plc的网络控制

plc的网络控制第五章 PLC的网络控制plc的网络控制目录第一节第一节 工业以太网工业以太网第二节第二节 PROFIBUSPROFIBUS现场总线现场总线第三节第三节 过程或现场级通信过程或现场级通信AS-IAS-I接口接口第四节第四节 MPIMPI网络网络第五节第五节 PPIPPI网络网络第六节第六节 基于基于PCPC的自动化网络系统的自动化网络系统第七节第七节 PLCPLC控制网络应用实例控制网络应用实例plc的网络控制第一节第一节 工业以太网工业以太网 工业以太网（工业以太网（PINEC H1PINEC H1）工业以太网（工业以太网（IEEE802.3IEEE802.3）是用于区域和单元级设备联）是用于区域和单元级设备联网的国际标准，是为众人接受的总线系统它可为每个以国网的国际标准，是为众人接受的总线系统它可为每个以国际标准（以太网）为基础的区域层或单元层联网际标准（以太网）为基础的区域层或单元层联网工业以太网的应用已遍布于全世界，覆盖各种不同的工工业以太网的应用已遍布于全世界，覆盖各种不同的工业应用不论需要多高质量或完成多复杂的工业过程，工业业应用不论需要多高质量或完成多复杂的工业过程，工业以太网都能够提供强有力的单元层网络。

以太网都能够提供强有力的单元层网络应用需要是多种多样的，工业以太网单元和区域网络有应用需要是多种多样的，工业以太网单元和区域网络有着不同的形式着不同的形式plc的网络控制一、基于一、基于CP343-1 ITCP343-1 IT的以太网通信的以太网通信 通过以太网网卡通过以太网网卡CP343-1ITCP343-1IT可将可将SIMATIC S7-300 SIMATIC S7-300 连接连接到工业以太网，结构图如下：到工业以太网，结构图如下：图10-1 基于CP343-1 IT的以太网结构图plc的网络控制 在图在图10-110-1的网络中，的网络中，PLCPLC控制器通过控制器通过CP343-1 ITCP343-1 IT连接入以连接入以太网中其中，太网中其中，CP343-1 ITCP343-1 IT采用全双工传输，自感应接口，采用全双工传输，自感应接口，用于用于TCP/IP TCP/IP 与与UDPUDP协议CP343-1ITCP343-1IT其主要功能及特点如下：其主要功能及特点如下：1 1）具有处理器，能独立地处理经过工业以太网的数据）具有处理器，能独立地处理经过工业以太网的数据业务量。

业务量2 2）可对）可对TCP/IP TCP/IP 传输协议实现多协议运行传输协议实现多协议运行3 3）为了进行连接控制（保持活化），可为所有有源）为了进行连接控制（保持活化），可为所有有源/无源通讯伙伴的无源通讯伙伴的 TCP TCP 传输连接组态一个可调时间传输连接组态一个可调时间4 4）具有一个预设的，独特的以太网地址，并能通过网）具有一个预设的，独特的以太网地址，并能通过网络直接投入运行络直接投入运行plc的网络控制二、二、CP343-1 IT WEBCP343-1 IT WEB技术及技术及InternetInternet连接连接 CP343-1ITCP343-1IT网卡具有网卡具有Web Web 服务器功能固定集成诊断服务器功能固定集成诊断HTMLHTML页以及客户化的页以及客户化的WebWeb页都可使用标准浏览器调用使用页都可使用标准浏览器调用使用Web Web 页面简便实现可视化页面简便实现可视化HTML HTML 页面，用户可使用内置页面，用户可使用内置JAVA JAVA Applets Applets 创建，用于写或动态显示创建，用于写或动态显示S7变量变量 E-E-mail mail 报文可以从用户程序经过报文可以从用户程序经过FC FC 调用发出（包括调用发出（包括S7S7变量）。

通过变量）通过FTP FTP 进行通讯服务器，其它进行通讯服务器，其它PC PC 可通过可通过FTP FTP 协议读、写和删除协议读、写和删除CPU CPU 的数据块防止没有密码通过的数据块防止没有密码通过IP IP 地地址访问数据址访问数据用标准用标准Web Web 浏览器可以访问过程信息（有密浏览器可以访问过程信息（有密码保护），这样可以节省客户机端的软件费用通过码保护），这样可以节省客户机端的软件费用通过FTPFTP，可以简单的把可以简单的把PLC PLC 连接到不同的连接到不同的PC PC 上plc的网络控制 通过通过IT IT 通讯路径和通讯路径和E-mail E-mail 可以传送事件驱动的报警可以传送事件驱动的报警通过工业以太网以通过工业以太网以100 Mbit/s 100 Mbit/s 的数据传输速率直接将的数据传输速率直接将S7-S7-集成到复杂系统中，通过集成到复杂系统中，通过NTP NTP 或或SIMATIC SIMATIC 程序实现工程序实现工厂范围内的时钟同步简单的诊断功能，无需使用厂范围内的时钟同步简单的诊断功能，无需使用STEP 7STEP 7，通过基于通过基于Web Web 的诊断，通过的诊断，通过Web Web 浏览器或浏览器或SNMPSNMP，一个模板就，一个模板就能用于不同应用：编程器能用于不同应用：编程器/PC/PC、HMI HMI 系统、系统、SIMATIC S5/S7 SIMATIC S5/S7（高优先级）以及（高优先级）以及IT IT 通讯。

