防凍液生產控制站與純水制備裝置PLC通訊的實現
2014-07-31 20:42:42婁玲玉馮殿義李紅斌
新媒體研究 2014年13期
婁玲玉+馮殿義+李紅斌
摘 要 純水制備裝置是防凍液生產過程中的獨立設備，其S7-200PLC控制系統需要并到基于S7-300PLC和WinCC的防凍液生產控制系統中去。文章主要介紹防凍液生產PLC控制站與純水制備裝置控制系統通過EM277模塊實現的PROFIBUS現場總線通信進行數據交換，實現WinCC對純水制備裝置的遠程監控與操作，實現防凍液生產控制系統的
集成。
關鍵詞 PLC；純水制備裝置；PROFIBUS通訊
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0053-02
防凍液是一種功能繁多的冷卻液，應用于很多領域，日益增長的需求量加速了其生產的自動化程度。純水是防凍液生產的主要原料之一，因而純水的制備是防凍液生產的主要工藝，通常純水制備工藝由獨立的裝置完成，那么純水制備的設備也就成為了防凍液生產過程中的一個關鍵設備。在防凍液生產的自動控制過程中，將獨立的純水制備設備的控制集成到防凍液中央生產控制系統，與整個生產工藝協調工作，使防凍液生產控制系統具有完整性和可靠性。將純水制備裝置S7-200PLC控制系統并入防凍液中央生產控制系統有兩種方案：一種是WinCC直接對從站S7-200PLC組態，這種方法需要通過OPC協議實現，通訊速度慢；另一種是S7-300PLC與S7-200PLC通訊，WinCC通過S7-300PLC實現與S7-200PLC通訊進行數據交換，此種方案通訊速度快，實時性好。S7-200 PLC與S7-300PLC之間的通訊方式主要有MPI通信、工業以太網通信和PROFIBUS-DP現場總線通信三種方式[1]。
Wincc直接對從站S7-200 PLC組態，通訊速度慢，傳輸距離受限制。S7-300 PLC與S7-200 PLC通訊有三種方式，MPI通信距離短，傳輸速度慢；工業以太網通信需要S7-300 PLC、S7-200 PLC分別加以太網模塊，大大提高了成本；PROFIBUS是一種開放的現場總線通信標準，只需在從站S7-200 PLC加EM277，此種通訊克服了前兩種的弊端，通訊距離變長，傳輸速度變快，傳送數據量大，在現代很多自動化項目中多采用這種通訊方式且此方案已得到實際的應用。本文主要介紹采用PROFIBUS-DP現場總線通信方法實現防凍液生產控制站S7-300PLC與純水制備裝置S7-200PLC控制系統的集成。
1 防凍液生產控制系統總體結構
防凍液生產控制系統整體結構如圖1所示，包括操作站、控制站和現場設備。本控制系統的主控制站S7-300 PLC控制器選為帶DP集成口的CPU314C-2DP，上位機WinCC生產過程監控系統與PLC控制主站之間通過工業以太網TCP/IP通訊，具有通訊速率快、技術可靠等優點；純水制備控制系統S7-200 PLC控制器為CPU226通過擴展EM277作為PROFIBUS現場總線通訊的模塊與CPU226組合成為從站，西門子Smart700IE觸摸屏通過MPI通訊操控S7-200PLC，實現對純水制備裝置的控制。S7-200 PLC擴展EM277 PROFIBUS模塊通過現場總線通訊并入整個控制系統，整個控制系統起到“集中管理、分散控制”的作
用[2]。S7-200PLC將現場傳輸過來的數據與S7-300 PLC交換數據，主站與上位機走工業以太網通訊，根據純水制備的生產工藝，控制室上位機通過WinCC界面實現對純水制備生產過程監控與
操作。
圖1 控制系統拓撲圖
2 S7-300 PLC與S7-200 PLC的主從通訊實現
主從站通過接口模塊EM277實現PROFIBUS-DP通訊，從站S7-200PLC不需要編程和組態，而主從站通訊的實現需要S7-300 PLC進行必要的硬件組態。從站的交換數據存放在V存儲區，并且從站數據要與主站組態的EM277的數據對應[3]。
