西门子PLC控制网络的配置策略与应用

西门子PLC 控制网络的配置策略与应用田海,崔桂梅,王晓红,薛艳春(内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古包头014010) 摘要:西门子P LC 提供了多种控制网络,以满足不同自动化系统的通讯控制任务。

通过对西门子工业控制网络产品的分析,提出了一些西门子P LC 控制网络的配置方法。

通过工程应用实例,着重阐述了在工程实践中如何根据控制系统的具体情况进行控制网络方案的选择。

结合工程实例,给出了系统的控制网络的拓扑结构图,并总结了系统配置的特点。

它可以给相似监控系统的设计提供参考和借鉴。

关键词:自动化;通讯;控制网络中图分类号:T P29 文献标识码:AControl Network Configuration Stratagem and Application of SIMATIC PLCTI AN H ai ,CUI G ui -mei ,WA NG Xiao -hong ,XU E Ya n -chun(In formation Engineering College ,Inner Mongolia University of Science and Technology ,Baotou 014010,Nei Monggol ,China )Abstract :SIM A T IC PL C o ffe rs seve ral contro l netwo rks w hich may mee t the requirements of the differe nt communication and contro l assignment o f auto matio n system .O n the basis o f the analy sis o f Siemens industrial netwo rk communica tion products ,strategy of config uring Siemens P LC contro l netwo rk is putted fo rw ard .Ba sed on the enginee ring -o rie nted examples ,ho w to select the co ntrol ne tw o rk scheme acco rding to the spe -cific requirement of the contro l sy stem is emphasized .Combining with the engineering -o riented e xamples ,it gives out the structure block diag ram of the contro l netwo rk ,and sum s up the co nfigura tion charac te ristics .It gives technical suppor t to de sign of the similar mo nitoring and co nt rol sy stems .Key wo rds :automa tion ;communicatio n ;co ntro l netwo rk 基金项目:内蒙古自治区科学基金资助项目(200607010811) 作者简介:田海(1968-),男,硕士,副教授,硕士生导师,Email :btw x548548@sohu .com1　引言控制网络是在综合了计算机、自动控制、数字通信、网络和智能仪表等技术的基础上发展起来的,是网络系统和控制系统相互融合的一个新的技术领域,它体现着当今过程控制系统向数字化、网络化、分散化和节点智能化的发展趋势。

控制网络不同于一般的网络系统,例如,普通的局域网强调的是提高信道的利用率,而控制网络强调的是可靠性、实时性、安全性和广泛的互连互操作性[1]。

PLC (可编程序控制器)在工业控制领域以其抗干扰能力强、稳定可靠性高、故障率低而著称,并且在数字运算、模拟量处理、人机接口和网络通讯等方面具有优越的性能。

目前在控制网络系统节点计算机的使用上已成为首选的主流控制设备,基于PLC 控制系统的控制通讯网络系统在工业控制领域越来越得到用户的青睐。

西门子PLC 在CPU 运算速度、程序执行效率、面向工艺和运动控制的功能集成、实现故障安全的容错和冗余等技术方面具有优良的性能,尤其是在联网通讯能力的硬件和软件的配套技术开发上,就如何解决控制领域的“自动化孤岛”问题上取得了业界公认的成就[2]。

为满足不同层次自动化系统的通讯控制任务的需求,西门子PLC 开发的控制网络产品十分丰富,因此,在各方面存在着较大的区别。

这给用户在开发西门子PLC 控制网络时带来一定的困难。

从S5系列PLC ,S7-200,S7-300到S7-400,西门子PLC 提供了PPI ,M PI ,Profibus ,工业以太网以及AS -i 等一系列网络的解决方案,从而实现了从工厂管理层、车间监控层到现场设备层76电气传动　2010年　第40卷　第1期ELECT RIC D RI VE 2010　V ol .40　N o .1等各种网络层次的通讯需求[3]。

本文通过对西门子PLC网络产品的剖析,提出一些西门子PLC 控制网络配置时的选择方法。

并着重通过实际应用工程加以说明,给出了相应系统的控制网络的拓扑结构图,介绍了在具体的工程背景下如何根据控制系统的具体情况进行控制网络方案的选择[4]。

2　西门子PLC控制网络的概况及配置原则2.1　西门子PLC控制网络的类型1)点对点接口(point to point connections)。

自由通讯方式,即可以由用户自己定义通讯协议,它可以使S7-200,S7-300PLC与任何通讯协议公开的其他设备,如:扫描仪、打印机、条码阅读器、控制器、变频器等进行通讯。

