIMPI卡的卡的STEP7-STEP7- Micro/WINPG702)Micro/WINPG702)、操作面板以及文本显示单元、操作面板以及文本显示单元( (如如TD200)TD200)。 图图10-1010-10为网络上加了两台为网络上加了两台TD200TD200的配置。的配置。 plc的网络控制 S7-200 CPU 站 2 S7-200 CPU 站 3 S7-200 CPU 站 4 R

28、S-485 站 0 计算机系统 图10-9 使用PC/PPI电缆间S7200 CPU通信 S7-200 CPU 站 2 S7-200 CPU 站 3 S7-200 CPU 站 4 RS-485 站 0 TD200 站 1 TD200 站 3 计算机系统 图10-10 把2台TD200添加到网络上 plc的网络控制 在图在图10-1010-10的配置中，有下列的通信方式：的配置中，有下列的通信方式： 1 1）STEP7STEP7MicroMicroWINWIN监视站监视站2 2的状态，的状态，TD200(TD200(站站 l l或站或站5)5) 同同 CPU214(CPU214(站站3 3或站或

29、站4)4)分别通信。两个分别通信。两个CPU214CPU214都可以使用网都可以使用网 络指令络指令(NETR(NETR和和NETW)NETW)来发送信息。站来发送信息。站3 3可从可从CPU212CPU212和站和站 4(CPU214)4(CPU214)读数据或向这两个读数据或向这两个CPUCPU写数据。写数据。 2 2）站站4 4可从可从CPU212CPU212和站和站3(CPU214)3(CPU214)读数据或向这两个读数据或向这两个CPUCPU写数写数 据。可以在同一网络上连接多台主机和从机。然而，站的增据。可以在同一网络上连接多台主机和从机。然而，站的增 多反而会影响网络的运行。多反

30、而会影响网络的运行。 plc的网络控制 第五节 PPI网络 使用如图使用如图10-1110-11所示的个人计算机上的一个标准通信端所示的个人计算机上的一个标准通信端 口，口，PC/PPIPC/PPI电缆把电缆把S7200 CPUS7200 CPU同安装了同安装了STEP7MicroSTEP7MicroWINWIN 编程软件的个人计算机连接起来。编程软件的个人计算机连接起来。PC/PPIPC/PPI电缆可提供从电缆可提供从 RS232RS232到到 RS485RS485的转换。在图的转换。在图10-1110-11所示的配置中，个人所示的配置中，个人 计算机为主机计算机为主机( (站地址为站地址为

31、0)0)，而，而S7-200 CPUS7-200 CPU为从机为从机( (站地址为站地址为 2 2到到126126，缺省地址为，缺省地址为2)2)。 运行于个人计算机上并通过标准通信端口进行通信的编运行于个人计算机上并通过标准通信端口进行通信的编 程软件，可以对连接到网络上的程软件，可以对连接到网络上的2 2到到3131台台S7S7200200 CPU CPU进行进行 编程，网络线长编程，网络线长1200m(39361200m(3936英尺英尺) )，无需中继器。如果使用，无需中继器。如果使用 了中继器，则总共可连接了中继器，则总共可连接125125台台 S7S7200 CPU200 CPU。

32、注意在每个。注意在每个 网络段的末端要加上偏置和终端匹配。通过中继器把各网络网络段的末端要加上偏置和终端匹配。通过中继器把各网络 段分隔开来。段分隔开来。 plc的网络控制 图10-11 使用PC/PPI电缆连接S7200CPU S7-200 CPU 站 2 RS-485 站 0 PC/PPI电缆 计算机系统 1）网络偏置：西门子提供了两种类型的网络连接器，可以轻 松地把多台设备连到一条总线上。这些连接器有一个开关， 可以选择网络所需要的合适偏置和终端匹配。当开关为ON时， 偏置和终端匹配就有效。当开关为OFF时，无偏置和终端匹配。 特别注意，除非特定产品的特殊端口数据表，RS485接 口同