利用通讯利用TCP/IP TCP/IP 的的WAN WAN 特性，通过特性，通过电话网络（如电话网络（如ISDNISDN），就可以实现远地编程，无需使用），就可以实现远地编程，无需使用STEP STEP 7 7 即可调整即可调整IP IP 参数（例如用于系列机器）参数（例如用于系列机器）plc的网络控制三、三、PROFINETPROFINET PROFINETPROFINET是一种创新的、开放的工业以太网标准，是一种创新的、开放的工业以太网标准，满足自动化技术的所有要求使用满足自动化技术的所有要求使用PROFINETPROFINET，可以实现用于，可以实现用于工厂自动化、过程自动化和安全性应用的解决方案，以及直工厂自动化、过程自动化和安全性应用的解决方案，以及直到时钟同步运动控制的整个驱动技术应用范围的解决方案到时钟同步运动控制的整个驱动技术应用范围的解决方案PROFINETPROFINET由由PROFIBUSPROFIBUS国际组织（国际组织（PROFIBUS PROFIBUS InternationalInternational，PIPI）推出，是新一代基于工业以太网技术）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。

作为一项战略性的技术创新，的自动化总线标准作为一项战略性的技术创新，PROFINETPROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUSPROFIBUS）技术，保护现有投资技术，保护现有投资plc的网络控制第二节第二节 PROFIBUSPROFIBUS现场总线现场总线 一、一、PROFIBUS概述概述 PROFIBUSPROFIBUS符合符合IEC 61158IEC 61158和和 EN 50170EN 50170标准，保证集成对标准，保证集成对其他厂商的标准化部件的开放目前世界各地已有其他厂商的标准化部件的开放目前世界各地已有650650多家多家制造商能为现场区域提供门类广泛，有适当接口的各种兼容制造商能为现场区域提供门类广泛，有适当接口的各种兼容 PROFIBUSPROFIBUS的产品。

兼容的产品兼容PROFIBUSPROFIBUS的产品，提供可靠和确实的的产品，提供可靠和确实的诊断数据服务，提供可靠的数字传输技术服务，能实现灵活诊断数据服务，提供可靠的数字传输技术服务，能实现灵活网络配置以及适应在非常恶劣环境中运行网络配置以及适应在非常恶劣环境中运行由于由于 PROFIBUSPROFIBUS的开放性，不同制造商来的标准化部件当然也能够集成从的开放性，不同制造商来的标准化部件当然也能够集成从系统中的任何地点都可以方便地进行配置、起动和故障查找系统中的任何地点都可以方便地进行配置、起动和故障查找plc的网络控制PROFIBUS PROFIBUS 协议包括三个主要部分：协议包括三个主要部分：PROFIBUS DPPROFIBUS DP：主站和从站之间采用轮循的通讯方式，主要应主站和从站之间采用轮循的通讯方式，主要应用于制造业自动化系统中单元级和现场级通信用于制造业自动化系统中单元级和现场级通信PROFIBUS PAPROFIBUS PA：电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。

PROFIBUS FMSPROFIBUS FMS：定义了主站和主站之间的通讯模型，主要用定义了主站和主站之间的通讯模型，主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换plc的网络控制二、基于二、基于CPU315-2DPCPU315-2DP为主站为主站/ET200L/ET200L为从站的为从站的PROFIBUSPROFIBUS网络网络 在传统的工厂自动化中，输入在传统的工厂自动化中，输入/输出设备连接到一个集输出设备连接到一个集中的机架，在设备改变和系统扩展时中的机架，在设备改变和系统扩展时,导致接线工作量大，导致接线工作量大，成本高，柔性度低现代工厂自动化通过开放的、标准化的成本高，柔性度低现代工厂自动化通过开放的、标准化的现场总线系统来连接部件应用现场总线系统来连接部件应用SIMATIC ET200LSIMATIC ET200L分布式分布式I/OI/O是解决这些问题的最佳方案可与是解决这些问题的最佳方案可与CPU315-2DPCPU315-2DP构成主构成主/从方从方式的式的PROFIBUSPROFIBUS网络结构如图网络结构如图10106 6。

分布式配置实现可编程序控制器、分布式配置实现可编程序控制器、I/OI/O模块和现场设备模块和现场设备通过称为现场总线的信号电缆连接；将输入通过称为现场总线的信号电缆连接；将输入/输出模块转换输出模块转换成本地检测器和执行器；可就地转换和处理过程信号；可像成本地检测器和执行器；可就地转换和处理过程信号；可像集中配置那样进行程序设计集中配置那样进行程序设计plc的网络控制图10-6 基于CPU315-2DP为主站/ET200L为从站的系统结构图plc的网络控制三、基于三、基于CPU315CPU315为主站为主站/CUP315-2DP/CUP315-2DP为从站的为从站的PROFIBUSPROFIBUS网络网络 CPU 315-2 DPCPU 315-2 DP 是一款带有中大规模程序量和是一款带有中大规模程序量和PROFIBUS DP PROFIBUS DP 主从接口的主从接口的CPUCPU它除了可以组成集中式它除了可以组成集中式I/OI/O结构，还可以组成分布式自动化结构具有中、大规模的程结构，还可以组成分布式自动化结构具有中、大规模的程序存储容量和数据结构，对二进制和浮点数运算具有较高的序存储容量和数据结构，对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力。

处理能力PROFIBUS DP PROFIBUS DP 主站主站/从站接口、扩展的从站接口、扩展的I/OI/O配置配置,适合建适合建立分布式立分布式I/OI/O结构结构 ；CPU CPU 运行需要微存储卡运行需要微存储卡,通过通过STEP 7STEP 7功功能块或标准能块或标准/模块化模块化PIDPID控制运行软件实现闭环控制任务此控制运行软件实现闭环控制任务此外，还可以使用于过程处理过程诊断等功能：集成的外，还可以使用于过程处理过程诊断等功能：集成的 MPI MPI 接口可以最多同时建立接口可以最多同时建立 16 16 个与个与 S7-300/400 S7-300/400 或与或与 PGPG、PCPC、OP OP 的连接通过的连接通过“全局数据通讯全局数据通讯”，MPIMPI可以用来建立最多可以用来建立最多1616个个CPUCPU组成的简单网络组成的简单网络plc的网络控制 CPU315CPU315为主站为主站/CUP315-2DP/CUP315-2DP为从站的为从站的PROFIBUSPROFIBUS网络结构网络结构（见图（见图10-710-7）图10-7 基于CPU315为主站/CUP315-2DP为从站的PROFIBUS系统结构图plc的网络控制第三节第三节 过程或现场级通信过程或现场级通信AS-IAS-I接口接口一、一、AS-I AS-I 接口接口 阀门、执行器，驱动器等有许多不同的部件在现场级运阀门、执行器，驱动器等有许多不同的部件在现场级运行。