主站的硬件組態過程：在STEP7 Version5.5中新建一個項目，首先需要選擇導軌，然后按照從上到下的順序依次選擇電源、CPU314C-2DP、數字量和模擬量模塊；然后配置網絡，雙擊2號槽下的DP，在新建子網中設置傳輸速率和配置文件DP，確定后出現PROFIBUS總線，此時便可在總線下方掛從站；從站靠EM277掛入主站，需要安裝EM277 GSD文件，在項目的組態界面的菜單欄“選項”下方安裝GSD文件，打開PROFIBUS-DP下方的“Additional Field Device”、“PLC”、“SIMATIC”找到EM277，從站便掛到了主站下方，保存編譯，最后下載到PLC就完成組態。CPU上DP地址是2，從站EM277站地址設置為3，在通訊時需要將接口模塊的旋鈕轉到對應站的地址[4]。硬件的組態配置如圖2所示。
3 WinCC水處理監控界面簡介
中控室WinCC水處理監控界面的主要功能是顯示純水制備工藝的流程、設備的運行狀態、水處理過程中參數的設定、控制元件的開關及故障狀態，還有工藝參數的趨勢圖、報表打印輸出，當控制流程出現問題時還能處理數據和提供系統報警信號[5]，防止發生生產事故。純水制備的監控界面如圖3所示主要顯示出該過程中使用的生產設備，而且很直觀的看出這個處理的流程，在相應區域顯示傳感器實際數據諸如自來水罐的液位、一次凈水進水壓力、純水箱的出水流量。
圖3 純水制備監控界面
4 結束語
在自動化生產中，通訊方式有很多，PROFIBUS和以太網通訊因其傳輸速率快和性能穩定作為首選，主要是根據生產的實際需求和現場狀況做最后選擇。防凍液生產的PLC控制站通過EM277模塊完成與純水制備系統的數據交換，監控站WinCC進行數據歸檔和分析處理。本文控制系統中的通訊方式省去了設計者的通訊編程量，減少設計者的工作量，生產系統性能穩定、可靠，防凍液的自動化程度的實現也節約了勞動力，提高了現代化生產的水平。
參考文獻
[1]邵奇峰.基于SIEMENS EM277的PROFIBUS通訊[J].中原工學院學報，2008.
[2]崔堅.西門子工業網絡通信指南[M].北京：機械工業出版社，2007.
[3]向曉漢.西門子PLC高級應用實例精解[M].北京：機械工業出版社，2010.
[4]倪君.西門子S7-200與S7-300的DP通訊[J].電氣自動化，2006.
[5]西門子（中國）有限公司.深入淺出西門子WinCC V6[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.
作者簡介
婁玲玉（1987-），遼寧工業大學機械工程專業在讀研究生。
馮殿義（1961-），教授，遼寧工業大學機械工程與自動化學院。
李紅斌（1988-），化工過程機械專業在讀研究生。endprint
摘 要 純水制備裝置是防凍液生產過程中的獨立設備，其S7-200PLC控制系統需要并到基于S7-300PLC和WinCC的防凍液生產控制系統中去。文章主要介紹防凍液生產PLC控制站與純水制備裝置控制系統通過EM277模塊實現的PROFIBUS現場總線通信進行數據交換，實現WinCC對純水制備裝置的遠程監控與操作，實現防凍液生產控制系統的
集成。
關鍵詞 PLC；純水制備裝置；PROFIBUS通訊
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0053-02
防凍液是一種功能繁多的冷卻液，應用于很多領域，日益增長的需求量加速了其生產的自動化程度。純水是防凍液生產的主要原料之一，因而純水的制備是防凍液生產的主要工藝，通常純水制備工藝由獨立的裝置完成，那么純水制備的設備也就成為了防凍液生產過程中的一個關鍵設備。在防凍液生產的自動控制過程中，將獨立的純水制備設備的控制集成到防凍液中央生產控制系統，與整個生產工藝協調工作，使防凍液生產控制系統具有完整性和可靠性。將純水制備裝置S7-200PLC控制系統并入防凍液中央生產控制系統有兩種方案：一種是WinCC直接對從站S7-200PLC組態，這種方法需要通過OPC協議實現，通訊速度慢；另一種是S7-300PLC與S7-200PLC通訊，WinCC通過S7-300PLC實現與S7-200PLC通訊進行數據交換，此種方案通訊速度快，實時性好。S7-200 PLC與S7-300PLC之間的通訊方式主要有MPI通信、工業以太網通信和PROFIBUS-DP現場總線通信三種方式[1]。
