PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中利用工控產(chǎn)品巧搭配使系統(tǒng)更優(yōu)化
[摘要] 本文結(jié)合有關(guān)PLC設(shè)計(jì)的實(shí)際項(xiàng)目擅锁，通過提出遭顶、分析喇聊、比較幾種設(shè)計(jì)方案來說明巧妙的設(shè)計(jì)思路、恰當(dāng)?shù)倪x用硬件設(shè)備在系統(tǒng)優(yōu)化中的重要性务豺。
[關(guān)鍵詞] PLC磨总；優(yōu)化；選型
1．概述
隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平不斷的提高笼沥，工業(yè)工程逐漸走向大規(guī)尿窖啵化、集成化奔浅。同時(shí)馆纳，越來越多的各具功能的工業(yè)產(chǎn)品充斥在我們設(shè)計(jì)人員的周圍，如何更好的利用這些多如繁星的產(chǎn)品汹桦，做到工程的最優(yōu)化鲁驶，是設(shè)計(jì)人員一直努力的目標(biāo)。本文結(jié)合實(shí)際舞骆，談?wù)凱LC在工程項(xiàng)目中的如何與其他產(chǎn)品巧搭配憾顿，使得整個(gè)系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)、高效相彼、可靠豺研。
2．項(xiàng)目背景
在中海石油煉化公司惠州項(xiàng)目離心鼓風(fēng)機(jī)配套電自控系統(tǒng)中，系統(tǒng)配置如下：就地安置的低壓電控柜六套阔踢，用來完成各自風(fēng)機(jī)子系統(tǒng)的啟停等功能允逝；PLC遠(yuǎn)地自控機(jī)柜一套，選用西門子S7-300系列钩氓，采集整個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的溫度诸谨、流量、油壓等模擬量后通過上位機(jī)輸出顯示织刹、報(bào)警颖脸。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的溫度采集點(diǎn)有很多，本項(xiàng)目中每套風(fēng)機(jī)各有3個(gè)電機(jī)定子溫度佛岛、2個(gè)電機(jī)支撐軸承的溫度翩赐、風(fēng)機(jī)的2個(gè)支撐軸承的溫度和1個(gè)止推軸承的溫度，溫度點(diǎn)共計(jì)48個(gè)键袱。若選擇西門子8點(diǎn)模擬量輸入模塊燎窘，則共需要6塊。（如圖1）再加上軸震動度蹄咖、油管壓力褐健、出口風(fēng)壓等模擬量輸入，需要選用的PLC的模擬量輸入模塊的數(shù)量太多澜汤，成本高蚜迅、安裝難。那么俊抵，如何在保證甚至提高系統(tǒng)性能的前提下盡可能的減少擴(kuò)展模塊呢谁不？
3．提出新思路
西門子的S7-300系列PLC的部分CPU配備了PROFIBUS DP主站/從站接口，所以我們可以利用PROFIBUS總線傳輸協(xié)議來批量的獲取現(xiàn)場溫度信號徽诲。PROFIBUS –DP用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送刹帕。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息』烟妫總線循環(huán)時(shí)間必須要比主站（PLC）程序循環(huán)時(shí)間短偷溺。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)．診斷和報(bào)警處理阅权。
我們知道娱陈，溫度信號可以通過巡檢的方式集中采集，所以根據(jù)實(shí)際情況悠蹬，我選擇陜西工業(yè)自動化工程公司研制生產(chǎn)的SS7-16型16路溫度巡檢儀共3臺藏苫。但這種型號的溫度巡檢儀采用Modbus RTU協(xié)議（RS485口）進(jìn)行通信，Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言跛拌。通過此協(xié)議信炬，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信却痴。它作為一種通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)移蔼，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備所組成的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控漩判。
