基于西门子PLC控制系统的网络选择策略与实践_杨淑媛.pdf

SOFTWARE软 件2023第 44 卷 第 1 期2023 年Vol.44,No.1作者简介：杨淑媛（1989）,女,山西介休人,硕士研究生,讲师,研究方向：智能控制。基于西门子 PLC 控制系统的网络选择策略与实践杨淑媛（山西工程职业学院，山西太原 030009）摘要：自动化系统控制的有效性关系到整个生产系统的稳定和安全,是当前生产企业重点维护的内容。其中 PLC 作为自动化系统控制的主要模块技术,是自动化系统中重要的组成部分。西门子 PLC 发展至今能够适应多种计算机网络的控制,为实现自动化提供了可能性和安全性的保障。西门子 PLC 可以提供多种控制网络,它能满足不同自动化系统的通信控制任务,其适配性和适用性在自动化领域属于领先的地步。本文基于西门子 PLC 控制系统的网络选择进行了进一步的研究和探讨,目的是通过实际的研究,为今后自动化系统中,PLC 能够实现更好的网络功能和操控目的提供借鉴。从而从根本上提升整个自动化操控系统的稳定性和安全性,更好地为生产企业提供保障。关键词：PLC；网络环境；选择中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2023.01.049本文著录格式：杨淑媛.基于西门子PLC控制系统的网络选择策略与实践J.软件,2023,44(01):180-183Network Selection Strategy and Practice Based on Siemens PLC Control SystemYANG Shuyuan(Shanxi Engineering Vocational College,Taiyuan Shanxi 030009)【Abstract】：The effectiveness of automation system control is related to the stability and safety of the whole production system,which is the key maintenance content of the current production enterprises.PLC as the automation system control of the main module technology,is an important part of the automation system.Siemens PLC development has been able to adapt to a variety of computer network control,for the realization of automation to provide the possibility and security of the guarantee.Siemens PLC can provide a variety of control networks,it can meet the communication control tasks of different automation systems,its adaptability and applicability in the field of automation belongs to the leading point.This paper based on Siemens PLC control system network selection for further research and discussion,the purpose is through the actual research,for the future automation system,PLC can achieve better network function and control purpose to provide reference.So as to fundamentally improve the stability and safety of the entire automation control system,and provide better guarantee for the production enterprises.【Key words】：PLC;network environment;choose设计研究与应用0 引言PLC 作为自动化系统中的主要控制模块,在电气自动化系统控制过程中,扮演着重要角色。德国西门子(SIEMENS)公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛,在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子(SIEMENS)公司的 PLC 产品包括 LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400、S7-1500 等。西门子 S7系列 PLC 体积小、速度快、标准化,具有网络通信能力,功能更强,可靠性更高。S7 系列 PLC 产品可分为微型 PLC(如 S7-200)、小规模性能要求的 PLC(如 S7-300)和中、高性能要求的 PLC(如 S7-400)等。1 PLC 控制系统概述PLC 控制系统,是可编程逻辑控制器,通过计算机语言的编程,将其写入 PLC 中,以此来实现对于电器系统各部位的自动化操作。生产系统通过 PLC 编程的控制可以实现设备的自动化运行,减少了人工的操作,这样有效地避免了一些高压设备和危险系数较强的设备在运行期间,因为人工操作带来的危险。PLC 的标准定义是由国际电工委员会在 1987 年颁布的：“可编程逻辑控制器是一种数字运算的电子系统,181杨淑媛：基于西门子 PLC 控制系统的网络选择策略与实践专门为在工业环境下应用而设计的。