1  引言
       長期以來棚贾，可編程控制器（PLC）在工業(yè)自動化領域中得到了充分的應用蛹段，為各種各樣的控制設備提供了可靠的控制和整體解決方案低案，滿足企業(yè)對自動控制的需求垃燃，可以方便靈活地進行現(xiàn)場設置玉桅、檢測、監(jiān)控各種設備的生產(chǎn)參數(shù)介然。隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展掷锻，控制系統(tǒng)結(jié)構也向網(wǎng)絡化，開放性發(fā)展盗晨。越來越多的PLC供應商開始提供Ethernet接口設備蔑来，從而構成了工業(yè)環(huán)境下的以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)，采用工業(yè)以太網(wǎng)徹底打破了傳統(tǒng)工業(yè)自動化“孤島”觀點献鬼，使整個廠區(qū)按生產(chǎn)節(jié)點有機地構成一個遠程監(jiān)控網(wǎng)絡澈虱。      工業(yè)以太網(wǎng)（Industrial Ethernet）是按照IEEE802.3（以太網(wǎng)）國際標準，設計用于工業(yè)應用的一種單元網(wǎng)絡许夺，通過它可以使自動化系統(tǒng)彼此連接表牲，并為PC和工作站提供同機種和不同機種通信，它具有很高的通信性能扼褪，可作為實現(xiàn)范圍廣泛的開放式網(wǎng)絡的解決方案想幻。工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線相比，具有向下兼容性话浇，實現(xiàn)交換脏毯、全雙工傳輸、帶寬10MB/S到100MB/S 至1000MB/S幔崖，主要運用于工業(yè)環(huán)境下的網(wǎng)絡系統(tǒng)抄沮。工業(yè)以太網(wǎng)應用于自動化領域具有以下優(yōu)點：低成本、易與Internet集成和受到了廣泛技術支持等岖瑰。

        某港口20萬噸級鐵礦石碼頭改擴建項目中，污水處理和堆場噴灑系統(tǒng)是基于工業(yè)以太網(wǎng)的PLC控制系統(tǒng)砂代。施耐德公司的PLC可以通過工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡與其編程軟件Concept進行交互蹋订，技術人員可以在比較良好的環(huán)境下通過以太網(wǎng)絡對程序進行修改，而不必到環(huán)境惡劣的現(xiàn)場去操作刻伊。施耐德公司的透明工廠技術已經(jīng)使得工業(yè)以太網(wǎng)技術可以成功的應用于PLC控制系統(tǒng)當中露戒。本文將就如何在該系統(tǒng)中實現(xiàn)施耐德MODICON PLC網(wǎng)絡控制系統(tǒng)進行研究。

2  系統(tǒng)分析與設計
      2.1控制要求
       污水處理系統(tǒng)的控制要求：污水站集水池設有2臺液下泵捶箱，根據(jù)集水池的液位自動啟停趋肖，兩臺泵輪流先后工作。在啟動液下泵的同時，啟動計量泵乍询。污水提升到中間水池后铅惋，中間水池有兩臺潛污泵，輪流工作椰锹，并可以在一臺泵故障時泪滥，啟動另一臺泵。污泥池有兩臺污泥泵啰蹲，根據(jù)浮球閥的狀態(tài)自動啟停污泥泵园凫。并可在上位機監(jiān)測集水池和清水池水位，容器罐懒竖、污泥增壓泵及出水管的壓力十碗，出水管的流量。

    灑水系統(tǒng)的控制要求：可在現(xiàn)場控制柜控制噴水和上位機遠程控制操作舅洋。遠程控制時可以實現(xiàn)上位機點動控制噴水閥噴水和堆場循環(huán)噴水汉惫。分為單堆場噴淋和全堆場循環(huán)兩種模式：單堆場循環(huán)為上位機選定某個堆場噴淋；全堆場循環(huán)為根據(jù)堆場有無堆料惨奕、有無斗輪機懸臂信號和是否選中噴淋的情況對整個堆場進行全堆場循環(huán)噴淋一次雪位。