兩示意圖分別是使用模擬量擴(kuò)展模塊和溫度巡檢儀采集溫度信號的示意圖备饭，直觀的比較兩圖不難發(fā)現(xiàn)，主—從站的結(jié)構(gòu)形式具有以下優(yōu)勢：
1摘沥、節(jié)省硬件數(shù)量與投資幼健。
2兄存、節(jié)省安裝費(fèi)用。
3卑雁、節(jié)省維護(hù)開銷募书。
4、用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)测蹲。
5莹捡、提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。
既然這種思路有很大的優(yōu)勢扣甲，那么我們就可以拋棄模擬量輸入模塊篮赢，用溫度巡檢儀取而代之，下面我們對其更深入的進(jìn)行分析琉挖。
4．列出兩種方案
針對兩種設(shè)備采用兩種協(xié)議的情況启泣，下位機(jī)需要增加一個(gè)設(shè)備來完成Modbus RTU協(xié)議轉(zhuǎn)POFIBUS協(xié)議的工作。雖然改變了選型思路給我們帶來了新問題粹排，但工控市場上琳瑯滿目的產(chǎn)品能幫我們輕松的解決种远。針對Modbus RTU協(xié)議轉(zhuǎn)POFIBUS協(xié)議的問題，容易想到兩種方案顽耳。
方案一：利用西門子公司的CP341通信模塊坠敷。
CP341模塊是西門子S7—3001400系列PLC中的串行通訊模塊。該模塊具有1個(gè)可選的串行通訊口（本項(xiàng)目選為RS485口）CP341模塊可以同時(shí)與多臺串行通訊設(shè)備進(jìn)行通訊今捕，如同時(shí)連接多個(gè)變頻器数屁、巡檢儀等。其處理器可以特別方便和簡單地進(jìn)行參數(shù)化希咒。如果采用RS422／485 Modbus RTU通訊方式透格，需要在發(fā)送的數(shù)據(jù)包中包括站號、數(shù)據(jù)區(qū)顺良、讀寫指令等信息韭拙。供CP341模塊所連接的從站設(shè)備鑒別數(shù)據(jù)包是發(fā)給哪個(gè)站的。以及該數(shù)據(jù)包是對那個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行的讀或?qū)懙墓δ堋?br> 使用CP341的好處在于這種通信模塊與CPU同廠家些栅，兼容性和可靠性好祥扒。缺點(diǎn)在于此模塊需要另付軟件和硬狗的費(fèi)用，對小型項(xiàng)目來說成本不低至沸。
方案二：利用協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換
協(xié)議轉(zhuǎn)換器就是網(wǎng)橋鼻蟆，或稱工業(yè)網(wǎng)關(guān)，用于在鏈路層完成LAN之間或LAN與WAN之間數(shù)據(jù)包的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)及不同物理接口之間的轉(zhuǎn)換盖扔。如果以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)類型不同（比如以太網(wǎng)以及令牌環(huán)）匀油，因?yàn)楸舜瞬蛔R別對方的幀格式傳輸方法，所以單純依靠數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是無法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的相互連接因此這個(gè)問題在網(wǎng)絡(luò)層上進(jìn)行解決：方法是在不同的網(wǎng)絡(luò)類型中分別置兩個(gè)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間通過網(wǎng)關(guān)相連敌蚜，因此網(wǎng)關(guān)起到協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用 桥滨。
近年來協(xié)議轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品的品質(zhì)、性能日趨成熟钝侠，品牌也多種多樣该园，功能也十分強(qiáng)大酸舍，我們拿瑞典的“Anybus”為例說明如何在項(xiàng)目中使用帅韧。