所有这些执行器行所有这些执行器/传感器均需要连接到自动化系统这传感器均需要连接到自动化系统这是目前在现场使用分散型是目前在现场使用分散型I/OI/O设备的标准体现；在某种意义设备的标准体现；在某种意义上，它能使远程智能部件就地执行动作上，它能使远程智能部件就地执行动作AS-I AS-I 接口和接口和 PROFIBUS DPPROFIBUS DP支持过程和现场级通信在支持过程和现场级通信在工业控制中相当大数量的执行器传感器位于现场作为成工业控制中相当大数量的执行器传感器位于现场作为成束电缆的廉价替代品，束电缆的廉价替代品，AS-I AS-I 接口使用接口使用2 2线电缆链接现场线电缆链接现场I IO O设备AS-I AS-I 接口用于各种执行器传感器分散在工厂和接口用于各种执行器传感器分散在工厂和机器不同位置的场合机器不同位置的场合AS-IAS-I接口替代复杂而又价格昂贵的成接口替代复杂而又价格昂贵的成束电缆它连接二值的执行器和传感器，例如连接开关，阀束电缆它连接二值的执行器和传感器，例如连接开关，阀门或指示灯到中央控制器、一台门或指示灯到中央控制器、一台SIMATIC PLC SIMATIC PLC 或一台或一台PC PC。

plc的网络控制 AS-IAS-I接口是单主系统接口是单主系统SIMATICSIMATIC系列提供系列提供CPCP通信处理器，通信处理器，前者可作为过程和现场通信的主站通过前者可作为过程和现场通信的主站通过DPDPAS-IAS-I接口链路接口链路将将AS-IAS-I接口连接到接口连接到SIMATIC S7SIMATIC S7400400，链路的保护等级为，链路的保护等级为IP20IP20和和IP 65IP 65DPDPASAS接口链路使接口链路使AS-IAS-I接口作为子网直接连接口作为子网直接连接到接到PROFIBUSPROFIBUSDPDPAS-IAS-I接口是开放的国际标准，世界上居领导地位的著名接口是开放的国际标准，世界上居领导地位的著名执行器和传感器制造商都支持执行器和传感器制造商都支持AS-IAS-I接口plc的网络控制二、基于二、基于CP343-2CP343-2与与CPU315-2DPCPU315-2DP的的AS-IAS-I通信通信 为了实现与国际接轨，许多的工厂已由原先的人工现场为了实现与国际接轨，许多的工厂已由原先的人工现场管理逐步转向基于网络的远程监控自动管理形式，使生产自管理逐步转向基于网络的远程监控自动管理形式，使生产自动化水平、工作效率、劳动生产力得到明显提高的同时，实动化水平、工作效率、劳动生产力得到明显提高的同时，实现了设备运行的无人值守，这对于恶劣环境下运行的各种仪现了设备运行的无人值守，这对于恶劣环境下运行的各种仪器设备来说尤为重要。

该系统上层用器设备来说尤为重要该系统上层用WINCCWINCC组态采集数据，组态采集数据，通过通过PROFIBUSPROFIBUS网络连接多个网络连接多个S7-300S7-300网络，而网络，而CPU315-2DPCPU315-2DP通过通过连接连接CP343-2CP343-2模块，组成模块，组成AS-InterfaceAS-Interface接口，该接口可连接接口，该接口可连接AS-InterfaceAS-Interface从站实现对多个从站实现对多个AS-InterfaceAS-Interface设备的控制设备的控制与与S7-300S7-300构成的系统结构如图构成的系统结构如图10-810-8所示plc的网络控制图108基于S7-300 和CP343-2系统结构图plc的网络控制第四节第四节 MPIMPI网络网络 利用利用MPIMPI卡，可以在拥有多点接口卡，可以在拥有多点接口(MPl)(MPl)卡的情况下使用卡的情况下使用STEP7MicroSTEP7MicroWinWin编程软件当网络中主机数大于编程软件当网络中主机数大于1 1时，时，MPIMPI卡必须装到个人计算机或西门子的编程设备上。

卡必须装到个人计算机或西门子的编程设备上MPIMPI卡卡提供单一的提供单一的 RS-485RS-485端口来同使用直通电缆的网络相连当端口来同使用直通电缆的网络相连当使用了使用了MPIMPI卡后，卡后，RS-232RS-232到到RS-485RS-485的传输信号标准的转换也的传输信号标准的转换也就不需要了就不需要了1 1）带）带MPIMPI卡的卡的PCPC机配置机配置 图图10-910-9为具有为具有MPIMPI卡的个人计算机同卡的个人计算机同S7200 CPUS7200 CPU网络的网络的连接当个人计算机连到网络上时，连接当个人计算机连到网络上时，CPUCPU可以使用网络读可以使用网络读(NETR)(NETR)和网络写和网络写(NETW)(NETW)指令来传送信息指令来传送信息当使用了当使用了 MPIMPI卡时，可以有很多其他配置例如可以在卡时，可以有很多其他配置例如可以在同一网络上添加编程设备同一网络上添加编程设备(带带MPIMPI卡的卡的STEP7-STEP7-Micro/WINPG702)Micro/WINPG702)、操作面板以及文本显示单元、操作面板以及文本显示单元(如如TD200)TD200)。