它采用可编程的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的设备,都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则设计1。”从此,其有了一个长足发展的空间。经历了 5 次的技术变革后,电气 PLC 也形成了如今的技术标准,并且随着时代的进步和技术的发展仍在不断的进步和发展。当前阶段的 PLC 主要和现代的大数据以及网络技术发展相融合,并且体积相比于第一代的 PLC 变化很大,制造商和科研团队,将新品做的更加微小,更加便捷,成本也更低,更便于更多的领域进行应用。并且根据网络时代的变化,PLC 的功能越来越强大,集成化也更高,网络功能越来越强,未来通过网络信息技术,可以实现PLC 网络操控的目的,扩大其应用范围,提升便携性和安全性。发展趋势主要有以下几个方面。1.1 微型发展趋势PLC 向高性能微小型方面进行拓展和发展,同时利用现代化的技术手段,将很多领域的技术进行融合与利用,使得当前 PLC 能够更加智能化、高效化、稳定化。微小型 PLC 的 I/O 点数一般在 8 128 点数字量 I/O 以下,体积确实比传统 PLC 的五分之一甚至更小,这样的体积能够适应一些特殊的结构需求,进行微观化的操控。除了开关量 I/O 以外,还可以扩展连接模拟量 I/O 及其他各种特殊功能模块。这种方式的连接,能够将设备接入到更庞大的系统之中,利用超级计算机和云服务等存储功能实现更加精密的计算和存储,使得 PLC 中的数据能够更好地实现共享和模拟,对于保证设备的稳定性,实现设备进一步的更新有着十分积极的促进意义。未来的 PLC 正式向着互联网、大数据的方向进行发展,在多技术融合领域实现最终的技术突破。更好地促进电气自动化领域的发展,从而促进整个行业的发展。1.2 大型网络化的发展模式PLC 借助网络技术,能够具有更高的兼容性,同时能够实现数据的共享。如今,计算机技术和网络技术的发展,使得这种数据共享变得更加高效和使用,计算的更加精确,内容也更加合理,能够同时完成大量的数据处理而发出准确无误的命令。其中通信和网络化是 PLC发展的一个重要发展趋势,各大品牌 PLC 均有各具特色的 PLC 网络系统,现场总线、工业以太网、无线网络、信息技术及 Internet 等技术得到广泛的采用,使PLC 向分散控制系统方向发展。典型的 PLC 网络拓扑结构为设备控制层、过程控制层和信息管理层 3 个层次。同时通过网络总线的形式,实现集成化的控制和操作,能够将多个 PLC 模块进行线上的组合与集成,实现更多更复杂的自动化控制功能。通过与 I/O 框架相连,可以将现场设备与智能化设备进行充分的连接,如网络传感器、智能检测装置等,只要是能够在同一网络下,就能实现更大范围内的网络操作,让无人值守和远程值守成为可能,提升了生产系统的本质安全。通过一根传输介质连接起来,并按照同一通信规约相互传输信息,构成一个现场工业控制网络,通过这样的网络,消除空间上的隔阂与障碍,可以随时地进行现场的生产管控与操作,可以说是颠覆了传统生产企业的操控模式,让整个工业向着更加智能化与人性化的方向前进了一大步。这是未来网络应用在 PLC 上的趋势,按照这样的趋势发展下去,PLC 技术能够促进各行业的产业升级,实现更多更稳定的功能2。1.3 PLC 网络发展过程PLC 网络功能在不断地发展,目前已经能够从专业角度上实现 NBS 或 ISO 模型要求的大部分功能,这些功能基本能够满足远程操控和精确化操控的要求,为提升工艺智能化水准提供了有效的工具支撑。PLC 要实现 NBS 或 ISO 模型要求的功能,基本是通过多级通讯来实现这样的网络功能。不同层级的功能是独立的并且各不相同,承担的任务也是具有独立性的。上层所传送的信息一般为管理方面的信息,信息的容量较大,传输的信息量多,所通讯的范围相对较广,但是对于实时性的要求并不高,这样就可以进行专项的网络设置,针对上层通讯讯息的特点进行网络的设置。而底层传送的主要是一些过程数据及控制命令,报文不长,每次通信量不大,通信距离也比较近,但对于信息要求及时性和可靠性的要求较高,因此需要更加快速和抗干扰能力强的网络系统来实现底层数据的传输。中间层的需求介于上层和底层之间,起到传递连接的作用。因此,在 PLC网络发展的过程中,需要较为复杂的网络来构建其不同的功能,这样才能进一步实现工业通讯的各种要求。采用多级复合结构的网络形式,可以实现多种的功能,同时在今后发展的过程中,可以进一步的拓展,实现必要的功能。基于西门子公司的 PLC 控制网络架构,其表现的就较为稳定和全面,能够适应世界不同地区的多种通讯协议,这就极大地降低了安装的成本,并且在世界范围内得到更加广泛的应用。当前世界上主要的通信协议包括 PPI 通信协议、PTP 通信协议、MPI 通信协议、PROFIBUS 通信协议、PROFINET 通信协议、ASI 通信182软 件第 44 卷 第 1 期SOFTWARE协议和自由通信协议。西门子公司的 PLC 可以有效的适应这些协议,根据实际的功能情况,选择必要的网络协议配置,以实现自动化控制。西门子 PLC 网络协议选择和控制结构如图 1 所示。2 西门子 PLC 网络选择概述通过以上的 PLC 网络发展情况来看,PLC 未来的网络发展将成为主要趋势。而西门子 PLC 凭借其稳定性、可靠性和先进性被应用于世界各地区的生产系统中,是世界上较为知名的 PLC 设备的生产和技术制造厂家。纵观历史,西门子的 PLCA 发展有着十分独特的优势,无论是 S7-200,S7-300 还是后期的 S7-400,都体现出西门子公司超强的研发能力和技术水平。几乎每个型号都有着极高的性价比,并且能够更加高效稳定的应用与自动化控制系统中。现阶段,整个 PLC 行业向着微型和网络化的趋势发展,西门子公司更是在这方面展开了多方面的合作和技术研发,技术始终处于行业的先进行列。针对不同的通讯和网络协议,西门子公司已经推出了 PPI、MPI 以