1、基于以太网下的 PLC 与上位机通讯摘 要：当前，随着科技水平的快速进步，通信技术、计算机技术成功在工业中应用，实现了以太网下的 PLC 系统的通讯设计。本文将进行综合分析，以供参考和借鉴。 关键词：以太网 PLC 通讯 一、前言 当前，有一定国际影响力的总线标准较多，造成了不同厂家的总线不可互操作，给集成带来了很大困扰。将 PLC 技术与以太网技术相结合，实现了开放、分散的工业系统，利于通讯工作的开展。 二、西门子 S7-300PLC 1、S7-300 的系统结构 S7-300PLC 是模拟式中小型 PLC，电源、CPU 和其他模块都是独立的，可以通过 U 形总线把电源（PS） 、CPU 和
2、其他模块紧密固定在西门子 S7-300 的标准机架上。每个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后。电源模块总是安装在机架的最左边，CPU 模块紧靠电源模块。CPU 的右边是可以选择的 IM 接口模块，如果只用主架导轨而没有使用扩展支架可以不选择 IM 接口模块。S7 编程软件组态主架导轨硬件时，电源，CPU和 IM 分别放在导轨的 1 号槽、2 号槽和 3 号槽上。一条导轨共有 11 个槽号：1 号槽至 11 号槽，其中 4 号槽至 11 号槽可以随意放置除电源、CPU和 IM 以外的其他模块。如：DI（数字量输入） 、DO（数字量输出） 、AI（模拟量输入） 、AO（模拟量输出） 、F
3、M（功能模块）和 CP（通信模块）等。 2、S7-300CPU 模块 CPU 模块是控制系统的核心，负责系统的中央控制责任，存储并执行程序，实现通信功能，为 U 形总线提供 5V 电源。CPU 有 4 种操作模式：STOP（停机） ，START（启动） ，RUN（运行） 。在所有的模式中，都可以通过 MPI 接口与其他设备通信。 三、PLC 在天然气站场的应用 1、天然气站控系统的总体设计 天然气门站包括两个进口（其中一个进口有时也做为出口使用）和两个出口。需要采集的数据包括各个进出口的压力、温度、各条支路上的流量（包括瞬时流量和累计流量） 、燃气泄漏报警等。同时还要根据流量控制加臭机，实现加
4、臭量的自动调节。门站具备本地监控功能，同时所有数据在公司调度中心均可显示。 门站控制系统采用“可编程逻辑控制器（PLC） ”作为主控制器，PLC具备数据采集、设备通讯、逻辑运算和设备控制等功能，性能强大且可靠性高。本方案中的 PLC 具备模拟量输入/输出接口（AI/AO） 、数字量输入/输出接口（DI/DO） 、RS485 通讯接口和以太网接口。 PLC 的模拟量输入接口用来采集压力变送器、温度变送器等具备 4-20mA 电流输出的仪表；模拟量输出接口用来控制加臭机等设备；数字量输入接口用来采集燃气泄漏报警、切断阀状态等信号；数字量输出接口用来控制切断阀、报警指示灯等设备；RS485 通讯接口
5、用来与流量计和其他串行设备通讯；以太网接口用来与门站监控计算机通讯。各输入/输出接口在配置时均留有一定余量。 本方案采用西门子 S7-300 系列 PLC，此 PLC 适合于中小型自动化系统的控制，控制器采用模块化设计，可方便的实现系统扩展。 门站现有的压力变送器为隔爆型压力变送器，此类型的压力变送器可直接与位于安全区的 PLC 连接，压力变送器输出 4-20mA 电流信号，接入 PLC 的 AI 口，信号回路串联防雷保护模块，此模块位于 PLC 附近，可有效保护 PLC 免于雷击破坏。本方案中，4-20mA 防雷模块选用北京同为产品。 门站现有的温度传感器为热电阻，他必须和相应的安全栅配合使