可以使用的通讯协议有ASCII驱动器、3964(R)和RK512(只适用于部分CPU)等。

2)PPI(point to point interface)网络。

PPI 是西门子专为S7-200PLC开发的一种通讯协议,波特率为9.6kb/s,19.2kb/s,187.5kb/s,可以通过普通的双芯屏蔽双绞电缆进行联网,通讯接口集成于S7-200CPU上。

PPI是一种主-从协议,从站不主动发信息,只等待主站的要求,并根据地址信息对要求作出响应。

3)M PI(m ulti-point interface)网络。

M PI 协议是基于西门子内部标准的一种令牌网络通讯协议,也称M PI多点接口。

MPI的物理层是RS -485,最大传输速率可达到12M b/s。

西门子PLC通过CPU的MPI编程口相互连接以及与上位机网卡的编程口(MPI/DP口)连接即可实现MPI网,PLC通过MPI能同时连接运行STEP7的编程器、计算机、人机界面(HMI)及其它SIMATIC S7、M7和C7,同时连接通讯对象的个数与CPU的型号有关。

这是一种经济有效的解决方案。

4)Profibus网络。

Pro fibus是用于车间级监控和现场层的通讯系统,它符合IEC61158国际标准(是该标准中的类型3),Pro fibus的物理层是RS-485,最大传输速率可达到12M b/s。

最多可以与127个网络上的节点进行数据交换。

网络中最多可以串接10个中继器来延长通讯距离。

其开放性可以允许众多的厂商开发各自的符合Profibus协议的产品连接到同一条Profibus网络上进行数据通讯。

适应不同工程场合的需求,Profibus又由相互兼容的3个部分组成,即Pro-fibus-FM S、Pro fibus-DP和Profibus-PA。

5)工业以太网(industrial ethernet)。

按照国际标准IEEE802.3,专为工业应用专门设计的通讯网络,使用ISO和TCP/IP通讯协议,能应用工业双绞线、同轴电缆和光缆等进行通讯。

它支持广域的开放型网络模型,西门子的工业以太网的传输速率为10Mb·s-1/100M b·s-1,最多1024个网络节点,网络的最大范围为150km。

6)AS-i接口。

它符合国际标准IEC TG 17B和欧洲标准EN50295,又称传感器-执行器接口(actuator sensor interface)。

它是位于自动控制最底层的网络,用来连接有AS-i接口的现场二进制设备,只能传输少量的数据[5]。

在西门子PLC的众多的网络类型中,它们之间功能各异、千差万别,各自都存在着一定的优缺点,但都是为满足不同层次的控制网络的需求而设计的。

总体而言,控制网络可以分为两大类:一类是符合国际标准的通讯网络,即工业以太网、Profibus,AS-i接口;另一类是西门子公司自己开发的专用通讯网络,即MPI,PPI,点对点接口。

在用户选择控制网络时,首先考虑的是确定网络的具体类型。

一般说来,符合国际标准的通讯网络,如:工业以太网、Profibus,其传输速度、传输距离和传输容量都远远优于专用通讯网络,并且功能强大,构成网络时的互连互操作性好、灵活性大。

但往往需要增加较多的软硬件的设施,一次性投资成本较大,并且技术应用的开发过程也较为复杂。

例如,对于符合国际标准的通讯网络工业以太网是用于管理层和单元层的通讯系统,用于对时间要求不太严格,需要传送大量数据的通讯场合,可以通过网关来连接远程。

但是,工业以太网是普通以太网技术在控制网络延伸的产物。

采用的是CSM A/CD介质访问控制方式,其本质上是非实时的,不能满足工业自动化领域对通信实时性的要求,因此,工业以太网一直被认为不适合在底层控制网络中使用。

又如符合国际标准的通讯网络Pro fibus,在性能的各方面明显优于PPI和M PI网络,其电气传输距离可达9.6km,若采用光缆传输距离可达90km,传输速率可达12 M b/s。

对于非西门子设备要与Pro fibus控制网络互连,只要该设备支持Profibus的相关协议同时能够提供GSD文件亦可进行通讯。

但相对而言,77田海,等:西门子P LC控制网络的配置策略与应用电气传动　2010年　第40卷　第1期其软硬件投资较大,开发成本较高。

对于西门子公司开发的专用通讯网络,如: M PI,PPI,点对点接口,在主要的性能上不如符合国际标准的通讯网络,也难以与非SIM A TIC NE T产品实现互连互操作,但其软硬件的投资成本较低,在控制网络的开发应用上也占有重要的份额。

例如MPI通讯是当通讯速率要求不高、通讯数据量不大时采用的一种简单经济的通讯方式。