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案例頻道一、前言
隨著控制技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展以及它們之間相互依賴、相互促進和相互滲透，使得網(wǎng)絡(luò)控制（Networked Control System）成為控制的主流，特別是以太網(wǎng)及TCP/IP通信技術(shù)在IT行業(yè)獲得了很大的成功, 成為IT行業(yè)應(yīng)用中首選的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，同時由于國際現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作沒有達(dá)到人們理想中的結(jié)果，以太網(wǎng)及TCP/IP技術(shù)卻逐步在自動化行業(yè)中得到應(yīng)用，并發(fā)展成為一種技術(shù)潮流。
萊鋼股份公司500mm熱帶原分布式計算機控制系統(tǒng)裝備有西門子S7-400系列PLC以及ET200M分站，利用目前世界流行的PROFIBUS-DP傳動技術(shù)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，實現(xiàn)PLC與主傳動控制系統(tǒng)6RA24以及分設(shè)在操作臺、機旁操作箱的從站之間的通訊與數(shù)據(jù)交換，利用ROFIBUS-FMS協(xié)議實現(xiàn)編程器以及各操作臺的HMI人機界面之間的通訊與數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能有：軋件跟蹤、主速度設(shè)定與速度級聯(lián)調(diào)、活套張力控制和套高自動控制和負(fù)荷自動分配、軋制參數(shù)記錄與歷史記錄查詢等功能。但隨著現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息采集量逐漸增加，數(shù)據(jù)傳輸速度受到影響，原有的ROFIBUS-FMS已經(jīng)逐漸顯示出相對滯后性，需要數(shù)據(jù)傳輸量更大，傳輸速度更快的高可靠性網(wǎng)絡(luò)來滿足生產(chǎn)的實際。為此結(jié)合現(xiàn)場實際應(yīng)用的情況引入當(dāng)今技術(shù)成熟且廣泛使用的工業(yè)以太網(wǎng)以及TCP/IP技術(shù)來代替原有的PROFIBUS-FMS現(xiàn)場總現(xiàn)信息模式，利用以太網(wǎng)及TCP/IP技術(shù)的高可靠性、高擴展和開放性、高通訊性以及可以與自動化系統(tǒng)互相連接的特性，實現(xiàn)簡化網(wǎng)絡(luò)配置，增大數(shù)據(jù)傳輸量，加快傳輸速度，增加網(wǎng)絡(luò)用戶的目的。
二、 硬件配置和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
從硬件配置和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，整個以太網(wǎng)分PLC主站、實時監(jiān)控用計算機網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)現(xiàn)場計算機網(wǎng)絡(luò)三個部分,三部分間的連接全部用光纜和UTP5類快速連接電纜。PLC主站完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息的實時采集和處理；實時監(jiān)控用計算機網(wǎng)絡(luò)用以顯示整個核心控制系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，為現(xiàn)場維護人員和車間級管理層提供必要的設(shè)備運行信息；生產(chǎn)現(xiàn)場計算機網(wǎng)絡(luò)主要安裝在操作臺，用以輔助操作人員對現(xiàn)場設(shè)備進行必要的參數(shù)設(shè)定、修訂，實時顯示設(shè)備的運行狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)。
1、PLC主站
SIMATIC S7-400 CPU：414-2DP 128K RAM
I/O ： 64K數(shù)字量或4K模擬量
2、數(shù)據(jù)通訊處理器：CP443-1
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1）、它有其自己的處理器，可以減輕 CPU 通信負(fù)荷，并且允許其它附加的連接，利用帶CP 443-1 的 S7-400 可以與編程設(shè)備、計算機、控制和監(jiān)控設(shè)備以及其它 SIMATIC S7系統(tǒng)備進行通信；
2）、安裝簡單，CP 443-1在 S7-400 的模塊架上插槽并且通過底版總線連接到其它 S7-400 模塊，沒有插槽規(guī)則；
3）、友好用戶型連接；
4）、帶有在 AUI 接口和雙絞線接口自動轉(zhuǎn)接的 Sub-D 型插座；