33、S7200逻辑电路之间无隔离。如果所有未隔离设备(如 S7200模块，计算机，或其它PROFIBUS设备)连接到未共享 同一回路公共参考点的电缆上则电缆可能会产生不必要的 电流。而这种电流可能会导致通信错误或电路损坏。 plc的网络控制 2 2）使用软件同一台使用软件同一台CPUCPU通信：尽管通信：尽管STEP7STEP7MICROMICROWINWIN设设 计成每次同一台计成每次同一台 S7S7200200 CPU CPU通信，然而，可以存取网络通信，然而，可以存取网络 中的任意一台中的任意一台CPU(CPU(如图如图10101212所示所示) )。 S7-200 CPU 站 2 S7-2

34、00 CPU 站 3 S7-200 CPU 站 4 RS-485 站 0 PC/PPI电缆 RS-232计算机系统 在图1012中，运行S7200编程软件的个人计算机 是唯一的主机，所有的S7200CPU站必须是从机。对于 这种配置，PCPPI连接1，一个或多个 S7200 CPU， 该CPU不能使用NETR和NETW指令来发送信息，而且无其它 设备可以连到网络上。 plc的网络控制 第六节第六节 基于基于PCPC的自动化网络系统的自动化网络系统 通过基于通过基于PCPC自动化的软件和硬件组件，所有的自动化任自动化的软件和硬件组件，所有的自动化任 务包括开环、闭环控制，人机界面以及运动控制都可

35、在一台务包括开环、闭环控制，人机界面以及运动控制都可在一台 PCPC平台中实现。在既有传统的平台中实现。在既有传统的PLCPLC控制又有控制又有PCPC应用的场合，应用的场合， 基于基于PCPC的控制方案将将的控制方案将将PLCPLC控制器的范围扩展到基于控制器的范围扩展到基于PCPC的控的控 制器制器, ,特别适用于将多种不同任务集成于一台特别适用于将多种不同任务集成于一台PCPC的情况，如的情况，如 数据处理、通讯、可视化、特种工艺以及控制等。数据处理、通讯、可视化、特种工艺以及控制等。 西门子西门子PCS7PCS7系统是完全无缝集成的自动化解决方案。可系统是完全无缝集成的自动化解决方案。

36、可 以应用于所有工业领域以应用于所有工业领域, ,包括过程工业，制造工业，混合工包括过程工业，制造工业，混合工 业以及工业所涉及的所有制造和过程自动化产品。作为先进业以及工业所涉及的所有制造和过程自动化产品。作为先进 的过程控制系统，的过程控制系统，SIMATIC PCS7 SIMATIC PCS7 形成了一个带有典型过程形成了一个带有典型过程 组态特征的全集成系统。组态特征的全集成系统。 plc的网络控制 第七节第七节 PLCPLC控制网络应用实例控制网络应用实例 一、带材机组控制系统一、带材机组控制系统 在某厂带材机组改造项目中，采用了多台西门子在某厂带材机组改造项目中，采用了多台西门子6

37、SE706SE70 及及MDVMDV变频器。前者用于对生产线上主传动电机如开卷机、变频器。前者用于对生产线上主传动电机如开卷机、 卷取机、辊道供电，而后者用于控制系统中一些辅助电机，卷取机、辊道供电，而后者用于控制系统中一些辅助电机， 如干燥、冷却风机水泵等。另外，控制系统还需要对生产工如干燥、冷却风机水泵等。另外，控制系统还需要对生产工 艺中的干燥温度、油压力、水流量进行控制。现场设备分布艺中的干燥温度、油压力、水流量进行控制。现场设备分布 范围较广，设置了两个主电室，一个主控台，两个辅控台。范围较广，设置了两个主电室，一个主控台，两个辅控台。 如果采用传统的控制方式，则不可避免地产生大量的

38、布线工如果采用传统的控制方式，则不可避免地产生大量的布线工 作量，同时也给今后的系统维护及故障排除增加难度。为此，作量，同时也给今后的系统维护及故障排除增加难度。为此， 我们采取了以下控制方案：我们采取了以下控制方案： 1 1、系统构成、系统构成 采用三层系统结构，分别为监控层、控制层、执行层，采用三层系统结构，分别为监控层、控制层、执行层， 如图如图10101313所示。采用工业以太网及所示。采用工业以太网及PROFIBUSPROFIBUS现场总线技术现场总线技术 将监控设备连接起来，构成了一个稳定，易于扩充的硬件环将监控设备连接起来，构成了一个稳定，易于扩充的硬件环 境（如图境（如图101

