【《基于PLC的隧道排水监控系统网络设计案例概述》3400字】

基于PLC的隧道排水监控系统网络设计案例概述目录TOC\o"1-3"\h\u22364基于PLC的隧道排水监控系统网络设计案例概述 149521.1隧道监控系统常用监控方式 144891.2现场总线及控制网络 2182951.2.1现场总线 2326031.2.2控制网络 4187111.3西门子s7-200的通信协议 4236401.4设计仿真方式 61.1隧道监控系统常用监控方式目前国内的隧道监控方案大致分为三类：（1）集中控制系统选择单独的一台或者多台作为中心监控单元，并且控制安装在在隧道现场的附属监控单元。中心监控单元主要的通信方式是通过电缆或光缆等传输介质进行传播。集中控制系统虽然操作起来方便，简单易上手，而且价格低廉，但存在通信协议不清晰、监控能力弱、可靠性低、误差大等缺点。集中控制系统对于现场控制设备少的短距离隧道比较适用。（2）集散控制系统(DistmutedControlSystem，DCS)中心监控系统由主、从服务器、控制操作站级PLC等组成。集线器将这些设备连接起来组成1000Mbps以太网，PLC与现场设备利用远程I/O方式进行连接。该控制系统有着优秀的控制功能，设备管理方面的功能也很突出。但是所需布置的现场线路复杂冗长，工程造价比较高。（3）现场总线控制系统(FieldbusControlSystem，FCS)现场总线控制系统的最下层监控网络由现场总线构成，该监控网络具有突出的兼容性、互通性、互用性以及开放性，并通过以太网完成对整个底层监控网络的监控要求。现场监控系统具有低风险、布线简介、扩展方便、支持多种传输介质等优点。但是该系统对现场的设备有较高的要求，现场设备要求全部都是数字式的。处于工程造价、金钱成本的考虑，大多数隧道监控系统都采用的是集散控制系统，集散控制系统和现场总线控制系统将长期共同存在，另一种节约成本的方式是一个系统存在现场总线控制系统及集散控制系统，两者共同工作，各司其事。1.2现场总线及控制网络在莞惠城际铁路松山湖隧道中关于抽排水泵的控制系统属于现场总线控制系统，下面将详细介绍一下现场总线及控制网络的定义及特性。1.2.1现场总线在工业数据通信领域，总线是指由导线组成的传输线束，连接多个传感器和执行器，实现各部件之间传送信息的公共通信干线；同样也定义为安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。现场总线是当今自动化技术发展热点之一，被称为自动化的计算机域网。现场总线是当前自动化技术发展趋势中的网络热点之一，被称为自动化行业的电子计算机局域网。现场总线在系统软件中的关键作用是现场自动设备和操纵室内的智能系统自动控制系统设备（如图3-1所示）。关键应用是在生产和制造自动化，批量步骤操纵和过程中。在管理等行业，此外，现场总线也是一种数据信息总线技术，即一种通信协议，并且通信是智能，串行通信和多节点的。通常，在工业生产的整个过程中，除了电子计算机和现场设备外，还存在许多智能变送器和控制设备，它们控制加工技术的主要参数和条件的生产和制造。这种设备和功能模块，在设备之间以及设备与电子计算机之间，遵循通信协议，并在传输数据技术的整个过程中用于传输数据信息，这被称为工业生产数据通信。在工业生产数据通信行业中，我们通常根据数据通信帧的长度将传输数据总线分为传感器总线，设备总线和现场总线。图3-1现场总线概述莞惠城际铁路松山湖隧道排水设备及监控装置也运用的是现场总线技术，及安装在现场水泵房的三个泵的开关阀、现场堵塞报警装置以及泵房、线路等视频监控录像与莞惠城际西湖东监控室内的自动控制装置之间的多点通信的数据总线。PLC的4种现场总线：1)基金会现场总线(FoundationFieldbus，FF)现场总线慈善基金会（FF）并非依靠特定企业或集团公司的非商业性国际海事组织。它着重于创建国际统一的现场总线协议。慈善基金会现场总线规范没有专利批准法规，并且可以被所有制造商使用。其总线规格，产品质量检查和其他信息均已发布。2)PROFIBUS(过程现场总线)PROFIBUS(ProcessFieldBus)是作为IEC标准的现场总线。3)LonWorks(局域操作网络)LonWorks（本地操作系统）选择符合ISO/OSI模型的所有7层规范的LonTalk通信协议，并将其封装在称为Neuron的芯片中。该芯片具有三个8位CPU。第一个是材料密钥管理处理器，第二个是Internet处理器，第三个是应用程序处理器，它执行可执行程序并启用计算机操作系统服务。Neuron芯片还固定了34种I/O操作目标。在这一阶段，成千上万的公司已经推出了LonWorks产品。