   2.2系統(tǒng)設計
      該污水處理和堆場噴灑自動控制系統(tǒng)由1座現(xiàn)場PLC主站，10座遠程I/O子站組成梨撞，計算機監(jiān)控工作站設在中控室內(nèi)雹洗，通過工業(yè)以太網(wǎng)連接。在中控室安裝有一套灑水控制工業(yè)計算機卧波，運行人—機界面时肿，完成污水處理系統(tǒng)和堆場噴灑系統(tǒng)的監(jiān)控和生產(chǎn)管理。它監(jiān)視港粱、控制螃成、管理整個污水處理系統(tǒng)和堆場噴灑系統(tǒng)的全部生產(chǎn)過程和工藝流程。

       在該系統(tǒng)中采用100Mbps光纖工業(yè)以太網(wǎng)查坪，通過工業(yè)以太網(wǎng)光端機寸宏，將所有現(xiàn)場控制主站、操作站及所有遠程I/O站等用光纖以太網(wǎng)連接起來偿曙。在污水處理系統(tǒng)現(xiàn)場控制主站設一套 MODICON QUANTUM系列 PLC氮凝，在堆場噴灑系統(tǒng)10個閥門控制箱遠程控制子系統(tǒng)各配一套 MODICON MOMENTUM系列PLC作為遠程I/O站。通過光纖工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場控制站相連接附直。監(jiān)控工業(yè)計算機通過以太網(wǎng)連接現(xiàn)場控制PLC主站來實現(xiàn)污水處理系統(tǒng)和堆場噴灑自動控制系統(tǒng)與總控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信黎蠢。因為施耐德公司的ModbusTCP/IP （1998） 是目前工業(yè)以太網(wǎng)的事實標準，并使以太網(wǎng)在傳感器級和設備級得到了大量的應用矢锯。

       本控制系統(tǒng)設備采用施耐德電氣公司生產(chǎn)的TSX Quantum和Momentum系列PLC岔歼。以工業(yè)控制計算機作為中央操作站（操作站和工程師站）秋贤。中央操作站負責設備運行的狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)信息處理帘既、打印爬喝、系統(tǒng)起停命令發(fā)送、回路調(diào)節(jié)誊预、設定位給定等功能⌒б妫現(xiàn)場站負責現(xiàn)場I/O信號采集、回路控制寡瘩、聯(lián)鎖順序控制缔道，現(xiàn)場所有的信號通過電纜引到現(xiàn)場站。現(xiàn)場站和操作站通過工業(yè)以太網(wǎng)完成它們之間的信息和數(shù)據(jù)交換管书，真正體現(xiàn)了分散控制享甸、集中管理的原則。本系統(tǒng)的建立遵循開放性原則梳侨，采用結(jié)構化體系蛉威，并對將來的發(fā)展具有完全的兼容性和可擴充性，采用工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構形式走哺，具有良好的可擴充性和開放性蚯嫌，只要符合工業(yè)以大網(wǎng)協(xié)議的設備都可以上網(wǎng)，可以極其方便地外掛生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)）丙躏。

3  控制網(wǎng)絡的組成與實現(xiàn)
    3.1控制網(wǎng)絡的組建
      該系統(tǒng)控制網(wǎng)絡的硬件組成是：中控室操作站PC一臺择示，現(xiàn)場控制站Quantum PLC一臺、遠程控制子站Momentum PLC十臺晒旅，施耐德MODICON以太網(wǎng)集線器10Mbps 3TP/FL 499NOH10510十一只栅盲，工業(yè)以太網(wǎng)光纖網(wǎng)絡收發(fā)器一只。

