西门子PLC网络在烧结系统中的应用

海 韬，刘厚甫，李海龙

（红河钢铁有限公司烧结厂，云南 蒙自661100）

西门子PLC网络在烧结系统中的应用

海 韬，刘厚甫，李海龙

（红河钢铁有限公司烧结厂，云南 蒙自661100）

西门子PLC在工业控制领域应用非常广泛，市场占有率非常高，它的网络通讯技术是非常先进的，网络类型也较多。主要分析西门子PLC各网络的特点，并通过在烧结控制系统中的应用，讨论了在烧结如何根据控制系统的具体要求进行网络方案选择。

烧结；西门子PLC；工业控制网络；组网；通讯

1 工艺背景

（1）烧结系统构成

烧结生产包括配料、烧结、成品和供料系统等几个方面。配料为烧结提供化学成分和物理性质稳定的烧结原料，烧结作业是烧结生产的中心环节，它决定烧结质量的关键工序，成品和供料是为高炉输送成品烧结矿的纽带。此外烧结还有外围系统，包括原料供应、燃料破碎、烧结烟气脱硫、除尘等系统。这些主系统和分系统构成了烧结庞大的生产体系。

（2）工艺控制网络要求

烧结作为原料的加工、炼铁系统的重要环节，烧结系统的稳定运行，保障了高炉的原料供给。在大型钢铁企业中，烧结系统是占地面积最广，区域跨度最大的一个作业产所，各个系统相互关联，它们相互之间的跨度又相当大。这决定了其生产系统需要大范围跨区域的控制，才能保证各个生产环节顺利运行。

西门子PLC提供了丰富网络配置方案，它们各具特点，应用于烧结各生产流程控制之中，易实现烧结生产自动。以下分析了西门子PLC各网络的特点，讨论了如何根据烧结控制系统的具体要求选择网络方案。

2 西门子PLC的网络解决方案及其特点

西门子PLC的网络类型比较多，烧结系统对不同网路类型有不同的需求。西门子控制网络总体上可以分为两大类。一类是西门子公司专用的通讯网络，即MPI（信息传递应用程序接口），PPI（串口通讯协议），点对点接口；另一类通讯网络使用的是国际标准，即工业以太网、PROFIBUS，AS-i接口。烧结系统运用最多的就是工业以太网、PROFIBUS—DP，MPI和PPI.

（1）PPI

PPI是西门子专为S7-200系列PLC开发的一种通讯协议，波特率有三种，分别是9.6 kbps、19.2 kbps和187.5 kbps[1].通讯接口直接集成于S7-200 CPU上。PPI系统在烧结系统中多使用于子系统PLC，如润滑系统和电子秤称量系统。使用PPI通讯连接入触摸屏，在烧结中可单独使用，也可以加入过DP通讯连入主网。

（2）点对点接口

点对点接口通讯是由用户自己定义通讯协议，它可以使S7-400 S7-300，S7-200PLC与任何通讯协议公开的其他设备相互通讯，在烧结中主要使用在主PLC控制变频器对电机调速。

（3）MPI

MPI通讯协议，是基于西门子内部标准的一种令牌网络通讯协议，波特率为187.5 kbps，通讯数据传输率为12Mbps[1]。在烧结主控制系统中一般使用S7系列PLC，在使用MPI接口时，无需采用通讯模块，即可实现对控制系统CPU之间的通讯。大部分西门子CPU都带有MPI端口，无需使用通讯模块即可实现上位机与下位机（PLC）的通讯，在实际应用中，多使用笔记本电脑现场访问PLC，应用于处理故障和编程，方便快捷。

（4）PROFIBUS

PROFIBUS通讯系统广泛应用于于车间级监控和现场层，它的传输速率可达到12 Mb/s，最大可以和127个网络上的节点进行通讯[2]，它使用的是IEC61158国际标准，通用性和性能都非常的优越。烧结系统中使用最广泛，应用最多的网络通讯协议。使用PROFIBUS-DP为高速优化通信方案，通讯传输率高，可挂网络接点多，在烧结主控制系统中主要用于实现现场级控制系统与分布式I/0及其它现场级设备之间的主从通信。如图1所示，PLC一个主站采用分布式I/0，使用PROFIBUS-DP做通讯，将主站与四个从站相连。PROFIBUS-DP通讯传输速率高，可以和网络上的多个节点进行通讯，利用这一特点，可以使PLC主站与其他设备和系统相连，如图2所示，烧结原料堆料主站与配料电子皮带秤S7-200子系统，圆盘变频器，胶带机图尔克系统进行通讯。

图1 PLC分布式DP

图2 PLC与设备通讯

（5）工业以太网

工业以太网是专为工业生产应用而开发的通讯网络，通讯协议使用的是ISO和TCP/IP标准[3]，都是采用的国际通用标准。

在烧结系统中，主站PLC使用西门子CP通讯模块与上位机通讯，基本上可以说，所有的烧结主系统都需要使用到工业以太网。工业以太网的传输速率非常高，通讯速率最大可达100 Mb/s，网络节点最多可挂1024个，网络传输的最大范围为150 km，可以覆盖整个烧结生产区域，使PLC（下位机）和中控上位机作数据交换，从而完成控制操作。图3烧结供料系统主站CP模块使用工业以太网作为通讯与中控室上位机通讯。

