西门子PLC组网技术的研究

罗鸿+张煜欣+李鼎函+罗志聪

【摘 要】可编程逻辑控制器（PLC）是种专门为工业环境下应用而设计的数字运算电子系统[1]，代替继电器控制系统。学校组建一个功能多样，有实际的教学研究应用的网络化实验平台。此实验平台将由控制层、现场层、管理层这三层网络组成。在此实验平台上可搭建各种PLC设备之间的通信子网。本文研究PROFIBUS现场总线通信、西门子PLC的MPI通信、工业以太网通信。在相应的各个子网下还可以实现对多种被控对象的控制实验。

【关键词】PLC的组网；PROFIBUS；工业以太网；PLC的MPI通信

【Abstract】Programmable Logic Controller （PLC） is a digital computing electronics system designed specifically for industrial applications， replacing the relay control system. The school set up a diverse， practical teaching and research application of the network experimental platform. This experimental platform will be the control layer， the scene layer， the management of this three-tier network. In this experimental platform can build a variety of PLC equipment between the communication subnet. This paper studies PROFIBUS fieldbus communication， Siemens PLC MPI communication， Industrial Ethernet communication. In the corresponding sub-network can also be achieved under a variety of controlled object control experiments

【Key words】PLC networking；PROFIBUS；Industrial Ethernet；PLC MPI communication

0 前言

信息化网络技术在飞速发展，使PLC的使用在各个领域中变得越来越常见。目前已经批量生产的窗帘装置主要费时费力、不够智能化和人性化。本论文主要研究PLC的组网技术，把多台单一而孤立的设备结合成一个网络。上位机负责整个系统监管控制，下位机负责对被控对象进行操控。改造后的实验室成为一个贴近实际工业控制的网络实验平台。

1 总体方案工作原理及设计方案

采整合现有的资源再加上新购进的设备，组建一个三层网络的PLC网络化控制实验平台，通过工业以太网、现场总线PROFIBUS、MPI等通信技术来实现各层网络的数据交换和控制各被控對象。设计方案的制定考虑了经济性、教学实用性、网络多样性，最终确定采用如下方案[2]：

（1）用1台S7-300作为主站通过MPI通信与PLC实验室的15台S7-200实现通信，利用实验室原有的1台CPU315-2DP和15台CPU224XP，再加上新购进的16个网络连接器以及足够长的通信电缆共同组建。

（2）用1台S7-300作为主站和过程控制实验里的2台S7-200通过PROFIBUS现场总线技术实现通讯，利用原有的1台CPU315-2DP和2台CPU226，再加上新购进的2个EM277模块、3个网络连接器以及足够长的通信电缆共同组建。

（3）用1台S7-300作为主站过程控制实验室的2台S7-200通过以太网通信技术进行通讯。利用原有的1台CPU315-2DP、2台CPU226、CP343-1模块和交换机以及足够长的网络线和水晶头，再加上新购进的2个CP243-1模块共同组建。

（4）S7-300与PC上位机也选择以太网通信方式，利用原有的CPU315-2DP以及CP343-1和交换机。

2 MPI子网设计

MPI是多点接口的简称，当通信所要求的速率不高时且通信数据量较小的时候，可采用MPI这样简易、经济的通信方式。可以分为全局数据通信、无组态通信、组态通信三种。无组态的MPI通信可以用在S7-200、S7-300/S7-400之间的通信，无组态通信方式中又可以分为两种：一是双边通信方式、二是单边通信方式。单边无组态通信方式只需要在一侧进行程序的编写即可，即客户端和服务器端的访问模式，编写程序的一侧为客户端，另一端为服务端，但S7-200只能作为服务器端。搭建好了MPI通信网络后，可分别在S7-300与S7-200的编程软件中进行硬件组态，分配MPI子网中主站和各从站的网络地址[3]。

