摘要：随着自动控制技术在污水处理厂中的广泛应用，越来越多的自动控制工艺应用到污水处理系统中。PLC控制系统可靠的网络通讯是系统稳定运行的重要保障。本文以污水处理厂的PLC控制系统为倒，对其在运行中出现的网络通讯不稳定情况进行分析，并提出相应的解决措施．
关键词：PLC控制系统；网络通讯；问题分析
前言
PLC控制系统网络通讯故障，轻则引起系统局部死机，影响机组的安全稳定运行，重则引起系统瘫痪，引发机组跳闸事故。PLC控制系统的网络通讯通常有两类节点，一类是与生产过程直接关联的节点，称之为现场控制I／O站；另一类是人机接口界面，称之为上位工作站或操作员站。PLC系统网络通讯故障通常表现为上位工作站死机、操作迟缓、数据通讯中断和现场控制站的CPU死机等。下面对出现PLC系统网络通讯故障的原因和处理做浅显分析。
1、系统概况
污水处理厂自控系统于2004年投入使用，原系统由13个PLC 3-作子站和2套冗余服务器（WinCC SERVER）以及4套客户端组成。后因生产需要增加了I套单机版监控主站。13个PLC子站按照丁艺流程，分别实现不同阶段的数据监控。PLC2000、PLC4000、PLC4100、PLC6000、PLC8000等5个工作站采用西门子s7—300系列的PLC，PLCS000工作站、1#-3#鼓风机LCP站和MCP站等5个下作站采用AB的SLC5／05系列PLC，1#-3#脱水机控制站采用AB MicroLogicl500系列PLC。各个PLC站独立运行。采用工业以太网方式进行通讯，工业以太网采用冗余的网络拓扑结构，可靠性高。监控站服务器（WinCC SERVER）通过工以太网ISO协议与西门子PLC控制站进行网络通讯，完成监控任务；通过TCPaP协议与AB的PLC工作站进行网络通讯，实现对全厂控制参数的监控。
2、PLC控制系统出现的问题及分析
由于生产需要，近年来污水处理厂在原设计的PLC控制系统中不断增加新的控制单元，而系统的稳定性也随着下降。
2．1近年来PLC控制系统主要的改造情况介绍
2007年污水厂开展了自控大修，主要内容是对PLC6000工作站进行改造。将该区域所有设备的信号都增加到PLC控制系统，并增加PLC6100监控主站，实现对该Ⅸ域设备的远程及自动控制。
2008年对回用水系统进行恒压控制改造和增加污泥输送泵的计量装置，并将涉及信号量接入PLC6000工作站。2010年在改造系统时，增加了厂区各主要设备的运行参数在线监控。包括了25台变频器的运行参数，通过PROFIBUS总线连接到所在区域对应的PLC工作站，并增加WinCC监控画面，完善各新增信号的显示。在几项工程改造后，污水处理厂PLC控制系统信号量大大增加，DI信号从516个增加到824个，DO信号从108个增加到272个，模拟量信号也增加到了220个。
2．2 PLC控制系统出现的问置
在07年自控系统改造后，各西门子PLC工作站与WinCC的网络通讯的稳定性开始下降，偶尔会出现通讯中断的情况，持续数秒后可自动恢复。随着运行时间的增加和新增控制单元的增加，通讯中断的频率越来越大，中断时间也越来越长，在信号量最大的PLC4000和PLC6000工作站尤为突出。系统网线通讯的稳定性下降也导致了部分的设备远程启停命令无法发出。污泥输送泵的泥量数据也需要多次发送才能传输到监控主站。
2．3问题分析
从PLC控制系统问题出现的时间来看，基本上出现的异常情况都是在系统进行改造，增加控制信号量以后出现的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆于是可以初步判断系统网络通讯的稳定性下降与多次的系统改造有关。出现以上的异常情况町能是由于CPU或网络通讯模块的通讯能力不足导致。具体分析如下：