5）、通過自動感測的自動數(shù)據(jù)數(shù)率識別。
3、網(wǎng)絡(luò)連接接口：10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)卡
系統(tǒng)選用兩種網(wǎng)卡，一種為NovellNE2000兼容型，數(shù)據(jù)傳輸速率10M，帶BNC接口和RJ45接口各一個，另一種為EDiMAX10/100bpsPCI Fast Ethernet適配器，10M/100M自適應(yīng)，主要用于100M網(wǎng)絡(luò)。
4、 集線器（HUB）
系統(tǒng)應(yīng)用了2個集線器，每個區(qū)域上的計算機工作站之間可以通過集線器（HUB）通信，采用雙絞線組成星形聯(lián)接，集線器（HUB）之間通過光纜進行通信。數(shù)據(jù)傳輸率為100Mbps，可通過HUB上的LED燈得知某計算機工作站是否正常網(wǎng)絡(luò)連接。
二、網(wǎng)絡(luò)傳輸控制協(xié)議
TCP/IP協(xié)議是多臺相同或不同類型計算機進行信息交換的一套通信協(xié)議。TCP/IP協(xié)議組的準(zhǔn)確名稱應(yīng)該是internet協(xié)議族，TCP和IP是其中兩個協(xié)議。而internet協(xié)議族TCP/IP還包含了與這兩個協(xié)議有關(guān)的其它協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）、地址轉(zhuǎn)化協(xié)議（ARP）和互連網(wǎng)控制報文協(xié)議（ICMP）。由于TCP/IP是internet采用的協(xié)議組，所以將TCP/IP體系結(jié)構(gòu)稱作Internet體系結(jié)構(gòu)。
►以太網(wǎng)是TCP/IP使用最普遍的物理網(wǎng)絡(luò)，實際上TCP/IP技術(shù)支持各種局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括：令牌總線、令牌環(huán)、FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口）、SLIP（串行線路IP）、PPP（點到點協(xié)議）、X2.5數(shù)據(jù)網(wǎng)等，使得介質(zhì)訪問控制方式由原來的令牌式、主從式改變?yōu)橥絺鬏?傳輸速率達(dá)到10M～100M。
三、網(wǎng)絡(luò)用戶及工作站
根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備及現(xiàn)場的需求，目前設(shè)立5#操作臺、6#操作臺、主控室、編程器、車間級HMI等5個網(wǎng)絡(luò)用戶和工作站?？紤]到下一步要建立實時數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡(luò)中預(yù)留了多個用戶端口，以便實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)升級，運用Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)車間級生產(chǎn)信息及產(chǎn)品質(zhì)量信息的管理。
四、與原系統(tǒng)對比的優(yōu)越性
工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用對整條軋線的計算機控制系統(tǒng)來說，實現(xiàn)了以下功能：
1、 于CP443-1接口自帶通訊處理器,減輕了CPU的通訊負(fù)荷,使整個分布式計算機控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息傳輸、讀入/讀出速度加快，由原來的9.6K～12M升級到10M～100M；
2、 傳輸介質(zhì)由光纜和快速連接電纜代替原有的屏蔽雙絞電纜,使得電磁兼容性降低,減少了電磁干擾,增加了通訊系統(tǒng)的可靠性。
3、 工業(yè)以太網(wǎng)的建立,完成了整條軋線通訊控制的冗余配置, 使得系統(tǒng)的可靠性得到進一步提高。
4、 通過以太網(wǎng),建立了車間級生產(chǎn)信息及產(chǎn)品質(zhì)量信息管理雛形,為今后管理的科學(xué)化、準(zhǔn)確化提供技術(shù)數(shù)據(jù)支持。
參考文獻(xiàn)：
1、《SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)手冊》西門子（中國）有限公司
2、《SIMATIC S7-400可編程序控制器產(chǎn)品目錄》西門子（中國）有限公司
作者簡介：
丁海，男，1974年9月出生，98年畢業(yè)于山東建材學(xué)院工業(yè)電氣自動化專業(yè)，主攻自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與維護，現(xiàn)正在北科大攻讀工程碩士，電氣工程師。目前就職于萊鋼集團板帶廠。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號