图3 PLC网络组态

3 烧结系统网络组网运用

烧结系统众多，区域跨度大，也就意味着它的网络是钢铁厂中比较复杂多样的。烧结系统本身区域跨度较大，能利用好西门子PLC网络，不但能节约很多建造成本，还能提高工作效率。

3.1 网络组态

3.1.1 网络配置

烧结生产主体系统是完成烧结，除烧结系统外围系统外，烧结主体流程包括配料、烧结本体和成品供料三个主要系统。

本系统利用西门子S7工业通讯网络中的工业以太网及PROFIBUS-DP现场总线，采用两级网络控制拓扑结构。上层采用工业以太网，用于上位机PC和下位机PLC的通讯，采用PROFIBUS-DP现场总线，用于下位机PLC主站和从站之间的通讯。烧结各主系统之间通过工业交换机采用工业以太网作为通讯方式。最终组网后的网络配置图见图4.

配料系统和本体系统数据量较大，都是采用西门子S7-400作为系统的主站，这样可以提高运算速度。而从站则使用西门子S7-300，这样比全使用S7-400要节约很多成本，同时也得到了一个运算速度较高的系统。主站与从站之间使用PROFIBUS-DP现场总线，主站CPU采用带DP接口（RS-485）CPU 414-2DP，从站才用西门子ET200分布式I/O.西门子的ET200是基于现场总线PROFIBUS-DP或PROFINET的分布式I/O，可以与经过认证的非西门子公司生产的PROFIBUS-DP主站协同运行。

成品供料系统，由于运算量较小，则采用全S7300的配置，主从站之间，更配料与本体一样使用PROFIBUS-DP现场总线。

三个系统都采用工业以太网，用于上位机PC和下位机PLC的通讯，如图4所示，三个系统的主站都挂在同一路工业以太网上，实现一点需要一个工业交换机作交换数据。将三个系统的以太网都挂在一个工业交换机上，在通过交换机联到上位机上。组网后的网络配置图见图4.

图4 烧结系统PLC网络组态

3.1.2 程序实现

组好网络后，可以充分利用西门子PLC网络，使整个烧结系统紧密相连，就可以达到跨区域控制。

由于烧结区域范围较大，系统与系统之间的很多设备都是交叉相连的。比如烧结配料和烧结本体之间，本体的一些设备是靠近配料系统的，而离本体PLC系统则较远。如果将这些信号点全部接到本体PLC上，要耗费很多的电缆，如信号点较多，可以新建一个从站采用西门子ET200分布式I/O.如距离较远，可以直接走通讯，将信号点直接接到配料PLC模块上，通过通讯传到本体PLC上，这可以节省大量的电缆线，同时提高了效率。要做到这一点，需要在程序上做一些处理，以数字量为例，进到配料的数字量信号点要传到本体PLC上，首先需要将进来的数字量I点转换成内部变量M点，如I9.2转为M0.0.每八个数字量做一个包，如I0.0—I0.7转为M0.0—M0.7，这八位数刚好为一个字，即MW0，在通过写程序模块（图6）发送出去。在本体PLC上需要读程序模块（图5），将MW0读出来，在装换成内部变量M0.0—M0.7，在本体上就可以使用这些点了。

图5 读取数据程序

图6 写入数据程序

烧结系统在钢铁工艺流程中占地最广，系统跨度最长，子系统最多。使用西门子PLC网络，它丰富的网络配置方案和程序应用，可以适用于所有的烧结主控系统和子系统。PLC控制系统与控制系统之间，系统与设备之间都能做到数据互通，提高了整个烧结自动化系统的工作效率，直接使用PLC网路通讯作信号传输，对比传统的点对点信号传输，可以节约很多建造成本，维护也相当方便，在烧结应用中是一种经济实用的工业通讯技术。

4 结束语

目前，国内的大部分烧结系统落后于其他发达国家，大部分的烧结系统都未能达到全自动化，PLC控制在其中还是有很大的发挥空间。西门子的PLC在网络方案的解决中和网络功能方面都是十分丰富和全面的，在运用和实行网络系统设计中必须根据系统控制中的具体规范和具体要求进行操作，在工业控制系统中的一些信息交换，还有大量的数据传递中，一定要选择和运用适当的网络解决方案，充分发挥出西门子PLC在网络方案解决中的一切优势和功能，去完成和实现不同层次面的通讯协议和通讯的目标。

[1]缪常初．S7-300/400 PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2009

[2]阳宪惠．现场总线技术及其应用[M].北京：清华大学出版社，2003．

[3]王仁样．现代可编程控制器网络通信技[M].北京：电力出版社，2001．

Using the Technology of Siemens PLC net in the Sintering System

HAI Tao，LIU Hou-fu，LI Hai-long
（Sintering Plant Honghe Iron&Steel Company Limited，Mengzi Yunnan 661100，China）

The Siemens PLC is applied widely in industrial controlling field，its masket is large，and its network communication is very advanced and network type is also more.This paper mainly analyzes the characteristics of each network of SIEMENS PLC，and discusses how to choose the network scheme according to the specific requirements of the control system through the application in the sintering control system.

sintering；siemens PLC；industrial controlling network；organizing network；communication

TP273.5

B

1672-545X（2017）09-0082-03

2017-06-30

海 韬（1987-），男，云南安宁人，本科，助理工程师，从事工作：红河钢铁烧结厂自动化维护。