西门子PLC 工作站出现的问题主要有2个，第一是PLC工作站与WinCC的通讯出现中断，这种情况各个工作站都存在；第二点是部分设备在WinCC 画面上远程启停命令无法发出，部分数据发送到服务器出现了重复多次发送情况，这种问题再监控信号数量较多的工作站出现。
1）西门子PLC通讯处理器模块为CP343—1（6GK7343一IEXI 1-0XE0），其s7通讯最大的连接数量16个。现有系统中，虽然有13套PLC 工作站，但是西门子的PLC系统并没有直接跟AB的PLC系统讯，也就是说实际通讯连接数只有5个，没有达到其限制值，所以可以排除网络通讯模块通讯容量不足导致系统稳定性下降；
2）原系统中西门子PLc工作站采用的控制器为CPU315（6ES7一IAF03-OAB0），其丁作存储器容量为48Kb，内置装载存储器容量为80Kb，可进行DP站主站的连接数量为1个，不支持DP从站。原系统采用2套互为冗余DP主站，后因生产需要又增加1套DP主站，已经超过了 CPU的通讯能力。且网络通讯中断现象恶化是在增加 PLC6100监控站后出现的，所以判断网络通讯不稳定现象与CPU选型有关。另外，除此之外，由于CPU的存储量较小，而经过多次的改造，在原有的系统上增加了较多了控制单元和控制量，数据处理量的增加导致网络通讯负荷的加重，影响系统通讯的稳定性。
2．4问题的处理
根据上述故障分析，基本掌握了PLC控制系统不稳定运行的因素。PLC的CPU通讯能力和数据处理能力不足是导致系统出现通讯稳定性下降的主要原因。针对以上分析结果，对PLC控制系统进行了以下的升级改造：
升级PLC的CPU控制器。将西门子PLC工作站的控制器升级为CPU315—2DP（6ES7 315—2AHl4-0AB0）。该CPU的存储量为128Kb，内置DP主站数量1个，可通过CP扩展至4个，支持DP从站最大连接数为16个。这样就大大增加f CPU的存储量和数据通讯能力。满足污水处理厂的通讯要求。通过以上的系统升级，整个系统的网络通讯得到明显的改善，各监控站与西门子PLC的通讯不再出现通讯中断的现象，设备的远程操作全部实现一步到位，数据传送也没有出现阻滞。
对于网络通讯信道堵塞造成的通讯故障，在采取了安全措施的前提下，可对网络通讯模件进行复位或断电恢复操作，若是双网冗余通讯，也可切换到备用网进行通讯，一般都能消除网络通讯信道堵塞造成的通讯故障。
由于PLC控制系统的运行时间过长，控制器内的组态内容不断增加，控制器在读取数据时，要将所有的组态内容全部读进去，而大量的组态数据已没有与真正的I／O相连，必然会导致CPU读取数据负荷率较高，造成网络通讯故障。对于这类网络通讯故障，可在采取安全措施的前提下，利用软件来清理系统内无效的组态内容，降低CPU读取数据的负荷率，避免CPU死机现象的发生。例如concept 2．5组态软件下的OptimizeProgram命令，可对控制器内的组态内容进行优化，清理组态文件的无效数据，达到降低CPU读取数据负荷率的效果。。
3、结论
通过这次系统升级改造，污水厂的PLC控制系统通讯顺畅，提高了系统的稳定性和可靠性。PLC控制系统的处理数据和通讯能力和其选用模块息息相关，这就需要我们在设计和改造系统时充分考虑到系统的数据处理能力，以保证控制系统的稳定运行。总之，引发PLC控制系统网络通讯故障的原因是多种多样的，在分析问题时，要综合考虑各种软，硬件及周围环境（如电磁干扰，环境温度过高等）对网络通讯的影响，最终找到解决问题的方法。
参考文献：
[1]廖常初．S7-300／400PLC应用技术[M]．北京：机械工业出版社，2007．
[2]siemens AG．$7-300可编程序控制器产品目录，2002．
论文作者:谢植卡
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/10/8
标签：网络通讯论文; 系统论文; 控制系统论文; 通讯论文; 工作站论文; 组态论文; 数据论文; 《基层建设》2019年第20期论文;