图图10-1010-10为网络上加了两台为网络上加了两台TD200TD200的配置plc的网络控制S7-200 CPU站 2S7-200 CPU站 3S7-200 CPU站 4RS-485站 0计算机系统图10-9 使用PC/PPI电缆间S7200 CPU通信S7-200 CPU站 2S7-200 CPU站 3S7-200 CPU站 4RS-485站 0TD200站 1TD200站 3计算机系统图10-10 把2台TD200添加到网络上plc的网络控制 在图在图10-1010-10的配置中，有下列的通信方式：的配置中，有下列的通信方式：1 1）STEP7STEP7MicroMicroWINWIN监视站监视站2 2的状态，的状态，TD200(TD200(站站 l l或站或站5)5)同同 CPU214(CPU214(站站3 3或站或站4)4)分别通信两个分别通信两个CPU214CPU214都可以使用网都可以使用网络指令络指令(NETR(NETR和和NETW)NETW)来发送信息站来发送信息站3 3可从可从CPU212CPU212和站和站4(CPU214)4(CPU214)读数据或向这两个读数据或向这两个CPUCPU写数据。

写数据2 2）站站4 4可从可从CPU212CPU212和站和站3(CPU214)3(CPU214)读数据或向这两个读数据或向这两个CPUCPU写数写数据可以在同一网络上连接多台主机和从机然而，站的增据可以在同一网络上连接多台主机和从机然而，站的增多反而会影响网络的运行多反而会影响网络的运行plc的网络控制第五节 PPI网络 使用如图使用如图10-1110-11所示的个人计算机上的一个标准通信端所示的个人计算机上的一个标准通信端口，口，PC/PPIPC/PPI电缆把电缆把S7200 CPUS7200 CPU同安装了同安装了STEP7MicroSTEP7MicroWINWIN编程软件的个人计算机连接起来编程软件的个人计算机连接起来PC/PPIPC/PPI电缆可提供从电缆可提供从 RS232RS232到到 RS485RS485的转换在图的转换在图10-1110-11所示的配置中，个人所示的配置中，个人计算机为主机计算机为主机(站地址为站地址为0)0)，而，而S7-200 CPUS7-200 CPU为从机为从机(站地址为站地址为2 2到到126126，缺省地址为，缺省地址为2)2)运行于个人计算机上并通过标准通信端口进行通信的编运行于个人计算机上并通过标准通信端口进行通信的编程软件，可以对连接到网络上的程软件，可以对连接到网络上的2 2到到3131台台S7S7200200 CPU CPU进行进行编程，网络线长编程，网络线长1200m(39361200m(3936英尺英尺)，无需中继器。

如果使用，无需中继器如果使用了中继器，则总共可连接了中继器，则总共可连接125125台台 S7S7200 CPU200 CPU注意在每个注意在每个网络段的末端要加上偏置和终端匹配通过中继器把各网络网络段的末端要加上偏置和终端匹配通过中继器把各网络段分隔开来段分隔开来plc的网络控制图10-11 使用PC/PPI电缆连接S7200CPUS7-200 CPU站 2RS-485站 0PC/PPI电缆计算机系统1）网络偏置：西门子提供了两种类型的网络连接器，可以轻松地把多台设备连到一条总线上这些连接器有一个开关，可以选择网络所需要的合适偏置和终端匹配当开关为ON时，偏置和终端匹配就有效当开关为OFF时，无偏置和终端匹配特别注意，除非特定产品的特殊端口数据表，RS485接口同 S7200逻辑电路之间无隔离如果所有未隔离设备(如S7200模块，计算机，或其它PROFIBUS设备)连接到未共享同一回路公共参考点的电缆上则电缆可能会产生不必要的电流而这种电流可能会导致通信错误或电路损坏plc的网络控制 2 2）使用软件同一台使用软件同一台CPUCPU通信：尽管通信：尽管STEP7STEP7MICROMICROWINWIN设设计成每次同一台计成每次同一台 S7S7200200 CPU CPU通信，然而，可以存取网络通信，然而，可以存取网络中的任意一台中的任意一台CPU(CPU(如图如图10101212所示所示)。

S7-200 CPU站 2S7-200 CPU站 3S7-200 CPU站 4RS-485站 0PC/PPI电缆RS-232计算机系统 在图1012中，运行S7200编程软件的个人计算机是唯一的主机，所有的S7200CPU站必须是从机对于这种配置，PCPPI连接1，一个或多个 S7200 CPU，该CPU不能使用NETR和NETW指令来发送信息，而且无其它设备可以连到网络上plc的网络控制第六节第六节 基于基于PCPC的自动化网络系统的自动化网络系统 通过基于通过基于PCPC自动化的软件和硬件组件，所有的自动化任自动化的软件和硬件组件，所有的自动化任务包括开环、闭环控制，人机界面以及运动控制都可在一台务包括开环、闭环控制，人机界面以及运动控制都可在一台PCPC平台中实现在既有传统的平台中实现在既有传统的PLCPLC控制又有控制又有PCPC应用的场合，应用的场合，基于基于PCPC的控制方案将将的控制方案将将PLCPLC控制器的范围扩展到基于控制器的范围扩展到基于PCPC的控的控制器制器,特别适用于将多种不同任务集成于一台特别适用于将多种不同任务集成于一台PCPC的情况，如的情况，如数据处理、通讯、可视化、特种工艺以及控制等。

数据处理、通讯、可视化、特种工艺以及控制等西门子西门子PCS7PCS7系统是完全无缝集成的自动化解决方案可系统是完全无缝集成的自动化解决方案可以应用于所有工业领域以应用于所有工业领域,包括过程工业，制造工业，混合工包括过程工业，制造工业，混合工业以及工业所涉及的所有制造和过程自动化产品作为先进业以及工业所涉及的所有制造和过程自动化产品作为先进的过程控制系统，的过程控制系统，SIMATIC PCS7 SIMATIC PCS7 形成了一个带有典型过程形成了一个带有典型过程组态特征的全集成系统组态特征的全集成系统plc的网络控制第七节第七节 PLCPLC控制网络应用实例控制网络应用实例一、带材机组控制系统一、带材机组控制系统 在某厂带材机组改造项目中，采用了多台西门子在某厂带材机组改造项目中，采用了多台西门子6SE706SE70及及MDVMDV变频器前者用于对生产线上主传动电机如开卷机、变频器前者用于对生产线上主传动电机如开卷机、卷取机、辊道供电，而后者用于控制系统中一些辅助电机，卷取机、辊道供电，而后者用于控制系统中一些辅助电机，如干燥、冷却风机水泵等另外，控制系统还需要对生产工如干燥、冷却风机水泵等。