39、01313）。）。 plc的网络控制 操作员 工作站1 I/O 服务器 操作员 工作站2 数据库 S7 PLC PROFIBUSDP ET200SET200MET200X 变 频 器 电动机 变 频 器 电动机 变 频 器 电动机 变 频 器 电动机 ET200远程I/O 至现场执行器及传感器 执行层 控制层 监控层 工业以太网 图1013 控制系统结构图 plc的网络控制 1） 监控层监控层 监控层设置一个监控层设置一个I/OI/O服务器、两个操作员工作站，分别位服务器、两个操作员工作站，分别位 于三个操作台上，操作人员通过它们设置及监视系统运行参于三个操作台上，操作人员通过它们设置及监视系

40、统运行参 数。另设一个数据库服务器，用以存储工艺流程参数及生产数。另设一个数据库服务器，用以存储工艺流程参数及生产 历史数据。几个计算机之间采用工业以太网连接，形成一个历史数据。几个计算机之间采用工业以太网连接，形成一个 系统数据共享的统一解决方案。系统数据共享的统一解决方案。 系统运行的软件平台采用系统运行的软件平台采用WINDOWS NT+WINCCWINDOWS NT+WINCC组态软件，组态软件， 运用图形化的方式提供强大的控制功能，具有统一的操作、运用图形化的方式提供强大的控制功能，具有统一的操作、 运行界面，同时便于系统的再开发与维护运行界面，同时便于系统的再开发与维护。 2 2）

41、控制层）控制层 控制层由以西门子控制层由以西门子S7 PLCS7 PLC为中心的为中心的PRIFIBUSPRIFIBUSDPDP现场总现场总 线构成，线构成，PROFIBUSPROFIBUS是一种开放式的现场总线标准，其中是一种开放式的现场总线标准，其中DPDP是是 为自动化系统与分布式的外围设备或现场设备而设计的。传为自动化系统与分布式的外围设备或现场设备而设计的。传 输介质采用屏蔽双绞线，系统采用总线式的拓扑结构，各设输介质采用屏蔽双绞线，系统采用总线式的拓扑结构，各设 备采用总线接插件连入总线，数据传输速率为备采用总线接插件连入总线，数据传输速率为1.5MBbps1.5MBbps。 pl

42、c的网络控制 S7 PLC(S7-300)S7 PLC(S7-300)在方案中为主设备，它有总线访问的在方案中为主设备，它有总线访问的 权限，可以读取或改写从设备变频器、权限，可以读取或改写从设备变频器、ET200ET200远程远程IOIO的状态，的状态， 从而达到控制和监视设备运行状态的目的。从而达到控制和监视设备运行状态的目的。 3 3）执行层）执行层 为了降低电缆成本为了降低电缆成本,使系统具有灵活的可扩展性，采用使系统具有灵活的可扩展性，采用 五套五套ET200 远程远程IO，并在设备旁就近安装。现场的行程开，并在设备旁就近安装。现场的行程开 关、接近开关、电磁阀等开关量直接进入远程关

43、、接近开关、电磁阀等开关量直接进入远程IO控制箱，模控制箱，模 拟信号也在本地通过拟信号也在本地通过AD模板转换成数字量，通过现场总线模板转换成数字量，通过现场总线 电缆传递至主电缆传递至主PLC。 为了使为了使6SE70及及MMV变频器能够连入变频器能够连入DP网，分别需要网，分别需要 一块一块CBP和和CB15通信板。此板具有一通信板。此板具有一DP接口，能对总线信接口，能对总线信 号进行光电隔离，并有短路保护，通过双口号进行光电隔离，并有短路保护，通过双口RAM与调速器与调速器 进行数据交换。进行数据交换。 plc的网络控制 2 2、系统功能、系统功能 1 1）操作人员通过人机交互控制整