根據(jù)本項(xiàng)目的要求，我們可以選擇Profibus-DP Serial Gateway系列產(chǎn)品啃勉，通過配套的軟件可以選擇不同類型的串口（RS232/422/485/） Anybus Communicator提供了一種Modbus RTU主站模式忽舟。在這種模式下網(wǎng)關(guān)輪詢一個(gè)或多個(gè)Modbus從設(shè)備并將從設(shè)備中獲取的數(shù)據(jù)映射到網(wǎng)關(guān)內(nèi)部存儲區(qū)。用戶可以選擇使用預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)Modbus命令淮阐，也可以利用網(wǎng)關(guān)的高級數(shù)據(jù)處理功能來定義通訊報(bào)文叮阅，這樣網(wǎng)關(guān)和現(xiàn)場總線主站之間交換的僅僅是所選擇的數(shù)據(jù)。這種功能很適合將溫度巡檢儀作為從站泣特，然后利用網(wǎng)關(guān)依次對其采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取浩姥。
比較兩種方案，前者由于通信模塊與CPU同一廠家谆威，系統(tǒng)較為可靠穩(wěn)定簸眼。但由于需要購買軟件和加密狗，使得成本偏高婉饼；而后者更為經(jīng)濟(jì)疤削，而且協(xié)議轉(zhuǎn)換器體積小巧、使用簡便序敷，更適合應(yīng)用在某些特殊的場合撬彭。另外，在項(xiàng)目要求寬泛的情況下赋昔，我們可以采用與PLC同協(xié)議的從站設(shè)備据钱，這樣省去了協(xié)議轉(zhuǎn)換這一程序，讓系統(tǒng)更加優(yōu)化亮绢。
5．結(jié)束語
選擇產(chǎn)品箭谴、設(shè)備的目的是使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝唱枝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及其檢修維護(hù)貌嫡，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。五花八門的硬件该溯、模塊就像一塊塊七巧板岛抄，不同的搭配組合會產(chǎn)成不同的效果。所以，當(dāng)我們在拿到一個(gè)項(xiàng)目并開始考慮選擇硬件時(shí)夫椭，可以多換幾種思路掸掸，并將每一種方案思路落實(shí)在圖紙上便于更加清晰的比較、推敲蹭秋∪鸥叮科技的進(jìn)步有目共睹，產(chǎn)品的功能日新月異仁讨，在工業(yè)設(shè)計(jì)中已沒有一成不變的方法羽莺，作為工業(yè)控制的一名技術(shù)設(shè)計(jì)人員，我們應(yīng)該勤動腦洞豁、開闊思路盐固，多快好省的解決問題。
[關(guān)鍵詞] PLC磨总；優(yōu)化；選型
1．概述
隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平不斷的提高笼沥，工業(yè)工程逐漸走向大規(guī)尿窖啵化、集成化奔浅。同時(shí)馆纳，越來越多的各具功能的工業(yè)產(chǎn)品充斥在我們設(shè)計(jì)人員的周圍，如何更好的利用這些多如繁星的產(chǎn)品汹桦，做到工程的最優(yōu)化鲁驶，是設(shè)計(jì)人員一直努力的目標(biāo)。本文結(jié)合實(shí)際舞骆，談?wù)凱LC在工程項(xiàng)目中的如何與其他產(chǎn)品巧搭配憾顿，使得整個(gè)系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)、高效相彼、可靠豺研。
2．項(xiàng)目背景
在中海石油煉化公司惠州項(xiàng)目離心鼓風(fēng)機(jī)配套電自控系統(tǒng)中，系統(tǒng)配置如下：就地安置的低壓電控柜六套阔踢，用來完成各自風(fēng)機(jī)子系統(tǒng)的啟停等功能允逝；PLC遠(yuǎn)地自控機(jī)柜一套，選用西門子S7-300系列钩氓，采集整個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的溫度诸谨、流量、油壓等模擬量后通過上位機(jī)輸出顯示织刹、報(bào)警颖脸。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的溫度采集點(diǎn)有很多，本項(xiàng)目中每套風(fēng)機(jī)各有3個(gè)電機(jī)定子溫度佛岛、2個(gè)電機(jī)支撐軸承的溫度翩赐、風(fēng)機(jī)的2個(gè)支撐軸承的溫度和1個(gè)止推軸承的溫度，溫度點(diǎn)共計(jì)48個(gè)键袱。若選擇西門子8點(diǎn)模擬量輸入模塊燎窘，則共需要6塊。（如圖1）再加上軸震動度蹄咖、油管壓力褐健、出口風(fēng)壓等模擬量輸入，需要選用的PLC的模擬量輸入模塊的數(shù)量太多澜汤，成本高蚜迅、安裝難。那么俊抵，如何在保證甚至提高系統(tǒng)性能的前提下盡可能的減少擴(kuò)展模塊呢谁不？