另外，控制系统还需要对生产工艺中的干燥温度、油压力、水流量进行控制现场设备分布艺中的干燥温度、油压力、水流量进行控制现场设备分布范围较广，设置了两个主电室，一个主控台，两个辅控台范围较广，设置了两个主电室，一个主控台，两个辅控台如果采用传统的控制方式，则不可避免地产生大量的布线工如果采用传统的控制方式，则不可避免地产生大量的布线工作量，同时也给今后的系统维护及故障排除增加难度为此，作量，同时也给今后的系统维护及故障排除增加难度为此，我们采取了以下控制方案：我们采取了以下控制方案：1 1、系统构成、系统构成 采用三层系统结构，分别为监控层、控制层、执行层，采用三层系统结构，分别为监控层、控制层、执行层，如图如图10101313所示采用工业以太网及所示采用工业以太网及PROFIBUSPROFIBUS现场总线技术现场总线技术将监控设备连接起来，构成了一个稳定，易于扩充的硬件环将监控设备连接起来，构成了一个稳定，易于扩充的硬件环境（如图境（如图10101313）plc的网络控制操作员工作站1I/O服务器操作员工作站2数据库S7 PLCPROFIBUSDPET200SET200MET200X变频器电动机变频器电动机变频器电动机变频器电动机ET200远程I/O至现场执行器及传感器执行层控制层监控层工业以太网图1013 控制系统结构图plc的网络控制1）监控层监控层 监控层设置一个监控层设置一个I/OI/O服务器、两个操作员工作站，分别位服务器、两个操作员工作站，分别位于三个操作台上，操作人员通过它们设置及监视系统运行参于三个操作台上，操作人员通过它们设置及监视系统运行参数。

另设一个数据库服务器，用以存储工艺流程参数及生产数另设一个数据库服务器，用以存储工艺流程参数及生产历史数据几个计算机之间采用工业以太网连接，形成一个历史数据几个计算机之间采用工业以太网连接，形成一个系统数据共享的统一解决方案系统数据共享的统一解决方案系统运行的软件平台采用系统运行的软件平台采用WINDOWS NT+WINCCWINDOWS NT+WINCC组态软件，组态软件，运用图形化的方式提供强大的控制功能，具有统一的操作、运用图形化的方式提供强大的控制功能，具有统一的操作、运行界面，同时便于系统的再开发与维护运行界面，同时便于系统的再开发与维护2 2）控制层）控制层控制层由以西门子控制层由以西门子S7 PLCS7 PLC为中心的为中心的PRIFIBUSPRIFIBUSDPDP现场总现场总线构成，线构成，PROFIBUSPROFIBUS是一种开放式的现场总线标准，其中是一种开放式的现场总线标准，其中DPDP是是为自动化系统与分布式的外围设备或现场设备而设计的传为自动化系统与分布式的外围设备或现场设备而设计的传输介质采用屏蔽双绞线，系统采用总线式的拓扑结构，各设输介质采用屏蔽双绞线，系统采用总线式的拓扑结构，各设备采用总线接插件连入总线，数据传输速率为备采用总线接插件连入总线，数据传输速率为1.5MBbps1.5MBbps。

plc的网络控制 S7 PLC(S7-300)S7 PLC(S7-300)在方案中为主设备，它有总线访问的在方案中为主设备，它有总线访问的权限，可以读取或改写从设备变频器、权限，可以读取或改写从设备变频器、ET200ET200远程远程IOIO的状态，的状态，从而达到控制和监视设备运行状态的目的从而达到控制和监视设备运行状态的目的3 3）执行层）执行层 为了降低电缆成本为了降低电缆成本,使系统具有灵活的可扩展性，采用使系统具有灵活的可扩展性，采用五套五套ET200 远程远程IO，并在设备旁就近安装现场的行程开，并在设备旁就近安装现场的行程开关、接近开关、电磁阀等开关量直接进入远程关、接近开关、电磁阀等开关量直接进入远程IO控制箱，模控制箱，模拟信号也在本地通过拟信号也在本地通过AD模板转换成数字量，通过现场总线模板转换成数字量，通过现场总线电缆传递至主电缆传递至主PLC为了使为了使6SE70及及MMV变频器能够连入变频器能够连入DP网，分别需要网，分别需要一块一块CBP和和CB15通信板此板具有一通信板此板具有一DP接口，能对总线信接口，能对总线信号进行光电隔离，并有短路保护，通过双口号进行光电隔离，并有短路保护，通过双口RAM与调速器与调速器进行数据交换。

进行数据交换plc的网络控制2 2、系统功能、系统功能1 1）操作人员通过人机交互控制整条生产线的正常运行设）操作人员通过人机交互控制整条生产线的正常运行设备运行的状态、参数、实时过程数据都通过画面显示出来，备运行的状态、参数、实时过程数据都通过画面显示出来，并作为历史数据保存在数据库中并作为历史数据保存在数据库中2 2）故障处理自动监视系统运行状态，对异常情况如变频）故障处理自动监视系统运行状态，对异常情况如变频器故障、电机过热、断带、油压异常等进行报警，并存储报器故障、电机过热、断带、油压异常等进行报警，并存储报警记录3 3）自动控制各主传动电机之间的速度、张力的大小，风机、）自动控制各主传动电机之间的速度、张力的大小，风机、油泵的启停、阀门的开闭油泵的启停、阀门的开闭4 4）帮助画面对系统的使用提供指导帮助画面对系统的使用提供指导5 5）生产数据库及历史数据库管理，并可查询及打印相关数）生产数据库及历史数据库管理，并可查询及打印相关数据plc的网络控制3 3、系统的特点与优势、系统的特点与优势 1 1）三个操作台之间的联系均通过网络构成，在每个操作点）三个操作台之间的联系均通过网络构成，在每个操作点上都可以浏览整个生产线上的过程信息，操作方式较之传统上都可以浏览整个生产线上的过程信息，操作方式较之传统方式更加简单可靠。