Wincc直接對從站S7-200 PLC組態，通訊速度慢，傳輸距離受限制。S7-300 PLC與S7-200 PLC通訊有三種方式，MPI通信距離短，傳輸速度慢；工業以太網通信需要S7-300 PLC、S7-200 PLC分別加以太網模塊，大大提高了成本；PROFIBUS是一種開放的現場總線通信標準，只需在從站S7-200 PLC加EM277，此種通訊克服了前兩種的弊端，通訊距離變長，傳輸速度變快，傳送數據量大，在現代很多自動化項目中多采用這種通訊方式且此方案已得到實際的應用。本文主要介紹采用PROFIBUS-DP現場總線通信方法實現防凍液生產控制站S7-300PLC與純水制備裝置S7-200PLC控制系統的集成。
1 防凍液生產控制系統總體結構
防凍液生產控制系統整體結構如圖1所示，包括操作站、控制站和現場設備。本控制系統的主控制站S7-300 PLC控制器選為帶DP集成口的CPU314C-2DP，上位機WinCC生產過程監控系統與PLC控制主站之間通過工業以太網TCP/IP通訊，具有通訊速率快、技術可靠等優點；純水制備控制系統S7-200 PLC控制器為CPU226通過擴展EM277作為PROFIBUS現場總線通訊的模塊與CPU226組合成為從站，西門子Smart700IE觸摸屏通過MPI通訊操控S7-200PLC，實現對純水制備裝置的控制。S7-200 PLC擴展EM277 PROFIBUS模塊通過現場總線通訊并入整個控制系統，整個控制系統起到“集中管理、分散控制”的作
用[2]。S7-200PLC將現場傳輸過來的數據與S7-300 PLC交換數據，主站與上位機走工業以太網通訊，根據純水制備的生產工藝，控制室上位機通過WinCC界面實現對純水制備生產過程監控與
操作。
圖1 控制系統拓撲圖
2 S7-300 PLC與S7-200 PLC的主從通訊實現
主從站通過接口模塊EM277實現PROFIBUS-DP通訊，從站S7-200PLC不需要編程和組態，而主從站通訊的實現需要S7-300 PLC進行必要的硬件組態。從站的交換數據存放在V存儲區，并且從站數據要與主站組態的EM277的數據對應[3]。
主站的硬件組態過程：在STEP7 Version5.5中新建一個項目，首先需要選擇導軌，然后按照從上到下的順序依次選擇電源、CPU314C-2DP、數字量和模擬量模塊；然后配置網絡，雙擊2號槽下的DP，在新建子網中設置傳輸速率和配置文件DP，確定后出現PROFIBUS總線，此時便可在總線下方掛從站；從站靠EM277掛入主站，需要安裝EM277 GSD文件，在項目的組態界面的菜單欄“選項”下方安裝GSD文件，打開PROFIBUS-DP下方的“Additional Field Device”、“PLC”、“SIMATIC”找到EM277，從站便掛到了主站下方，保存編譯，最后下載到PLC就完成組態。CPU上DP地址是2，從站EM277站地址設置為3，在通訊時需要將接口模塊的旋鈕轉到對應站的地址[4]。硬件的組態配置如圖2所示。
3 WinCC水處理監控界面簡介
中控室WinCC水處理監控界面的主要功能是顯示純水制備工藝的流程、設備的運行狀態、水處理過程中參數的設定、控制元件的開關及故障狀態，還有工藝參數的趨勢圖、報表打印輸出，當控制流程出現問題時還能處理數據和提供系統報警信號[5]，防止發生生產事故。純水制備的監控界面如圖3所示主要顯示出該過程中使用的生產設備，而且很直觀的看出這個處理的流程，在相應區域顯示傳感器實際數據諸如自來水罐的液位、一次凈水進水壓力、純水箱的出水流量。
圖3 純水制備監控界面
4 結束語
在自動化生產中，通訊方式有很多，PROFIBUS和以太網通訊因其傳輸速率快和性能穩定作為首選，主要是根據生產的實際需求和現場狀況做最后選擇。防凍液生產的PLC控制站通過EM277模塊完成與純水制備系統的數據交換，監控站WinCC進行數據歸檔和分析處理。本文控制系統中的通訊方式省去了設計者的通訊編程量，減少設計者的工作量，生產系統性能穩定、可靠，防凍液的自動化程度的實現也節約了勞動力，提高了現代化生產的水平。
參考文獻
[1]邵奇峰.基于SIEMENS EM277的PROFIBUS通訊[J].中原工學院學報，2008.