3．提出新思路
西門子的S7-300系列PLC的部分CPU配備了PROFIBUS DP主站/從站接口，所以我們可以利用PROFIBUS總線傳輸協(xié)議來批量的獲取現(xiàn)場溫度信號徽诲。PROFIBUS –DP用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送刹帕。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息』烟妫總線循環(huán)時(shí)間必須要比主站（PLC）程序循環(huán)時(shí)間短偷溺。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)．診斷和報(bào)警處理阅权。
我們知道娱陈，溫度信號可以通過巡檢的方式集中采集，所以根據(jù)實(shí)際情況悠蹬，我選擇陜西工業(yè)自動化工程公司研制生產(chǎn)的SS7-16型16路溫度巡檢儀共3臺藏苫。但這種型號的溫度巡檢儀采用Modbus RTU協(xié)議（RS485口）進(jìn)行通信，Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言跛拌。通過此協(xié)議信炬，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信却痴。它作為一種通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)移蔼，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備所組成的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控漩判。
兩示意圖分別是使用模擬量擴(kuò)展模塊和溫度巡檢儀采集溫度信號的示意圖备饭，直觀的比較兩圖不難發(fā)現(xiàn)，主—從站的結(jié)構(gòu)形式具有以下優(yōu)勢：
1摘沥、節(jié)省硬件數(shù)量與投資幼健。
2兄存、節(jié)省安裝費(fèi)用。
3卑雁、節(jié)省維護(hù)開銷募书。
4、用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)测蹲。
5莹捡、提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。
既然這種思路有很大的優(yōu)勢扣甲，那么我們就可以拋棄模擬量輸入模塊篮赢，用溫度巡檢儀取而代之，下面我們對其更深入的進(jìn)行分析琉挖。
4．列出兩種方案
針對兩種設(shè)備采用兩種協(xié)議的情況启泣，下位機(jī)需要增加一個(gè)設(shè)備來完成Modbus RTU協(xié)議轉(zhuǎn)POFIBUS協(xié)議的工作。雖然改變了選型思路給我們帶來了新問題粹排，但工控市場上琳瑯滿目的產(chǎn)品能幫我們輕松的解決种远。針對Modbus RTU協(xié)議轉(zhuǎn)POFIBUS協(xié)議的問題，容易想到兩種方案顽耳。
方案一：利用西門子公司的CP341通信模塊坠敷。
CP341模塊是西門子S7—3001400系列PLC中的串行通訊模塊。該模塊具有1個(gè)可選的串行通訊口（本項(xiàng)目選為RS485口）CP341模塊可以同時(shí)與多臺串行通訊設(shè)備進(jìn)行通訊今捕，如同時(shí)連接多個(gè)變頻器数屁、巡檢儀等。其處理器可以特別方便和簡單地進(jìn)行參數(shù)化希咒。如果采用RS422／485 Modbus RTU通訊方式透格，需要在發(fā)送的數(shù)據(jù)包中包括站號、數(shù)據(jù)區(qū)顺良、讀寫指令等信息韭拙。供CP341模塊所連接的從站設(shè)備鑒別數(shù)據(jù)包是發(fā)給哪個(gè)站的。以及該數(shù)據(jù)包是對那個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行的讀或?qū)懙墓δ堋?br> 使用CP341的好處在于這種通信模塊與CPU同廠家些栅，兼容性和可靠性好祥扒。缺點(diǎn)在于此模塊需要另付軟件和硬狗的費(fèi)用，對小型項(xiàng)目來說成本不低至沸。
方案二：利用協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換