方式更加简单可靠2 2）由于采用了网络及现场总线传递过程数据，多种信息的）由于采用了网络及现场总线传递过程数据，多种信息的交换仅依靠网缆或屏蔽双绞线即可完成，这样就大量减少了交换仅依靠网缆或屏蔽双绞线即可完成，这样就大量减少了系统施工时的布线工作量，也为今后系统的维护及故障查找系统施工时的布线工作量，也为今后系统的维护及故障查找提供了方便提供了方便3 3）过程参数的数字化传递，避免了模拟量传输所带来的漂）过程参数的数字化传递，避免了模拟量传输所带来的漂移、抗干扰等问题，大大提高了系统的稳定性移、抗干扰等问题，大大提高了系统的稳定性4 4）若今后机组工艺、设备发生变更，只需要在总线上增添）若今后机组工艺、设备发生变更，只需要在总线上增添或摘除相应节点，并对软件作少量修改即可所以这种柔性或摘除相应节点，并对软件作少量修改即可所以这种柔性的系统连接方式具有一定的适应性，可以最大程度地保护用的系统连接方式具有一定的适应性，可以最大程度地保护用户的投资户的投资plc的网络控制4 4、结束语、结束语 随着信息技术的不断进步，工业控制也逐步由集中走向随着信息技术的不断进步，工业控制也逐步由集中走向分散。

工业以太网以及现场总线技术作为一种灵活、方便、分散工业以太网以及现场总线技术作为一种灵活、方便、可靠的数据传输方式，在工业现场得到了越来越多的应用，可靠的数据传输方式，在工业现场得到了越来越多的应用，并将在控制领域中占有更加重要的地位本系统经过现场调并将在控制领域中占有更加重要的地位本系统经过现场调试，取得了良好的控制效果试，取得了良好的控制效果二、水闸控制系统二、水闸控制系统 水闸数据采集监控系统采用西门子公司的全集成自动化水闸数据采集监控系统采用西门子公司的全集成自动化产品构成系统要求是建立一套电脑自动化集中监控系统产品构成系统要求是建立一套电脑自动化集中监控系统对水闸防洪闸门的启闭、船闸通航的管理、潜水泵站排水进对水闸防洪闸门的启闭、船闸通航的管理、潜水泵站排水进行全过程自动化控制对内江、外江船闸闸室、排水闸进行行全过程自动化控制对内江、外江船闸闸室、排水闸进行实时动态监控实现在水闸总控制室内，可对各控制点进行实时动态监控实现在水闸总控制室内，可对各控制点进行自动化控制和监视，并对各种设备运行情况实时监控，建立自动化控制和监视，并对各种设备运行情况实时监控，建立监控运行数据库，形成信息化管理系统。

同时总控制室的各监控运行数据库，形成信息化管理系统同时总控制室的各数据化信息系统应预留接口以备将来与市三防办防洪信息调数据化信息系统应预留接口以备将来与市三防办防洪信息调度中心和度中心和Internet网络互联要求建立一套可防雷保护系统网络互联要求建立一套可防雷保护系统和船只指挥扩音系统具体方案如下：和船只指挥扩音系统具体方案如下：plc的网络控制1 1系统构成系统构成 该系统以该系统以PLCPLC作为现场控制中心，连接现场各控制对象作为现场控制中心，连接现场各控制对象PLC PLC 直接连接到现有的闸门控制系统，充分利用现有的执行直接连接到现有的闸门控制系统，充分利用现有的执行结构，从现有的设备抽出控制点这样不但不会破坏现有的结构，从现有的设备抽出控制点这样不但不会破坏现有的控制设备，还可以与旧系统一起构成双机热备份冗余，从而控制设备，还可以与旧系统一起构成双机热备份冗余，从而提高系统的可靠性性提高系统的可靠性性所有闸门的位置检测信号来自原来的闸门位置传感器，所有闸门的位置检测信号来自原来的闸门位置传感器，部分原系统的控制功能，在新部分原系统的控制功能，在新PLCPLC中重新设计程序，以满足中重新设计程序，以满足新系统的工艺要求。

新系统的工艺要求潜水泵的控制由新潜水泵的控制由新PLCPLC系统发出，执行结构利用现有的系统发出，执行结构利用现有的控制结构，保持原系统的特色不变控制结构，保持原系统的特色不变水位计根据我们的经验采用激光水位计，这样可以提高水位计根据我们的经验采用激光水位计，这样可以提高水位检测的可靠性和准确性图水位检测的可靠性和准确性图10141014为该系统的总体结构为该系统的总体结构plc的网络控制图1014 水闸自动化控制系统结构图plc的网络控制（1 1）数据采集与监控系统的设计）数据采集与监控系统的设计 根据水闸自动化控制系统数据采集监控系统的特点拟采根据水闸自动化控制系统数据采集监控系统的特点拟采用西门子公司的全集成自动化产品构成采用用西门子公司的全集成自动化产品构成采用S7-300S7-300系列的系列的CPU315CPU3152DP2DP及及PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP通信模块、扩展通信模块、扩展I/O I/O 模块等构模块等构成数据采集子系统，通过成数据采集子系统，通过PROFIBUSPROFIBUS总线集成系统（见图总线集成系统（见图10101515）经多方考虑，该方案具有较高的性能价格比。

