摘要：西门子PLC控制网络由数字模拟通信、计算机自动化控制、智能仪表技术等多种技术综合发展而来，具有超强抗干扰能力。利用它对工业生产环境、过程等方面进行控制能够有效提高生产安全性，降低事故发生概率。由于不同企业对生产自动化控制网络有着不同的需求，因而对形式多样的西门子PLC控制网络就需要采用多种不同的配置策略。这就需要对西门子PLC各种控制网络有足够的了解与掌握。因此，本文对西门子PLC控制网络的配置策略与应用进行了分析。
关键词：西门子；PLC；控制网络；配置策略
1西门子PLC的网络特点
1.1 PPI
西门子PPI是针对S7一200所设计的一款通讯网络解决方案，可以将频率为9.6kbps、19.2kbps、187.5kbps全部集成在S7一200CPU上。通过这样的手段，那么在利用PPI进行通讯时，只需要用NETR和NETW两条语句即可实现数据的双向传输，不再需要其他的通讯协议来做模板。
1.2 MPI
MPI属于西门子PLC系统内部的一种协议，使用187.5kbps的速率来运用令牌进行网络通讯，主要针对于STEP7，数据传输，且传输率非常高。MPI接口一般会内置于西门子，主要通过全局的数据和联网的CPU之间进行周期性的数据传输，通过这样的手段使得数据在传输的过程中没有通讯模板也可以实现各个CPU之间的通讯连接。
1.3 Profibus
它并不是一个单独结构所组成的，它是由三部分相互兼容的协议所组成的，其中有Profibus一FMS、Profibus一DP、Profibus一PA。第一是语句的循环结构、实时、多主站的网络。第二是用来优化系统的通讯方案，进而实现对现场级系统的控制和分布式I/O及其他现场级设备之间的连接。三是用来实现过程的自动化，主要用于主站与仪表、变送器之间的通信，有时甚至用于防爆场合。
1.4工业以太网
工业以太网符合国际标准IEEE802.3，是专为工业应用而设计的一种通讯网络，可以通过光缆、同轴电缆、工业双绞线等进行通讯，使用协议为TCP/IP协议和ISO协议。西门子工业以太网最大覆盖范围150km，最多可与1024个网络节点相连，数据传输速率为10/100Mb/s，支持广域网。
2西门子PLC控制网络配置原则分析
通过了解，符合国际标准网络和通讯网络是西门子PLC控制网络中两种基本网络体现形式，也是用户对PLC控制网络进行选择时唯一衡量标准。目前，符合国际标准的PLC控制网络主要有3种，这种PLC控制网络的主要优势在于其内部运行上，比如操作便捷、性能强、传输距离长等。但是，在开发商也存在一定的弊端，包括技术原理繁琐、投入成本高等，相比之下，尽管通讯网络在性能体现上较为薄弱，但是由于其具有投入成本低、技术适用性强等特点，因而通讯网络的应用较为普遍。通常用户来对网络进行选择时，一般按照两种参考依据来进行判定，一是本着经济性、适用性原则，在对网络没有数据量、成本投入等条件要求时，用户一般会选择MPI网络进行使用；二是根据控制网络的通讯性能来确定。现阶段，常见的通讯类型主要有S7基本通讯,在工业以太网和Profibus中两种类型通讯形式都适用，区别在于MPI网络中只能存在S7一种通讯形式。通过观察发现，对于工业以太网运用来说，Profibus网络中对标准通讯的应用较为常见，其中除了通讯接口的基本量作为通讯功能的参照对象外，通讯接口的基本量主要节点硬件设置、通讯稳定性等，同时西门子控制网络的通讯接口和传输介质以及不可或缺的参照依据。
3西门子PLC控制网络的配置要求
3.1通讯能力
在西门子PLC网络控制当中，必须要具备以下的网络通讯功能，S7基本通讯、标准通讯以及OP通讯。S7基本通讯能够为PLC网路控制提供的功能简单而又强大的通讯任。S7基本通讯的实现需要通过MPI网；同时，还具备可供用户编程调用的SFC。OP通讯主要是利用PLC进行数据通讯，实现编程、人机交互操作的服务。标准通讯则能够实现各个制造商与不同自动化系统之间的通讯。在实际的工程应用过程中，要积极依据西门子PLC控制网络中的具体情况，选用合适的通讯功能。