協(xié)議轉(zhuǎn)換器就是網(wǎng)橋鼻蟆，或稱工業(yè)網(wǎng)關(guān)，用于在鏈路層完成LAN之間或LAN與WAN之間數(shù)據(jù)包的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)及不同物理接口之間的轉(zhuǎn)換盖扔。如果以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)類型不同（比如以太網(wǎng)以及令牌環(huán)）匀油，因?yàn)楸舜瞬蛔R別對方的幀格式傳輸方法，所以單純依靠數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是無法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的相互連接因此這個(gè)問題在網(wǎng)絡(luò)層上進(jìn)行解決：方法是在不同的網(wǎng)絡(luò)類型中分別置兩個(gè)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間通過網(wǎng)關(guān)相連敌蚜，因此網(wǎng)關(guān)起到協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用 桥滨。
近年來協(xié)議轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品的品質(zhì)、性能日趨成熟钝侠，品牌也多種多樣该园，功能也十分強(qiáng)大酸舍，我們拿瑞典的“Anybus”為例說明如何在項(xiàng)目中使用帅韧。
根據(jù)本項(xiàng)目的要求，我們可以選擇Profibus-DP Serial Gateway系列產(chǎn)品啃勉，通過配套的軟件可以選擇不同類型的串口（RS232/422/485/） Anybus Communicator提供了一種Modbus RTU主站模式忽舟。在這種模式下網(wǎng)關(guān)輪詢一個(gè)或多個(gè)Modbus從設(shè)備并將從設(shè)備中獲取的數(shù)據(jù)映射到網(wǎng)關(guān)內(nèi)部存儲區(qū)。用戶可以選擇使用預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)Modbus命令淮阐，也可以利用網(wǎng)關(guān)的高級數(shù)據(jù)處理功能來定義通訊報(bào)文叮阅，這樣網(wǎng)關(guān)和現(xiàn)場總線主站之間交換的僅僅是所選擇的數(shù)據(jù)。這種功能很適合將溫度巡檢儀作為從站泣特，然后利用網(wǎng)關(guān)依次對其采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取浩姥。
比較兩種方案，前者由于通信模塊與CPU同一廠家谆威，系統(tǒng)較為可靠穩(wěn)定簸眼。但由于需要購買軟件和加密狗，使得成本偏高婉饼；而后者更為經(jīng)濟(jì)疤削，而且協(xié)議轉(zhuǎn)換器體積小巧、使用簡便序敷，更適合應(yīng)用在某些特殊的場合撬彭。另外，在項(xiàng)目要求寬泛的情況下赋昔，我們可以采用與PLC同協(xié)議的從站設(shè)備据钱，這樣省去了協(xié)議轉(zhuǎn)換這一程序，讓系統(tǒng)更加優(yōu)化亮绢。
5．結(jié)束語
選擇產(chǎn)品箭谴、設(shè)備的目的是使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝唱枝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及其檢修維護(hù)貌嫡，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。五花八門的硬件该溯、模塊就像一塊塊七巧板岛抄，不同的搭配組合會產(chǎn)成不同的效果。所以，當(dāng)我們在拿到一個(gè)項(xiàng)目并開始考慮選擇硬件時(shí)夫椭，可以多換幾種思路掸掸，并將每一種方案思路落實(shí)在圖紙上便于更加清晰的比較、推敲蹭秋∪鸥叮科技的進(jìn)步有目共睹，產(chǎn)品的功能日新月異仁讨，在工業(yè)設(shè)計(jì)中已沒有一成不變的方法羽莺，作為工業(yè)控制的一名技術(shù)設(shè)計(jì)人員，我們應(yīng)該勤動腦洞豁、開闊思路盐固，多快好省的解決問題。
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