[2]崔堅.西門子工業網絡通信指南[M].北京：機械工業出版社，2007.
[3]向曉漢.西門子PLC高級應用實例精解[M].北京：機械工業出版社，2010.
[4]倪君.西門子S7-200與S7-300的DP通訊[J].電氣自動化，2006.
[5]西門子（中國）有限公司.深入淺出西門子WinCC V6[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.
作者簡介
婁玲玉（1987-），遼寧工業大學機械工程專業在讀研究生。
馮殿義（1961-），教授，遼寧工業大學機械工程與自動化學院。
李紅斌（1988-），化工過程機械專業在讀研究生。endprint
摘 要 純水制備裝置是防凍液生產過程中的獨立設備，其S7-200PLC控制系統需要并到基于S7-300PLC和WinCC的防凍液生產控制系統中去。文章主要介紹防凍液生產PLC控制站與純水制備裝置控制系統通過EM277模塊實現的PROFIBUS現場總線通信進行數據交換，實現WinCC對純水制備裝置的遠程監控與操作，實現防凍液生產控制系統的
集成。
關鍵詞 PLC；純水制備裝置；PROFIBUS通訊
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0053-02
防凍液是一種功能繁多的冷卻液，應用于很多領域，日益增長的需求量加速了其生產的自動化程度。純水是防凍液生產的主要原料之一，因而純水的制備是防凍液生產的主要工藝，通常純水制備工藝由獨立的裝置完成，那么純水制備的設備也就成為了防凍液生產過程中的一個關鍵設備。在防凍液生產的自動控制過程中，將獨立的純水制備設備的控制集成到防凍液中央生產控制系統，與整個生產工藝協調工作，使防凍液生產控制系統具有完整性和可靠性。將純水制備裝置S7-200PLC控制系統并入防凍液中央生產控制系統有兩種方案：一種是WinCC直接對從站S7-200PLC組態，這種方法需要通過OPC協議實現，通訊速度慢；另一種是S7-300PLC與S7-200PLC通訊，WinCC通過S7-300PLC實現與S7-200PLC通訊進行數據交換，此種方案通訊速度快，實時性好。S7-200 PLC與S7-300PLC之間的通訊方式主要有MPI通信、工業以太網通信和PROFIBUS-DP現場總線通信三種方式[1]。
Wincc直接對從站S7-200 PLC組態，通訊速度慢，傳輸距離受限制。S7-300 PLC與S7-200 PLC通訊有三種方式，MPI通信距離短，傳輸速度慢；工業以太網通信需要S7-300 PLC、S7-200 PLC分別加以太網模塊，大大提高了成本；PROFIBUS是一種開放的現場總線通信標準，只需在從站S7-200 PLC加EM277，此種通訊克服了前兩種的弊端，通訊距離變長，傳輸速度變快，傳送數據量大，在現代很多自動化項目中多采用這種通訊方式且此方案已得到實際的應用。本文主要介紹采用PROFIBUS-DP現場總線通信方法實現防凍液生產控制站S7-300PLC與純水制備裝置S7-200PLC控制系統的集成。
1 防凍液生產控制系統總體結構
防凍液生產控制系統整體結構如圖1所示，包括操作站、控制站和現場設備。本控制系統的主控制站S7-300 PLC控制器選為帶DP集成口的CPU314C-2DP，上位機WinCC生產過程監控系統與PLC控制主站之間通過工業以太網TCP/IP通訊，具有通訊速率快、技術可靠等優點；純水制備控制系統S7-200 PLC控制器為CPU226通過擴展EM277作為PROFIBUS現場總線通訊的模塊與CPU226組合成為從站，西門子Smart700IE觸摸屏通過MPI通訊操控S7-200PLC，實現對純水制備裝置的控制。S7-200 PLC擴展EM277 PROFIBUS模塊通過現場總線通訊并入整個控制系統，整個控制系統起到“集中管理、分散控制”的作