3.2通讯接口
当前，西门子PLC控制网络的接口方式主要包括PG/PC通讯卡、模块处理器、PLC专用通讯模块以及PLC主机编程接。PG/PC通讯卡主要运用于控制网络PG/PC侧的连接，将PG/PC设备连接到相应的网络当中，然而由于其种类特别多，在选择和使用过程中，要仔细做区分各个功能的差别。譬如，CP5611设备并没有配备微处理器，这时就可以把计算机连接到MPI网络上，能够有效保证后期工作的衔接。而模块处理器主要是连接在PLC一侧，模块处理器的智能性特别高，可以自动地把PLC连接到适当的网络中，而且对系统CPU的应用也非常小，减轻CPU的负担。模块处理器的种类功能也有很大的区别，在选择和使用的过程中，也需要仔细做好区别。西门子S7系列中的主机自身的编程接口在控制网络中可以兼做通讯接口。例如S7-200系列在PLC主机上不仅可以拥有编程接口，而且还能提供专用的MPI和PPI控制网络的通讯接口。
3.3西门子PLC控制网络的类型
西门子PLC网络控制类型主要有以下几种。（1）点对点接口：点对点接口是一种自由通讯的连接方式，用户能够根据自己的希求对通讯协议进行重新定义。能够使S7-200系列和S7-300系列PLC完成与通讯协议公开的设备之间的通讯。（2)PPI网络。PPI网络是专门对S7-200设计的一种通讯协议，只需要利用一般的双芯屏蔽电缆就可以完成联网。正是由于PPI网络是一种主-从协议，PPI网络从站不能主动发送相关的信息，职能在PPI网站主站发出相关的要求后，才能够做出相应的响应。（3）MPI网络。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆MPI协议是西门子内部标准的一种令牌网络通讯协议，MPI网络的物理层是RS-485，传送速率最高可以达到12Mb/s，西门子PLC可以利用MPI实现STEP7的编程器和计算机的连接运行。（4）Profibus网络族。Profibus主要是用于生产车间监控和现场层的通讯。与MPI网络一样，Profibus的物理层也是RS-485，最大传送速率为12Mb/s，能够同时与127个网络上的节点进行数据的交换，允许其他厂商开发各自符合Profibus协议的产品连接到同一个网络上进行通讯。（5）工业以太网。工业以太网主要是为工业应
用专门进行设计的一种通讯网络。通过TCP/IP协议和ISO，利用同轴电缆、光缆以及工业双绞线，能够有效实现通讯功能。（6）AS-i接口。AS-i接口也可以称之为传感器-执行器接口，主要位于自动控制最底层的网络，对生产现场的二进制设备能够有效进行连接。
3.4西门子PLC控制网络的传输介质
在西门子PLC控制网络中，传输介质的选择种类也非常多。在有的情况下，同一个西门子PLC控制网络中，不同类型的传输介质还可以实现组合应用。以Profibus-DP网络为例，这种网络的传输介质可以采用以下几种方式。第一，电气数据传输。电气数据传输利用标准的圆形截面，带PE护套的屏蔽双绞线电缆、地下电缆来进行数据的传输。第二，无线数据传输。无线数据传输主要是通过红外线连接模块，在15米的距离范围内进行无线数据的传输。第三，光缆数据传输。光缆数据传输主要是利用塑料或者玻璃纤维光缆进行数据的传输。这种数据传输的方法传输的距离特别大，不仅可以在户内进行使用，也能够用于户外的网络数据传输。
4西门子PLC控制网络的配置策略及应用
4.1在钢铁企业中的配置策略与应用