44、条生产线的正常运行。设）操作人员通过人机交互控制整条生产线的正常运行。设 备运行的状态、参数、实时过程数据都通过画面显示出来，备运行的状态、参数、实时过程数据都通过画面显示出来， 并作为历史数据保存在数据库中。并作为历史数据保存在数据库中。 2 2）故障处理。自动监视系统运行状态，对异常情况如变频）故障处理。自动监视系统运行状态，对异常情况如变频 器故障、电机过热、断带、油压异常等进行报警，并存储报器故障、电机过热、断带、油压异常等进行报警，并存储报 警记录。警记录。 3 3）自动控制各主传动电机之间的速度、张力的大小，风机、）自动控制各主传动电机之间的速度、张力的大小，风机、 油泵的启停、阀

45、门的开闭。油泵的启停、阀门的开闭。 4 4）帮助画面。对系统的使用提供指导。）帮助画面。对系统的使用提供指导。 5 5）生产数据库及历史数据库管理，并可查询及打印相关数）生产数据库及历史数据库管理，并可查询及打印相关数 据。据。 plc的网络控制 3 3、系统的特点与优势、系统的特点与优势 1 1）三个操作台之间的联系均通过网络构成，在每个操作点）三个操作台之间的联系均通过网络构成，在每个操作点 上都可以浏览整个生产线上的过程信息，操作方式较之传统上都可以浏览整个生产线上的过程信息，操作方式较之传统 方式更加简单可靠。方式更加简单可靠。 2 2）由于采用了网络及现场总线传递过程数据，多种信息的

46、）由于采用了网络及现场总线传递过程数据，多种信息的 交换仅依靠网缆或屏蔽双绞线即可完成，这样就大量减少了交换仅依靠网缆或屏蔽双绞线即可完成，这样就大量减少了 系统施工时的布线工作量，也为今后系统的维护及故障查找系统施工时的布线工作量，也为今后系统的维护及故障查找 提供了方便。提供了方便。 3 3）过程参数的数字化传递，避免了模拟量传输所带来的漂）过程参数的数字化传递，避免了模拟量传输所带来的漂 移、抗干扰等问题，大大提高了系统的稳定性。移、抗干扰等问题，大大提高了系统的稳定性。 4 4）若今后机组工艺、设备发生变更，只需要在总线上增添）若今后机组工艺、设备发生变更，只需要在总线上增添 或摘除相

47、应节点，并对软件作少量修改即可。所以这种柔性或摘除相应节点，并对软件作少量修改即可。所以这种柔性 的系统连接方式具有一定的适应性，可以最大程度地保护用的系统连接方式具有一定的适应性，可以最大程度地保护用 户的投资户的投资。 plc的网络控制 4 4、结束语、结束语 随着信息技术的不断进步，工业控制也逐步由集中走向随着信息技术的不断进步，工业控制也逐步由集中走向 分散。工业以太网以及现场总线技术作为一种灵活、方便、分散。工业以太网以及现场总线技术作为一种灵活、方便、 可靠的数据传输方式，在工业现场得到了越来越多的应用，可靠的数据传输方式，在工业现场得到了越来越多的应用， 并将在控制领域中占有更加

48、重要的地位。本系统经过现场调并将在控制领域中占有更加重要的地位。本系统经过现场调 试，取得了良好的控制效果。试，取得了良好的控制效果。 二、水闸控制系统二、水闸控制系统 水闸数据采集监控系统采用西门子公司的全集成自动化水闸数据采集监控系统采用西门子公司的全集成自动化 产品构成。系统要求是建立一套电脑自动化集中监控系统。产品构成。系统要求是建立一套电脑自动化集中监控系统。 对水闸防洪闸门的启闭、船闸通航的管理、潜水泵站排水进对水闸防洪闸门的启闭、船闸通航的管理、潜水泵站排水进 行全过程自动化控制。对内江、外江船闸闸室、排水闸进行行全过程自动化控制。对内江、外江船闸闸室、排水闸进行 实时动态监控。

49、实现在水闸总控制室内，可对各控制点进行实时动态监控。实现在水闸总控制室内，可对各控制点进行 自动化控制和监视，并对各种设备运行情况实时监控，建立自动化控制和监视，并对各种设备运行情况实时监控，建立 监控运行数据库，形成信息化管理系统。同时总控制室的各监控运行数据库，形成信息化管理系统。同时总控制室的各 数据化信息系统应预留接口以备将来与市三防办防洪信息调数据化信息系统应预留接口以备将来与市三防办防洪信息调 度中心和度中心和Internet网络互联。要求建立一套可防雷保护系统网络互联。要求建立一套可防雷保护系统 和船只指挥扩音系统。具体方案如下：和船只指挥扩音系统。具体方案如下： plc的网络控