用[2]。S7-200PLC將現場傳輸過來的數據與S7-300 PLC交換數據，主站與上位機走工業以太網通訊，根據純水制備的生產工藝，控制室上位機通過WinCC界面實現對純水制備生產過程監控與
操作。
圖1 控制系統拓撲圖
2 S7-300 PLC與S7-200 PLC的主從通訊實現
主從站通過接口模塊EM277實現PROFIBUS-DP通訊，從站S7-200PLC不需要編程和組態，而主從站通訊的實現需要S7-300 PLC進行必要的硬件組態。從站的交換數據存放在V存儲區，并且從站數據要與主站組態的EM277的數據對應[3]。
主站的硬件組態過程：在STEP7 Version5.5中新建一個項目，首先需要選擇導軌，然后按照從上到下的順序依次選擇電源、CPU314C-2DP、數字量和模擬量模塊；然后配置網絡，雙擊2號槽下的DP，在新建子網中設置傳輸速率和配置文件DP，確定后出現PROFIBUS總線，此時便可在總線下方掛從站；從站靠EM277掛入主站，需要安裝EM277 GSD文件，在項目的組態界面的菜單欄“選項”下方安裝GSD文件，打開PROFIBUS-DP下方的“Additional Field Device”、“PLC”、“SIMATIC”找到EM277，從站便掛到了主站下方，保存編譯，最后下載到PLC就完成組態。CPU上DP地址是2，從站EM277站地址設置為3，在通訊時需要將接口模塊的旋鈕轉到對應站的地址[4]。硬件的組態配置如圖2所示。
3 WinCC水處理監控界面簡介
中控室WinCC水處理監控界面的主要功能是顯示純水制備工藝的流程、設備的運行狀態、水處理過程中參數的設定、控制元件的開關及故障狀態，還有工藝參數的趨勢圖、報表打印輸出，當控制流程出現問題時還能處理數據和提供系統報警信號[5]，防止發生生產事故。純水制備的監控界面如圖3所示主要顯示出該過程中使用的生產設備，而且很直觀的看出這個處理的流程，在相應區域顯示傳感器實際數據諸如自來水罐的液位、一次凈水進水壓力、純水箱的出水流量。
圖3 純水制備監控界面
4 結束語
在自動化生產中，通訊方式有很多，PROFIBUS和以太網通訊因其傳輸速率快和性能穩定作為首選，主要是根據生產的實際需求和現場狀況做最后選擇。防凍液生產的PLC控制站通過EM277模塊完成與純水制備系統的數據交換，監控站WinCC進行數據歸檔和分析處理。本文控制系統中的通訊方式省去了設計者的通訊編程量，減少設計者的工作量，生產系統性能穩定、可靠，防凍液的自動化程度的實現也節約了勞動力，提高了現代化生產的水平。
參考文獻
[1]邵奇峰.基于SIEMENS EM277的PROFIBUS通訊[J].中原工學院學報，2008.
[2]崔堅.西門子工業網絡通信指南[M].北京：機械工業出版社，2007.
[3]向曉漢.西門子PLC高級應用實例精解[M].北京：機械工業出版社，2010.
[4]倪君.西門子S7-200與S7-300的DP通訊[J].電氣自動化，2006.
[5]西門子（中國）有限公司.深入淺出西門子WinCC V6[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.
作者簡介
婁玲玉（1987-），遼寧工業大學機械工程專業在讀研究生。
馮殿義（1961-），教授，遼寧工業大學機械工程與自動化學院。
李紅斌（1988-），化工過程機械專業在讀研究生。endprint