4)CAN(控制器局域网络)在现场总线行业中，在IEC61158和IEC62026规范之前，CAN（控制器局域网）总线是唯一被批准为国家标准的现场总线。CAN总线的总线标准已由ISO制定为ISO11898和ISO11519。CAN总线已获得关键电子计算机芯片供应商的广泛支持，这些供应商已陆续推出了具有CAN插座的微处理器（MCU）芯片。包含CAN的MCU芯片的总产量已经超过1亿，因此CAN已经成为数字电子技术领域中最好的之一。一些主要的PLC制造商在PLC控制系统软件中使用现场总线作为底层网络。例如，该设计方案中的S7-200系列产品PLC可以在配备相应的通信控制模块后连接到PROFIBUS网络和AS-i网络。PLC和现场总线紧密结合在一起，形成了一种低成本，功能齐全的分布式系统控制系统软件。1.2.2控制网络在1960年代，PLC是逻辑控制和顺序控制的关键。一旦PLC发生，它就获得了快速的发展趋势，这给工业控制自动化行业带来了巨大的变革。由于具有使用方便，易于编程，价格低廉，稳定性高，适应性强，抗干扰能力强等优点。以PLC为关键的逻辑控制和顺序控制方法，用于控制开关处于领先和困难环境的场所。1.3西门子s7-200的通信协议通信协议是指与彼此的物理线路进行通信或服务项目时必须遵守的标准和承诺。根据通信无线通道和机器设备在不同位置由多个数据通信系统软件互连，以便它可以协调工作以完成信息交换和共享资源，并且它们之间必须具有相同的语言表达。交流内容，交流方式和交流时间必须遵循可以相互接受的某些标准。西门子s7-200支持的通信协议有PPL、MPI、PROFIBUS-DP、S7协议、AS-Interface、ModbusRTU以及自由口。（1）在S7-200CPU内部存放了PPI通信协议。在硬件上，外接RS-485即可触发PPI协议，使用屏蔽双绞线传输信息即可以实现PPI通信。PPI协议本质上是一种主-从协议。主站的装置设备传输请求到从属装置设备，从属装置设备接收信息发出响应，从属装置设备只能接收信号不能主动传输。主站依靠“共享连接”这一协议来与从站联系，“共享连接”协议是包含在PPI通信协议中的。在PPI协议中，一般情况下，从站是可以接收来自多个主站的请求的，但在同一个网络中，从站只能接收不超过32个的主站的请求。PPI协议最基本的用途是让西门子STEP7-Micro/WIN编程软件上传和下载程序和西门子人机界面与PC通信。（2）MPI通信是一种经济实惠、简单易操作的通信方式，一般适用于通信速率不高、传输数据包小时。MPI通信兼容适用于西门子S7-200、S7-300、S7400等S7系列，人机操作面板TP/OP及上位机MPI/PROFIBUS通信卡等来进行数据传输。MPI网络的通信速率为19.2Kbps~12Mbps,最多可以连接32个节点,最大通讯距离为50m,但是可以通过中继器来扩展长度。（3）S7协议是在S7系列SIEMENS7产品之间使用的一种标准通信协议，它的优点是通信双方可以在相同的MPI总线上、相同的

PROFIBUS总线上或相同的工业以太网中，通过S7协议建立通信连接，以相同的编程方式进行数据交换，而不依赖于所使用的总线或网络。根据结构方式，S7通信可以分为单向通信和双向通信。（4）AS-Interface（执行器-传感器-接口）是指执行器-传感器-插槽。AS-Interface系统总线管理系统是主要和从属结构：AS-Interface服务器和控制板（IPC，PLC，DC）始终称为系统软件主网络（MASTER）。从站（SLAVE）有两种类型：一种是带有AS-Interface通讯集成ic的智能传感器/执行器，另一种是连接到通用传感器/执行器的单独的I/O控制模块。主从关系站使用未屏蔽或未绞合的两芯电缆。其中使用的标准AS-Interface扁平电缆使用获得专利的穿刺安装方法，连接简单可靠。除了在2芯电缆上传输数据信号外，它还传输Internet交换电源。ASI现场总线可以立即连接二进制执行器和传感器，以生产自动化技术的最低级别的自动控制系统，该系统是属于现场总线的下一个设备层（FIELDBUS）的监控应用系统。（5）Modbus通信协议具有多种变体。它具有用于串行通信（主要是RS-485总线）和以太网接口的多个版本。其中，最著名的是ModbusRTU，ModbusASCII和ModbusTCP。其中，ModbusRTU和ModbusASCII都是适用于RS-485总线的通信协议。其中，ModbusRTU采用二进制表示形式及其紧凑的算法设计，具有较高的通信效率和较高的通信效率，得到了广泛的应用。在工业生产中，通常在现场使用ModbusRTU协议。一般来说，基于串行通信的Modbus通信协议是指ModbusRTU通信协议。（6）可以将S7-200SMARTCPU本身的集成RS485通信端口和扩展数据信号板（RS485/