50、制 1 1系统构成系统构成 该系统以该系统以PLCPLC作为现场控制中心，连接现场各控制对象。作为现场控制中心，连接现场各控制对象。 PLC PLC 直接连接到现有的闸门控制系统，充分利用现有的执行直接连接到现有的闸门控制系统，充分利用现有的执行 结构，从现有的设备抽出控制点。这样不但不会破坏现有的结构，从现有的设备抽出控制点。这样不但不会破坏现有的 控制设备，还可以与旧系统一起构成双机热备份冗余，从而控制设备，还可以与旧系统一起构成双机热备份冗余，从而 提高系统的可靠性性。提高系统的可靠性性。 所有闸门的位置检测信号来自原来的闸门位置传感器，所有闸门的位置检测信号来自原来的闸门位置传感器，

51、部分原系统的控制功能，在新部分原系统的控制功能，在新PLCPLC中重新设计程序，以满足中重新设计程序，以满足 新系统的工艺要求。新系统的工艺要求。 潜水泵的控制由新潜水泵的控制由新PLCPLC系统发出，执行结构利用现有的系统发出，执行结构利用现有的 控制结构，保持原系统的特色不变。控制结构，保持原系统的特色不变。 水位计根据我们的经验采用激光水位计，这样可以提高水位计根据我们的经验采用激光水位计，这样可以提高 水位检测的可靠性和准确性。图水位检测的可靠性和准确性。图10141014为该系统的总体结构。为该系统的总体结构。 plc的网络控制 图1014 水闸自动化控制系统结构图 plc的网络控制

52、 （1 1）数据采集与监控系统的设计）数据采集与监控系统的设计 根据水闸自动化控制系统数据采集监控系统的特点拟采根据水闸自动化控制系统数据采集监控系统的特点拟采 用西门子公司的全集成自动化产品构成。采用用西门子公司的全集成自动化产品构成。采用S7-300S7-300系列的系列的 CPU315CPU3152DP2DP及及PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP通信模块、扩展通信模块、扩展I/O I/O 模块等构模块等构 成数据采集子系统，通过成数据采集子系统，通过PROFIBUSPROFIBUS总线集成系统（见图总线集成系统（见图1010 1515）。经多方考虑，该方案具有较高的性能价格比。

53、）。经多方考虑，该方案具有较高的性能价格比。 图1015 PLC网络系统结构 plc的网络控制 （2 2）SIEMENSSIEMENS工业工业PCPC作为控制中心作为控制中心 控制中心不仅是完成水闸、船闸、潜水泵，通航指挥等控制中心不仅是完成水闸、船闸、潜水泵，通航指挥等 控制的控制中心，还是河道的水文信息管理的信息中心，而控制的控制中心，还是河道的水文信息管理的信息中心，而 且是将来网络化管理的网络中心，所以我们采用高性能的原且是将来网络化管理的网络中心，所以我们采用高性能的原 装装SIEMENS工业工业PC。 （3 3）SIEMENS S7-300SIEMENS S7-300 PLCPLC

54、作为现场控制器作为现场控制器 SIMATIC S7-300的强大功能使其无论在独立运行中，或的强大功能使其无论在独立运行中，或 相连成网络时皆能实现复杂控制功能，因此相连成网络时皆能实现复杂控制功能，因此S7-300具有极具有极 高的性能高的性能/价格比。价格比。 SIMATIC S7-300的使用范围可覆盖从替代继电器的简单的使用范围可覆盖从替代继电器的简单 控制到更复杂的自动化控制。控制到更复杂的自动化控制。 S7-300是模块化小型是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的系统，能满足中等性能要求的 应用。应用。 SIMATIC S7-300 可编程序控制器是模块化结构设计。可编程序控

55、制器是模块化结构设计。 各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。 plc的网络控制 （4 4）PROFIBUSPROFIBUS现场总线实现主、从站的连接现场总线实现主、从站的连接 PROFIBUS符合符合IEC 61158和和 EN 50170标准，因而保标准，因而保 证集成对其他厂商的标准化部件的开放。证集成对其他厂商的标准化部件的开放。 目前世界各地已目前世界各地已 有有650多家制造商能为现场区域提供门类广泛，有适当接口多家制造商能为现场区域提供门类广泛，有适当接口 的各种兼容于的各种兼容于 PROFIBUS的产品。当然，西门子公司能提的产