6、用才能构成本安防爆系统。安全栅位于安全区，可将热电阻输出的 mV 电压信号转换为 4-20mA 电流信号，进而接入 PLC 的 AI 口。本方案中，热电阻安全栅选用上海辰竹产品，支持三线制连接，温度测量范围可根据实际需要配置。 门站中目前有两种类型的流量计，一种为隔爆型（天信流量计，两台） ，另一种为本安型（苍南流量计，两台） 。隔爆型流量计可直接连接到 PLC 的 485 接口，为防止雷击对 PLC 的破坏，回路中需要加防雷保护模块（包括 24V 供电防雷模块和 485 通讯防雷模块） 。对于本安型流量计，为构成本安防爆系统必须与相应的安全栅配合使用，流量计安全栅选用隔离式安全栅并具配电功能
7、，可向流量计供电。流量计采用总线方式连接在 PLC 的 485 口上，一个 485 口可连接多台流量计，PLC 使用流量计厂家的专用协议与流量计通讯，由于采用了多协议技术，不同品牌的流量计可连接在同一个 485 口上。本方案中流量计防雷模块选用北京同为产品，流量计安全栅选用上海辰竹产品。 门站要对天然气加臭，加臭工作可由 PLC 自动控制完成，PLC 可根据采集到的流量信号控制加臭机（使用 AO 口，输出 4-20mA 电流信号） ，实现自动加臭，控制算法可根据要求编制。 门站中配置一台监控计算机，其上运行监控软件（组态软件） ，通过以太网与 PLC 连接。PLC 采集到的压力、温度、流量等数
8、据可实时显示在监控画面上，同时操作人员还可通过监控画面对现场设备进行控制，监控软件还具备实时曲线、历史曲线、历史数据查询、报警记录、报表输出等功能。本方案中监控软件选用“紫金桥”软件。 门站数据远传到调度中心通过 GPRS 无线方式实现。PLC 可将门站现场数据传送到位于公司的调度中心，同时还可接受调度中心下发的指令。PLC 配备有两个 485 通讯口，其中一个连接到 GPRS 模块（DTU 模块） ，实现 GPRS 无线通讯。 为保证不间断供电要求，门站配备了 UPS 系统，可保证至少 6 小时的后备时间。为防止雷击由供电线传入系统，在 UPS 前端配有电源防雷保护模块。UPS 选用深圳山特
9、产品，电源防雷模块选用北京同为产品。 本方案中凡是使用了安全栅的信号回路没有再加装防雷模块，一方面是由于安全栅有隔离保护作用，可防止雷击对 PLC 的破坏（安全栅本身可能被损坏） ；另一方面在安全栅前端加装防雷模块会改变安全栅所保护设备的总体等效参数，可能造成本安防爆失效。 2、S7-300PLC 在天然气站场中的实现 （1）编程实现数据交换 S7-300PLC 与变频器之间的数据交换，编程实现报文。SFC14 解开 DP从站（变频器）的数据包并存放在 DB80.DBB0DB80.DBB35 中，参数LADDR（W#16#118）为变频器的 Inpout 参数区起始地址。 SFC15 给存放在
10、 DB80.DBB44DB80.DBB47 中数据打包发送给变频器，参数 LADDR（W#16#108）为变频器的 Output 参数区起始地址。 （2）PID 调节 在压力/流量调节阀门的自动调节中，调节阀会根据天然气出口的压力及流量实现自动 PID 调节，并可实现手动和自动的无干扰切换。PID 调节采用西门子自带的 FB41 功能块，PID 的编程和手自动无干扰切换编程如下，PID 的主要参数说明可以参考 STEP7 的帮助，FB41 在周期性中断OB32-OB35 组织块中调用。 （3）上位机功能 上位机采用戴尔的商用计算机，采用普通网卡，两台上位机通过一个 8 口交换机连接在一起，其中一台为工程师站（ES） ，一台为操作员站（OS） ，ES 站具有画面组态和参数修改权限，OS 站只有数据监视和现场设备操作权限，监控软件采用西门子的 Wincc 系列。 四、结束语 通过 PLC 在以太网的应用，实现了上位机与 PLC 之间的通信，而且结构简单、调节灵活，在工业领域得到了广泛推广。 参考文献 1韩宝彬.PC 与 PLC 在自由口模式下的串行通信J.通信技术，2003（05）：25-26.