经多方考虑，该方案具有较高的性能价格比图1015 PLC网络系统结构 plc的网络控制（2 2）SIEMENSSIEMENS工业工业PCPC作为控制中心作为控制中心 控制中心不仅是完成水闸、船闸、潜水泵，通航指挥等控制中心不仅是完成水闸、船闸、潜水泵，通航指挥等控制的控制中心，还是河道的水文信息管理的信息中心，而控制的控制中心，还是河道的水文信息管理的信息中心，而且是将来网络化管理的网络中心，所以我们采用高性能的原且是将来网络化管理的网络中心，所以我们采用高性能的原装装SIEMENS工业工业PC3 3）SIEMENS S7-300SIEMENS S7-300 PLCPLC作为现场控制器作为现场控制器 SIMATIC S7-300的强大功能使其无论在独立运行中，或的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络时皆能实现复杂控制功能，因此相连成网络时皆能实现复杂控制功能，因此S7-300具有极具有极高的性能高的性能/价格比SIMATIC S7-300的使用范围可覆盖从替代继电器的简单的使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制控制到更复杂的自动化控制S7-300是模块化小型是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的系统，能满足中等性能要求的应用。

应用SIMATIC S7-300 可编程序控制器是模块化结构设计可编程序控制器是模块化结构设计各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展plc的网络控制（4 4）PROFIBUSPROFIBUS现场总线实现主、从站的连接现场总线实现主、从站的连接 PROFIBUS符合符合IEC 61158和和 EN 50170标准，因而保标准，因而保证集成对其他厂商的标准化部件的开放证集成对其他厂商的标准化部件的开放目前世界各地已目前世界各地已有有650多家制造商能为现场区域提供门类广泛，有适当接口多家制造商能为现场区域提供门类广泛，有适当接口的各种兼容于的各种兼容于 PROFIBUS的产品当然，西门子公司能提的产品当然，西门子公司能提供适当的主要网络部件产品，因而能满足广泛的需要供适当的主要网络部件产品，因而能满足广泛的需要5 5）智能激光水位传感器）智能激光水位传感器 在该系统中水位的测量至关重要，是整个自动控制的关在该系统中水位的测量至关重要，是整个自动控制的关键，是各种动作实现，得以顺利完成的基础为此我们在选键，是各种动作实现，得以顺利完成的基础为此我们在选用传感器时，做了充分的比较，最后选用美国用传感器时，做了充分的比较，最后选用美国DTSIO公司的公司的智能型激光水位仪。

智能型激光水位仪plc的网络控制 DTSIO智能型激光水位计是利用先进的激光原理研制的智能型激光水位计是利用先进的激光原理研制的新型水位测量仪器最大的优点是不用建静井，因此可节省新型水位测量仪器最大的优点是不用建静井，因此可节省大量的经费它既可用于海洋潮汐测量，也可用于江河湖泊大量的经费它既可用于海洋潮汐测量，也可用于江河湖泊等处的水位测量，是一种用微电脑组成的全智能化仪器该等处的水位测量，是一种用微电脑组成的全智能化仪器该水位计是针对水位遥测站、水电站及各类水库上下游水位的水位计是针对水位遥测站、水电站及各类水库上下游水位的监测而设计的监测而设计的测量原理为在水面上方某一高度的激光水测量原理为在水面上方某一高度的激光水位计向水面垂直地发送光束，光束到达水面后反射回来，而位计向水面垂直地发送光束，光束到达水面后反射回来，而测得水位计达到水面的距离，水位计高度与所测距离相减即测得水位计达到水面的距离，水位计高度与所测距离相减即得水面高度，即水位该水位计完全符合水库、水文等部门得水面高度，即水位该水位计完全符合水库、水文等部门对水位计的技术要求，其特点是结构简单，安装和使用方便对水位计的技术要求，其特点是结构简单，安装和使用方便。

具有标准具有标准RS-485接口组成水位数据采集系统十分方便接口组成水位数据采集系统十分方便plc的网络控制（6 6）系统软件平台及性能）系统软件平台及性能 组态系统平台软件选用组态系统平台软件选用SIEMENS公司的公司的Win CC，利利用用Win CC及监控中心工业主计算机组成工业监控系统，可及监控中心工业主计算机组成工业监控系统，可以对闸门系统中的液压机压力、温度、液位进行模拟显示，以对闸门系统中的液压机压力、温度、液位进行模拟显示，报警对闸门、潜水泵、航道信号灯、视频信号的控制云台报警对闸门、潜水泵、航道信号灯、视频信号的控制云台等的运行显示及故障报警由于监视屏上的流程图是根据闸等的运行显示及故障报警由于监视屏上的流程图是根据闸门控制系统的实际工艺而画出的，可以使操作人员一目了然，门控制系统的实际工艺而画出的，可以使操作人员一目了然，给维护人员也带来了方便给维护人员也带来了方便组态软件根据系统的要求，编写良好的用户界面（见图组态软件根据系统的要求，编写良好的用户界面（见图10101616）水位状态，闸门的启闭状态，闸门的真实位置，）水位状态，闸门的启闭状态，闸门的真实位置，视频信号的控制角度的都可以在计算机屏幕上生动地再现。

