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案例頻道一、前言
隨著(zhù)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(lài)、相互促進(jìn)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)應用中首選的網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，同時(shí)由于國際現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)標準化工作沒(méi)有達到人們理想中的結果，以太網(wǎng)及TCP/IP技術(shù)卻逐步在自動(dòng)化行業(yè)中得到應用，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裝備有西門(mén)子S7-400系列PLC以及ET200M分站，利用目前世界流行的PROFIBUS-DP傳動(dòng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議，實(shí)現PLC與主傳動(dòng)控制系統6RA24以及分設在操作臺、機旁操作箱的從站之間的通訊與數據交換，利用ROFIBUS-FMS協(xié)議實(shí)現編程器以及各操作臺的HMI人機界面之間的通訊與數據交換。系統實(shí)現的主要功能有：軋件跟蹤、主速度設定與速度級聯(lián)調、活套張力控制和套高自動(dòng)控制和負荷自動(dòng)分配、軋制參數記錄與歷史記錄查詢(xún)等功能。但隨著(zhù)現場(chǎng)數據信息采集量逐漸增加，數據傳輸速度受到影響，原有的ROFIBUS-FMS已經(jīng)逐漸顯示出相對滯后性，需要數據傳輸量更大，傳輸速度更快的高可靠性網(wǎng)絡(luò )來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)的實(shí)際。為此結合現場(chǎng)實(shí)際應用的情況引入當今技術(shù)成熟且廣泛使用的工業(yè)以太網(wǎng)以及TCP/IP技術(shù)來(lái)代替原有的PROFIBUS-FMS現場(chǎng)總現信息模式，利用以太網(wǎng)及TCP/IP技術(shù)的高可靠性、高擴展和開(kāi)放性、高通訊性以及可以與自動(dòng)化系統互相連接的特性，實(shí)現簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )配置，增大數據傳輸量，加快傳輸速度，增加網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)的目的。
二、 硬件配置和網(wǎng)絡(luò )結構
從硬件配置和網(wǎng)絡(luò )結構圖中可以看出，整個(gè)以太網(wǎng)分PLC主站、實(shí)時(shí)監控用計算機網(wǎng)絡(luò )、生產(chǎn)現場(chǎng)計算機網(wǎng)絡(luò )三個(gè)部分,三部分間的連接全部用光纜和UTP5類(lèi)快速連接電纜。PLC主站完成現場(chǎng)數據信息的實(shí)時(shí)采集和處理；實(shí)時(shí)監控用計算機網(wǎng)絡(luò )用以顯示整個(gè)核心控制系統的相關(guān)數據信息，為現場(chǎng)維護人員和車(chē)間級管理層提供必要的設備運行信息；生產(chǎn)現場(chǎng)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場(chǎng)設備進(jìn)行必要的參數設定、修訂，實(shí)時(shí)顯示設備的運行狀態(tài)和運行數據。
1、PLC主站
SIMATIC S7-400 CPU：414-2DP 128K RAM
I/O ： 64K數字量或4K模擬量
2、數據通訊處理器：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 可以與編程設備、計算機、控制和監控設備以及其它 SIMATIC S7系統備進(jìn)行通信；
2）、安裝簡(jiǎn)單，CP 443-1在 S7-400 的模塊架上插槽并且通過(guò)底版總線(xiàn)連接到其它 S7-400 模塊，沒(méi)有插槽規則；
3）、友好用戶(hù)型連接；
4）、帶有在 AUI 接口和雙絞線(xiàn)接口自動(dòng)轉接的 Sub-D 型插座；
5）、通過(guò)自動(dòng)感測的自動(dòng)數據數率識別。
3、網(wǎng)絡(luò )連接接口：10M/100M自適應以太網(wǎng)卡
系統選用兩種網(wǎng)卡，一種為NovellNE2000兼容型，數據傳輸速率10M，帶BNC接口和RJ45接口各一個(gè)，另一種為EDiMAX10/100bpsPCI Fast Ethernet適配器，10M/100M自適應，主要用于100M網(wǎng)絡(luò )。
4、 集線(xiàn)器（HUB）
系統應用了2個(gè)集線(xiàn)器，每個(gè)區域上的計算機工作站之間可以通過(guò)集線(xiàn)器（HUB）通信，采用雙絞線(xiàn)組成星形聯(lián)接，集線(xiàn)器（HUB）之間通過(guò)光纜進(jìn)行通信。數據傳輸率為100Mbps，可通過(guò)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(lèi)型計算機進(jìn)行信息交換的一套通信協(xié)議。TCP/IP協(xié)議組的準確名稱(chēng)應該是internet協(xié)議族，TCP和IP是其中兩個(gè)協(xié)議。而internet協(xié)議族TCP/IP還包含了與這兩個(gè)協(xié)議有關(guān)的其它協(xié)議及網(wǎng)絡(luò )應用，如用戶(hù)數據報協(xié)議（UDP）、地址轉化協(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體系結構稱(chēng)作Internet體系結構。
►以太網(wǎng)是TCP/IP使用最普遍的物理網(wǎng)絡(luò )，實(shí)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(xiàn)、令牌環(huán)、FDDI（光纖分布式數據接口）、SLIP（串行線(xiàn)路IP）、PPP（點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議）、X2.5數據網(wǎng)等，使得介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方式由原來(lái)的令牌式、主從式改變?yōu)橥絺鬏?傳輸速率達到10M～100M。
三、網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)及工作站
根據現有設備及現場(chǎng)的需求，目前設立5#操作臺、6#操作臺、主控室、編程器、車(chē)間級HMI等5個(gè)網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)和工作站?？紤]到下一步要建立實(shí)時(shí)數據庫，網(wǎng)絡(luò )中預留了多個(gè)用戶(hù)端口，以便實(shí)現網(wǎng)絡(luò )升級，運用Internet網(wǎng)絡(luò )技術(shù)實(shí)現車(chē)間級生產(chǎn)信息及產(chǎn)品質(zhì)量信息的管理。
四、與原系統對比的優(yōu)越性
工業(yè)以太網(wǎng)的應用對整條軋線(xiàn)的計算機控制系統來(lái)說(shuō)，實(shí)現了以下功能：
1、 于CP443-1接口自帶通訊處理器,減輕了CPU的通訊負荷,使整個(gè)分布式計算機控制系統數據信息傳輸、讀入/讀出速度加快，由原來(lái)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,增加了通訊系統的可靠性。
3、 工業(yè)以太網(wǎng)的建立,完成了整條軋線(xiàn)通訊控制的冗余配置, 使得系統的可靠性得到進(jìn)一步提高。
4、 通過(guò)以太網(wǎng),建立了車(chē)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、準確化提供技術(shù)數據支持。
參考文獻：
1、《SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)手冊》西門(mén)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(mén)子（中國）有限公司
作者簡(jiǎn)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(dòng)化專(zhuān)業(yè)，主攻自動(dòng)控制系統的設計與維護，現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(chǎng)。
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