隨著工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)的集成化，開放化程度越來越高，不僅使得控制設(shè)備之間的通信更加容易，維護(hù)更加簡單，而且也便于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，車間網(wǎng)絡(luò)組成一個(gè)整體，便于整體的管理。本文以西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，分析工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。

1 對現(xiàn)場情況分析

    在化工品生產(chǎn)企業(yè)主要有以下部門組成:生產(chǎn)車間、罐區(qū)、公用工程和污水處理等。所以應(yīng)根據(jù)不同部門的特點(diǎn)來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布置。

    生產(chǎn)車間:第一:由于生產(chǎn)設(shè)備比較多，分布較為分散，生產(chǎn)操作常常需要在現(xiàn)場進(jìn)行。所以，常常采用PLC作為控制設(shè)備，控制操作屏或觸摸屏等HMI操作設(shè)備，對單獨(dú)或幾個(gè)設(shè)備現(xiàn)場的操作、控制。而不像大型化工對蒸餾塔、反應(yīng)釜等設(shè)備采用DCS進(jìn)行控制，微機(jī)進(jìn)行控制室直接操控。

    第二:生產(chǎn)設(shè)備之間常常需要通訊。在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)設(shè)備多以反應(yīng)罐為主，對反應(yīng)罐有加熱和冷卻、供排料、攪拌、流量、PH、溫度控制等操作。因?yàn)樵O(shè)備比較分散，數(shù)量較多，設(shè)備之間也經(jīng)常要進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，以實(shí)現(xiàn)倒料，進(jìn)料等。

    第三:除了車間內(nèi)設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，車間與罐區(qū)間也需要數(shù)據(jù)交換。生產(chǎn)所用的原料來自罐區(qū)，生產(chǎn)時(shí)，車間要向罐區(qū)提供原料申請等信息，因此車間與堆區(qū)之間的數(shù)據(jù)通訊也是非常重要的。罐區(qū):除了與車間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換以實(shí)現(xiàn)供料，同樣也需要自身的一些操作，如裝罐，自循環(huán)等。

    由于公用工程和污水處理設(shè)備或控制的自身特點(diǎn)，可以在控制室內(nèi)進(jìn)行集中控制或監(jiān)控，所以采用微機(jī)和控制器結(jié)合的方式進(jìn)行控制，而不使用控制屏。

圖1 車間與罐區(qū)通訊示意圖

    因此，由于各部分特點(diǎn)，車間與罐區(qū)之間經(jīng)常的數(shù)據(jù)通訊較多，為保障數(shù)據(jù)通訊的可靠性、設(shè)備連接的數(shù)量要求，對車間和罐區(qū)的進(jìn)行通訊合理安排，主要采用如圖1方式進(jìn)行。

    根據(jù)示意圖，車間中設(shè)備當(dāng)需要從罐區(qū)供料時(shí)，先和車間內(nèi)的公用工程控制器提出申請，然后再由此控制器向罐區(qū)進(jìn)行打料的申請和停止信號。這樣便帶來了一些好處:

    1)取消了車間設(shè)備與罐區(qū)直接通訊的方式。通過車間內(nèi)的公用工程代理控制，與罐區(qū)通訊，減少了罐區(qū)控制器需連接的數(shù)目，保證了罐區(qū)控制器受通訊連接數(shù)量的限制等。

    2)保證了車間控制的獨(dú)立性。

    3)防止各控制設(shè)備對公用工程的直接控制，減少了因?yàn)橥ㄓ嵒靵y錯(cuò)誤，造成其他問題引可能性。

2 網(wǎng)絡(luò)的選擇和配置

    西門子S7-300 PLC提供了兩種最常用的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接口，MPI和DP網(wǎng)絡(luò)。通過添加模塊CP343以太網(wǎng)模塊，可以使PLC也具有以太網(wǎng)通訊功能。在使用之前，首先要根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的使用功能和相互關(guān)聯(lián)性，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和要求來進(jìn)行劃分，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

    MPI:適用于小范圍、小點(diǎn)數(shù)，現(xiàn)場級通訊，傳精速率一般設(shè)置為默認(rèn)值:187.5kbps。最多可連接32個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大通訊距離50m。

    對網(wǎng)絡(luò)的劃分，首先要考慮到使用功能和各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的自身特點(diǎn)，站點(diǎn)數(shù)量等，并便于維護(hù)人員的維護(hù)和操控人員的操作，車間生產(chǎn)分析人員的分析等。圖2,圖3是對設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)分配、使用圖。

    PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò):在該生產(chǎn)系統(tǒng)中采用DP網(wǎng)絡(luò)，用于連接各控制器的控制界面 MP377、變頻器、分布式I/O和第三方設(shè)備。主要是從以下幾方面原因考慮:

    1)由于車間、罐區(qū)距離較遠(yuǎn)。在1.5Mbps速率下，設(shè)備之前通訊的距離最多是200m，所以不采用此網(wǎng)絡(luò)作為設(shè)備之間的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

    2)生產(chǎn)設(shè)備上會(huì)有攪拌速度調(diào)節(jié)等要求。要采用變頻器對電機(jī)進(jìn)行平滑速度調(diào)節(jié)，因此采甩DP網(wǎng)絡(luò)作為對西門子MM440的控制方案，使用行比較簡單。

    3)為了節(jié)省資源，有些設(shè)備可以共用一個(gè)CPU，但是設(shè)備之間的距離較遠(yuǎn)，或輸入愉出點(diǎn)數(shù)量較大，使用分布式I/0便很容易解決以上問題。分布式I/0需要接入DP接口。 

    4)DP網(wǎng)絡(luò)可以支持其他的第三方設(shè)備。

    MPI網(wǎng)絡(luò):由于各車間與雛區(qū)之間以及車間內(nèi)部的設(shè)備間往往需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。如進(jìn)行倒、供料等工藝協(xié)調(diào)的通訊作用，通訊不需要較高的實(shí)時(shí)性，而且也不需要較大的數(shù)據(jù)量。因此只采用MPI進(jìn)行車間內(nèi)設(shè)備或車間與罐區(qū)之間的數(shù)據(jù)交換，即保證了數(shù)據(jù)的可靠性，也可以傳輸較長的距離。

    工業(yè)以太網(wǎng):在該系統(tǒng)中，工業(yè)以太網(wǎng)供生產(chǎn)控制室監(jiān)控、PLC維護(hù)、以及車間或企業(yè)數(shù)據(jù)分析使用。通過西門子專用的交換機(jī)和CP343可以將CPU和MP377接到以太網(wǎng)上，可以將遠(yuǎn)程電腦連到工業(yè)以太網(wǎng)上方便的進(jìn)行訪問和維護(hù)。而電腦上不需要特殊的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。合理的對!P地址、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分后，可以放大站點(diǎn)的數(shù)量。

圖2 單個(gè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)配置

圖3 設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)使用圖

    1)MP377利用WinCC flexible進(jìn)行組態(tài)后，可以使用Sm@rtClient輕松的進(jìn)行對每個(gè)MP377的界面的操控，功能鍵等也可以進(jìn)行使用。通過對權(quán)限的設(shè)置，可以供車間控制人員遠(yuǎn)程控制，和生產(chǎn)分析人員等的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集。

    2)利用工業(yè)以太網(wǎng)，對PLC維護(hù)人員非常方便，在控制室內(nèi)就可以非常輕松的訪問每個(gè)CPU,HMI，并對其進(jìn)行組態(tài)、程序更改、監(jiān)控以及故障分析等操作，也可對MP377組態(tài)畫面進(jìn)行下載，而不用必須到現(xiàn)場進(jìn)行維護(hù)。

    3)對編程維護(hù)或監(jiān)控設(shè)備沒有過多的要求，只需普通以太網(wǎng)卡，在進(jìn)行維護(hù)時(shí)，在STEP7中選擇相應(yīng)的以太網(wǎng)設(shè)備即可。

    4)由于工業(yè)以太網(wǎng)對站點(diǎn)的數(shù)量要求比較小，所以可以把較多的站點(diǎn)連接到統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)上，可以實(shí)現(xiàn)更多設(shè)備的互聯(lián)。一個(gè)CPU過多的使用自身的通訊接口連接也會(huì)給CPU帶來通訊負(fù)擔(dān)，使用CP343進(jìn)行工業(yè)以太網(wǎng)通訊可以減小CPU的通訊負(fù)擔(dān)。因此，當(dāng)設(shè)備過多的時(shí)候，也可以進(jìn)行工藝協(xié)調(diào)的數(shù)據(jù)交換，來補(bǔ)足MPI網(wǎng)絡(luò)對站點(diǎn)的要求。

3 結(jié)束語

    合理分配和利用控制系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)通訊，對保證生產(chǎn)和減少維護(hù)量，顯得非常重要。因此，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)使用的用途、網(wǎng)絡(luò)所具有的特點(diǎn)、使用的范圍、場合和新技術(shù)的應(yīng)用，可以使網(wǎng)絡(luò)的功能、可靠性得到保證。并且也使得操控、生產(chǎn)分析和維護(hù)過程變得更加的簡單，更加的集成化管理。

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