视频信号的控制角度的都可以在计算机屏幕上生动地再现控制系统界面做到简洁易读，且操作简图中颜色能够随着内控制系统界面做到简洁易读，且操作简图中颜色能够随着内江、外江、船闸内的水位变化而相应变化采用先进的控制江、外江、船闸内的水位变化而相应变化采用先进的控制算法实时计算水流量算法实时计算水流量plc的网络控制图1016 组态软件完成的操作界面plc的网络控制 我们设计的系统组态软件具有下列性能指标：我们设计的系统组态软件具有下列性能指标：1 1）软件分项目、画面、窗口和目标四级管理；项目数无限）软件分项目、画面、窗口和目标四级管理；项目数无限 制，每个项目最多可有制，每个项目最多可有10001000个画面；每个画面最多可包括：个画面；每个画面最多可包括：100100个窗口，个窗口，256256个动态目标，个动态目标，256256个可控目标，个可控目标，1616个历史操个历史操作图，作图，1616个当前趋势图，个当前趋势图，1616个报警窗口；个报警窗口；2）支持标记、处方、面板、符号等监控特性；支持）支持标记、处方、面板、符号等监控特性；支持9种报警种报警 类型；类型；图图1016 组态软件完成的操作界面组态软件完成的操作界面3）用户可自定义软件扫描周期，最短可为）用户可自定义软件扫描周期，最短可为50ms。

plc的网络控制（7 7）视频监控系统）视频监控系统视频监控系统由前端设备、传输设备、控制设备、显视频监控系统由前端设备、传输设备、控制设备、显示和记录设备等组成前端设备由安装在东江、运河、船闸示和记录设备等组成前端设备由安装在东江、运河、船闸内、四扇防洪门等的高分辨率的彩色摄像机、全方位云台、内、四扇防洪门等的高分辨率的彩色摄像机、全方位云台、变焦镜头、室内及室外专业防护设备等组成，负责图象和数变焦镜头、室内及室外专业防护设备等组成，负责图象和数据的采集及信号处理；传输设备根据传输距离和图象质量的据的采集及信号处理；传输设备根据传输距离和图象质量的要求可选用各种不同的线缆、接口设备，负责将射频和数据要求可选用各种不同的线缆、接口设备，负责将射频和数据信号传输到所控制中心；集中控制设备负责完成前端设备和信号传输到所控制中心；集中控制设备负责完成前端设备和图象切换的控制、全方位云台和可变焦镜头的控制，系统可图象切换的控制、全方位云台和可变焦镜头的控制，系统可根据不同的图象显示要求，选择不同的监视点显示图象图根据不同的图象显示要求，选择不同的监视点显示图象图 10101717视频监控画面视频监控画面。

plc的网络控制图 1017视频监控画面 该系统共设四个视频监控点，分别布置在东江、运河、船闸内和四扇防洪门处全部安装5台定点室外彩色摄像机，用以监视东江、运河航道,船闸船只情况，防洪闸的启闭状态；也可在水闸控制室顶部安装一台全方位室外彩色摄像机，监视整个闸站周围的环境和管理，对闸站的运行情况能够做到有效的控制plc的网络控制 根据要求，在船闸室控制中心，准备配置一台四选一切根据要求，在船闸室控制中心，准备配置一台四选一切换器、一台八路视频分配器、一台图像服务器、换器、一台八路视频分配器、一台图像服务器、4台镜头云台镜头云台控制器和一台彩色监控器，这样能够对船闸处台控制器和一台彩色监控器，这样能够对船闸处4路图像进路图像进行控制；行控制；4路图像进行监视在控制室顶部，安装路图像进行监视在控制室顶部，安装1台可调节台可调节摄像机，一个云台、室外全天候防护罩；在船闸两端，配备摄像机，一个云台、室外全天候防护罩；在船闸两端，配备两个固定摄像机监视上下河道两个固定摄像机监视上下河道全方位摄像机通过全方位云台全方位摄像机通过全方位云台360度水平旋转、度水平旋转、90度垂度垂直旋转和直旋转和32倍镜头聚焦、变焦及调整光圈大小等，在无遮挡倍镜头聚焦、变焦及调整光圈大小等，在无遮挡的情况下可实现对监视区域的情况下可实现对监视区域300M范围内的概况进行全网总范围内的概况进行全网总体观察和局部重点观察。

通过如上的设备配置，控制室监控体观察和局部重点观察通过如上的设备配置，控制室监控中心就能够通过监视器有效的对闸站、船闸及周边地区进行中心就能够通过监视器有效的对闸站、船闸及周边地区进行有效的实时监视，了解船闸、闸站及周边地区监视范围内的有效的实时监视，了解船闸、闸站及周边地区监视范围内的动态情况，真正实现集中监控和管理，保证船闸的安全运行动态情况，真正实现集中监控和管理，保证船闸的安全运行及畅通无阻，从而更加有效地提高工作效率和社会效益及畅通无阻，从而更加有效地提高工作效率和社会效益plc的网络控制（8 8）船闸内、外江闸门通航指挥系统）船闸内、外江闸门通航指挥系统 船闸内、外江闸门各设内外共船闸内、外江闸门各设内外共4 4组红、绿、黄通航指挥灯，组红、绿、黄通航指挥灯，所有信号根据水位变化情况所有信号根据水位变化情况,由由PLCPLC运算给出运算给出9 9）航船调度与语音广播系统）航船调度与语音广播系统 根据总体要求，选用荷兰根据总体要求，选用荷兰PHILIPPHILIP公司的全套语音广播系公司的全套语音广播系统，由消噪式电容话筒、功率放大器、强指向扬声器和全功统，由消噪式电容话筒、功率放大器、强指向扬声器和全功能喊话筒等组成。

完成航船调度和语音广播的要求能喊话筒等组成完成航船调度和语音广播的要求plc的网络控制2 2系统功能系统功能1）采集现场工业实时数据如闸门开度、上下游水位、闸）采集现场工业实时数据如闸门开度、上下游水位、闸 门运行状态等数据门运行状态等数据2）动态图形显示闸门操作过程及实时参数动态图形显示闸门操作过程及实时参数3）根据上下游水位自动控制四台抽水泵，自动调节船闸内）根据上下游水位自动控制四台抽水泵，自动调节船闸内 的水位保证水位不排入东江保证水位不排入东江4）计算各阀门流量、合计流量计算各阀门流量、合计流量5）具有阀门启闭、水泵开停运行自动记录具有阀门启闭、水泵开停运行自动记录6）编制打印工业日报、月报、年报编制打印工业日报、月报、年报7）建立实时数据库和历史数据库建立实时数据库和历史数据库8）具有查询、报警功能具有查询、报警功能9）良好的人机界面良好的人机。