56、品。当然，西门子公司能提 供适当的主要网络部件产品，因而能满足广泛的需要。供适当的主要网络部件产品，因而能满足广泛的需要。 （5 5）智能激光水位传感器）智能激光水位传感器 在该系统中水位的测量至关重要，是整个自动控制的关在该系统中水位的测量至关重要，是整个自动控制的关 键，是各种动作实现，得以顺利完成的基础。为此我们在选键，是各种动作实现，得以顺利完成的基础。为此我们在选 用传感器时，做了充分的比较，最后选用美国用传感器时，做了充分的比较，最后选用美国DTSIO公司的公司的 智能型激光水位仪。智能型激光水位仪。 plc的网络控制 DTSIO智能型激光水位计是利用先进的激光原理研制的智能型激光

57、水位计是利用先进的激光原理研制的 新型水位测量仪器。最大的优点是不用建静井，因此可节省新型水位测量仪器。最大的优点是不用建静井，因此可节省 大量的经费。它既可用于海洋潮汐测量，也可用于江河湖泊大量的经费。它既可用于海洋潮汐测量，也可用于江河湖泊 等处的水位测量，是一种用微电脑组成的全智能化仪器。该等处的水位测量，是一种用微电脑组成的全智能化仪器。该 水位计是针对水位遥测站、水电站及各类水库上下游水位的水位计是针对水位遥测站、水电站及各类水库上下游水位的 监测而设计的。监测而设计的。 测量原理为在水面上方某一高度的激光水测量原理为在水面上方某一高度的激光水 位计向水面垂直地发送光束，光束到达水面

58、后反射回来，而位计向水面垂直地发送光束，光束到达水面后反射回来，而 测得水位计达到水面的距离，水位计高度与所测距离相减即测得水位计达到水面的距离，水位计高度与所测距离相减即 得水面高度，即水位。该水位计完全符合水库、水文等部门得水面高度，即水位。该水位计完全符合水库、水文等部门 对水位计的技术要求，其特点是结构简单，安装和使用方便。对水位计的技术要求，其特点是结构简单，安装和使用方便。 具有标准具有标准RS-485接口组成水位数据采集系统十分方便。接口组成水位数据采集系统十分方便。 plc的网络控制 （6 6）系统软件平台及性能）系统软件平台及性能 组态系统平台软件选用组态系统平台软件选用SI

59、EMENS公司的公司的Win CC， 利利 用用Win CC及监控中心工业主计算机组成工业监控系统，可及监控中心工业主计算机组成工业监控系统，可 以对闸门系统中的液压机压力、温度、液位进行模拟显示，以对闸门系统中的液压机压力、温度、液位进行模拟显示， 报警。对闸门、潜水泵、航道信号灯、视频信号的控制云台报警。对闸门、潜水泵、航道信号灯、视频信号的控制云台 等的运行显示及故障报警。由于监视屏上的流程图是根据闸等的运行显示及故障报警。由于监视屏上的流程图是根据闸 门控制系统的实际工艺而画出的，可以使操作人员一目了然，门控制系统的实际工艺而画出的，可以使操作人员一目了然， 给维护人员也带来了方便。给

60、维护人员也带来了方便。 组态软件根据系统的要求，编写良好的用户界面（见图组态软件根据系统的要求，编写良好的用户界面（见图 10101616）。水位状态，闸门的启闭状态，闸门的真实位置，）。水位状态，闸门的启闭状态，闸门的真实位置， 视频信号的控制角度的都可以在计算机屏幕上生动地再现。视频信号的控制角度的都可以在计算机屏幕上生动地再现。 控制系统界面做到简洁易读，且操作简图中颜色能够随着内控制系统界面做到简洁易读，且操作简图中颜色能够随着内 江、外江、船闸内的水位变化而相应变化。采用先进的控制江、外江、船闸内的水位变化而相应变化。采用先进的控制 算法实时计算水流量。算法实时计算水流量。 plc的