3 PROFIBUS-DP子网设计

PROFIBUS网络由主站和从站构建而成，主站拥有对总线的控制权，能够主动发送信息，而从站只能接收信号并给予回应，但是不能对总线进行控制。PROFIBUS可支持多主多从的模式，主站之间按令牌传递的方式来决定谁拥有总线的控制权[4]。该网络由一个CPU315-2DP作为主站，用2个添加了EM277扩展模块的CPU226作为从站，采用PROFIBUS-DP通信协议搭建一个小型的现场总线通信网络[5-6]。在组建好该网络之后，PLC-300可以接收到PLC-200从过程控制设备上采集到的水箱的液位值，以及一些在调节水箱水位过程中的整定参数。接收到的这些数据可以通过组态王制作一个过程控制的界面来进行监控。

4 工业以太网子网设计

工业以太网，简单来说就是应用于工业的以太网，在技术上可以和商用以太网兼容，但是在材料的选用、设备的强度以及适用性方面应能满足工业现场的要求[7]。该以太网子网以1台S7-300作为服务端，以2台S7-200作为客户端。因为CPU315-2DP和CPU226都没有以太网通信端口，所以添加了CP343-1和CP243-1模块和一个交换机。S7-300通过CP343-1的以太网端口，经过双绞线到交换机，再有交换机经双绞线到CP243-1和S7-200完成以太网通信。

5 组态界面的设计

5.1 组态王软件介绍

组态软件是数据采集监控系统SCASA的软件平台工具，是工业应用软件的一个组成部分。组态王6.55是亚控依据现在的自动化与控制技术的发展方向，专门迎合低层次的应用需求，以实现工业控制系统化、整体化而研制出来的产品[8]。

5.2 组态王的通信设置

使用以太网通信来实现组态王软件与S7-300的连接通讯。因为S7-300本身就配备有以太网扩展模块CP343-1和一个交换机，这样一来，PLC-300与给种设备之间的通信都可以正常进行，不被影响。PLC-300上的串口与PLC实验室的15台CPU224XP实现MPI通信；而DP口则通过DP总线和过程控制实验室的两台CPU226实现PROFIBUS-DP[9]通信；经过扩展的以太网口和交换机与过控实验室的两台PLC-200以及组态王实现以太网通信[10]。在配置选项中新建一个模式，并选择进入以太网通信配置，地址栏中写入PLC-300的以太网地址，并在地址后面添加机架号和插槽号，这样就成功建立了组态王与PLC-300的通信。

5.3 组态界面调试

在组建好网络化实验平台之后，需要配合相应的组态界面，使用户能够更加清晰、更直观、更便捷地整合及监控整个系统。逻辑控制的交通灯，分为南北向的红、绿、黄和东西向的红、绿、黄。在组态界面中，交通红绿灯的监控界面如图1所示。

6 结束语

本次设计，整合了原有的实验设备再增添新购进的扩展模块与网络连接器共同成功组建了一个网络多样性、具有教学实用性、贴近实际工业实况的网络化实验平台。这次搭建的通信网络完全都是有线通信，没有无线通信技术的存在，考虑整个系统的多样性，将多种未包含的通信方式以及无线通信添加到这个网络实验平台是系统进一步升级的方向。

【参考文献】

[1]胡健.西门子S7-300PLC应用教程[M].机械工业出版社，2007.

[2]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].机械工业出版社，2008.

[3]展在宏.西门子S7-300及工控组态软件WinCC的应用[J].包钢科技，2002，（01）：43-44+39

[4]刘栋.PROFIBUS网络配置方案[J].广东自动化与信息工程，2003，（04）：45-47.

[5]邹爱平，迮振荣，晋成凤，吕国芳.太浦闸监控系统现场总线通信网络可靠性研究[J].电子设计工程，2010.

[6]何波丽，李胜旺.PROFIBUS-DP现场总线通信协议[J].河北工业科技，2009，（05）：349-352.

[7]马世平.现场总线标准的现状和工业以太网技术[J].机电一体化，2007，（03）：6-8+13.

[8]郑雪娇，焦键.基于组态王6.55的水箱水位检测系统设计及仿真[J].山西电子技术，2015

[9]许洪华.现场总线与工业以太网技术[M].电子工业出版社，2007.

[10]刘力.组态软件在PLC实验系统中的应用[J].实验室研究与探索，2014，（04）：127-129+136.

[責任编辑：朱丽娜]