       網(wǎng)絡組建方案設計如下：由主站Quantum PLC和子站Momentum PLC通過光纖收發(fā)器和以太網(wǎng)集線器499NOH10510 組成一個有十一個節(jié)點的冗余環(huán)形網(wǎng)絡废恋，并通過光纖收發(fā)器和499NOH10510集線器實現(xiàn)環(huán)形子網(wǎng)與上位機的通信谈秫。采用環(huán)形網(wǎng)的方式，如果系統(tǒng)中環(huán)形光纖發(fā)生故障鱼鼓，環(huán)形結(jié)構將在小于500 ms時間內(nèi)切換成具有全部傳輸能力的總線結(jié)構私免。所以在其中某個Momentum PLC出現(xiàn)問題時，由于環(huán)網(wǎng)的冗余作用而不會影響到整個系統(tǒng)的正常運行半摔，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性檀抡。結(jié)構如圖1所示。

        在網(wǎng)絡硬件組建成功之后碱框，使用施耐德公司的Bootp工具對組成環(huán)型網(wǎng)絡的各個PLC分配IP地址，該地址要與上位機操作站電腦的IP地址在同一個域段內(nèi)爱茫。

    3.2通信問題的解決
       在該PLC控制系統(tǒng)中册灾，硬件網(wǎng)絡的組建只是其中一部分涨旨，如何解決網(wǎng)絡通信的穩(wěn)定性和準確性是需要解決的重要問題。

        要實現(xiàn)Quantum PLC與Momentum PLC之間的網(wǎng)絡通信有兩種方式：1 通過組態(tài)設置master主站及進行信息交互的 Slave從站拷拗，并設置讀寫的數(shù)據(jù)長度的單元地址槽叮；2 利用Concept編程軟件中的FBD功能指令，實現(xiàn)對子站的讀寫操作涩霞。

        在該系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡中津贩，我們采用了集線器499NOH10510作光電轉(zhuǎn)換。由于集線器是在接收到來自某一端口的消息睦绍，再將消息廣播到其它所有的端口尝江。對來自任一端口的每一條消息，集線器都會把它傳遞到其它的各個端口英上。在消息傳遞方面炭序，集線器是低速低效的，可能會出現(xiàn)消息沖突苍日。顯然惭聂，由于集線器的這一個不足，當各個PLC中的信息同時占用某個通信信道時相恃，就會引起信道的消息沖突辜纲，而導致網(wǎng)絡通信中斷，這樣整個控制網(wǎng)絡就會處于癱瘓狀態(tài)拦耐。只有重新啟動整個系統(tǒng)才能使系統(tǒng)恢復正常耕腾，但是，由于在控制系統(tǒng)中信息的傳遞是頻繁的揩魂，因此如果不解決信息沖突的問題幽邓，發(fā)生系統(tǒng)控制網(wǎng)絡癱瘓的可能性就時刻存在。

        要解決信息沖突的關鍵就是使多個PLC之間信息交換對信道分時使用火脉，這樣就不會出信息信道沖突的問題核必。在第一種方案中，只是簡單的為信息通信分配了相應的存儲寄存器品糯，不能夠解決信息同時占用信道的沖突問題荒鳖。因此我們采用第二種方案來解決這個問題。施耐德PLC編程軟件Concept 2.6具有強大的功能蛔交，其簡單的編程語言和完備的功能指令讓使用者能夠輕松的解決遇到的問題末昂。

        在FBD編程方式中具有強大的FFB功能指令，可以實現(xiàn)包括網(wǎng)絡通信（MB_TCP/IP镐访，MODBUS等等）在內(nèi)的所用組態(tài)功能和邏輯梯形圖功能二蚓。

        上位機操作站的人－機操作界面采用北京杰控公司的FameView組態(tài)軟件開發(fā)。利用FameView攜帶的Modbus TCP/IP協(xié)議接口限榆，可以方便的實現(xiàn)上位機與PLC以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡的通信控制停就。

4  結(jié)束語
        該系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)投入使用始踪，經(jīng)過近幾個月的試運行證明該控制系統(tǒng)得到設計的要求，成功的解決了工業(yè)以太網(wǎng)中存在的穩(wěn)定性和準確性問題颈癌，控制效果非常明顯洁糟。充分體現(xiàn)了PLC網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的控制直觀，操作方便等優(yōu)點猖败。  

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