某钢铁加工企业在生产过程中所需控制的对象主要有冷却床、推钢机、切割机等机械设备，由于整个控制点结构复杂、信息传输量庞大，所以该企业选择了西门子PLC控制网络中符合国际相关标准的Profibus网络。确定控制网络后，企业根据实际生产控制情况和设备具体分布位置，将整个控制系统划分为6个PLC控制站，各个站点之间的数据通信利用连锁控制技术来实现。考虑到Profibus-DP网络在现场数据链路层存在两种不同介质存取方式，即主从混合方式和令牌总线方式，令牌总线方式通过令牌向主站传递数据信息，获得令牌的主站可以向从站发送或索取信息，而从站只能被动地做出响应或向总站发送信息。这种方式无法实现数据的自由高效传输，因而在西门子PLC控制网络优化设计与配置过程中，可以将6个控制站全部设置成主站，这样就可以实现整个控制系统内部数据的自由交换。另外，为节约控制成本，提高系统可靠性，该钢铁企业为6个主站选择了S7-300PLC用315-2DP型号的CPU。这种CPU将自身集成的Profibus-DP网络作为主站，从而形成下一级的子网。同时，采用ET200M模块作为远程I/O从站，以构建出Profibus控制网络的拓扑结构。整体来看，西门子PLC控制网络可以视为一个两级子网结构，其中位于底层的Profibus网络主要负责6个PLC主站及远程从站的通讯服务，而位于顶层的Profibus-DP子网则主要负责各个PLC主站之间及其与上位机之间的数据通讯。鉴于各主站之间及上位机与主站之间数据传输量大，所以顶层子网宜采用多协议混合运行模式。在西门子PLC控制网络的应用下，经过一段时间观察后发现，该钢铁企业不仅在生产效率上，而且在设备自动化控制方面都取得了显著的提升效果，生产成本也有明显降低，可见充分利用与合理配置形式多样的西门子PLC控制网络，对于推动工程领域快速发展具有重要的作用。
4.2在自来水公司中的配置策略与应用
某自来水公司在经营方面有两个不同部分，即水源区与水厂区，且这两个区域相距约945m，其中水源区通过三个深井泵向蓄水池供水，而水厂区通过三台加压泵对水进行变频恒压处理，然后向广大用户供水。与其他大型企业相比，该自来水公司所需控制网络的站点数与实际信息传输量都相对较少，加之通讯距离短，因而适合采用西门子PLC控制网络中的MPI网络通讯方式。
该公司通过MPI通讯方式构建出一个小型控制网络，整个MPI网络由PLC主站、位于水源区的三个从站以及位于水厂区的上位机共同组成，其中主站采用CPU型号为3121FM的S7-300PLC，各从站PLC选用CPU型号为224XP的S7-200PLC。然后在网络物理层采用RS485中继器对原网络进行扩展，以将通讯距离延长至1km，从而使远程通讯服务较好的满足实际工作需要和远程监控需要。由于该公司控制任务对控制网络信息传输的实时性并不很高，所以各从站均可以以被动形式与主站之间进行通讯。
5结束语
综上所述，在工业自动化控制行业当中PLC是重要部件，能够有效地增强工业生产自动化的水平，并且积极地促进国家工业的发展，特别是西门子PLC控制网络的作用尤为突出。对于西门子PLC控制网络方案的选择一定要结合实际情况，考虑各站点之间的信息传输量、以及控制站点等，从而选择合适的PLC控制网络类型，同时还应考虑各通讯接口在支持能力、各节点的配置情况等。从而选择一个既经济又简单，且最为实际的控制网络方案。
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作者简介
李辉(1970.9.29-)性别:男 籍贯:吉林省榆树市 民族:汉 学历:本科 职称:高级工程师 职务:无 研究方向:自动化系统的设计。
论文作者:李辉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/7/2
标签：网络论文; 通讯论文; 主站论文; 数据传输论文; 接口论文; 工业论文; 以太网论文; 《电力设备》2018年第8期论文;