PLC系統設計中利用工控產品巧搭配使系統更優化

[摘要] 本文結合有關PLC設計的實際項目，通過提出、分析、比較幾種設計方案來說明巧妙的設計思路、恰當的選用硬件設備在系統優化中的重要性。
[關鍵詞] PLC；優化；選型
1．概述
隨著時代的發展和科學技術水平不斷的提高，工業工程逐漸走向大規?；?、集成化。同時，越來越多的各具功能的工業產品充斥在我們設計人員的周圍，如何更好的利用這些多如繁星的產品，做到工程的最優化，是設計人員一直努力的目標。本文結合實際，談談PLC在工程項目中的如何與其他產品巧搭配，使得整個系統更經濟、高效、可靠。
2．項目背景
在中海石油煉化公司惠州項目離心鼓風機配套電自控系統中，系統配置如下：就地安置的低壓電控柜六套，用來完成各自風機子系統的啟停等功能；PLC遠地自控機柜一套，選用西門子S7-300系列，采集整個風機系統的溫度、流量、油壓等模擬量后通過上位機輸出顯示、報警。風機系統的溫度采集點有很多，本項目中每套風機各有3個電機定子溫度、2個電機支撐軸承的溫度、風機的2個支撐軸承的溫度和1個止推軸承的溫度，溫度點共計48個。若選擇西門子8點模擬量輸入模塊，則共需要6塊。（如圖1）再加上軸震動度、油管壓力、出口風壓等模擬量輸入，需要選用的PLC的模擬量輸入模塊的數量太多，成本高、安裝難。那么，如何在保證甚至提高系統性能的前提下盡可能的減少擴展模塊呢？
3．提出新思路
西門子的S7-300系列PLC的部分CPU配備了PROFIBUS DP主站/從站接口，所以我們可以利用PROFIBUS總線傳輸協議來批量的獲取現場溫度信號。PROFIBUS –DP用于現場層的高速數據傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發送輸出信息?？偩€循環時間必須要比主站（PLC）程序循環時間短。除周期性用戶數據傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態．診斷和報警處理。
我們知道，溫度信號可以通過巡檢的方式集中采集，所以根據實際情況，我選擇陜西工業自動化工程公司研制生產的SS7-16型16路溫度巡檢儀共3臺。但這種型號的溫度巡檢儀采用Modbus RTU協議（RS485口）進行通信，Modbus 協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡（例如以太網）和其它設備之間可以通信。它作為一種通用工業標準，已經廣泛應用在不同廠商生產的控制設備所組成的工業網絡中，實現集中監控。
兩示意圖分別是使用模擬量擴展模塊和溫度巡檢儀采集溫度信號的示意圖，直觀的比較兩圖不難發現，主—從站的結構形式具有以下優勢：
1、節省硬件數量與投資。
2、節省安裝費用。
3、節省維護開銷。
4、用戶具有高度的系統集成主動權。
5、提高了系統的準確性與可靠性。
既然這種思路有很大的優勢，那么我們就可以拋棄模擬量輸入模塊，用溫度巡檢儀取而代之，下面我們對其更深入的進行分析。
4．列出兩種方案
針對兩種設備采用兩種協議的情況，下位機需要增加一個設備來完成Modbus RTU協議轉POFIBUS協議的工作。雖然改變了選型思路給我們帶來了新問題，但工控市場上琳瑯滿目的產品能幫我們輕松的解決。針對Modbus RTU協議轉POFIBUS協議的問題，容易想到兩種方案。
方案一：利用西門子公司的CP341通信模塊。
CP341模塊是西門子S7—3001400系列PLC中的串行通訊模塊。該模塊具有1個可選的串行通訊口（本項目選為RS485口）CP341模塊可以同時與多臺串行通訊設備進行通訊，如同時連接多個變頻器、巡檢儀等。其處理器可以特別方便和簡單地進行參數化。如果采用RS422／485 Modbus RTU通訊方式，需要在發送的數據包中包括站號、數據區、讀寫指令等信息。供CP341模塊所連接的從站設備鑒別數據包是發給哪個站的。以及該數據包是對那個數據區進行的讀或寫的功能。
使用CP341的好處在于這種通信模塊與CPU同廠家，兼容性和可靠性好。缺點在于此模塊需要另付軟件和硬狗的費用，對小型項目來說成本不低。
方案二：利用協議轉換器進行協議轉換
協議轉換器就是網橋，或稱工業網關，用于在鏈路層完成LAN之間或LAN與WAN之間數據包的存儲和轉發及不同物理接口之間的轉換。如果以太網的網絡類型不同（比如以太網以及令牌環），因為彼此不識別對方的幀格式傳輸方法，所以單純依靠數據鏈路層協議是無法實現兩個網絡的相互連接因此這個問題在網絡層上進行解決：方法是在不同的網絡類型中分別置兩個網關，網絡與網絡之間通過網關相連，因此網關起到協議轉換的作用 。
近年來協議轉換器產品的品質、性能日趨成熟，品牌也多種多樣，功能也十分強大，我們拿瑞典的“Anybus”為例說明如何在項目中使用。
根據本項目的要求，我們可以選擇Profibus-DP Serial Gateway系列產品，通過配套的軟件可以選擇不同類型的串口（RS232/422/485/） Anybus Communicator提供了一種Modbus RTU主站模式。在這種模式下網關輪詢一個或多個Modbus從設備并將從設備中獲取的數據映射到網關內部存儲區。用戶可以選擇使用預定義的標準Modbus命令，也可以利用網關的高級數據處理功能來定義通訊報文，這樣網關和現場總線主站之間交換的僅僅是所選擇的數據。這種功能很適合將溫度巡檢儀作為從站，然后利用網關依次對其采集到的數據進行讀取。
比較兩種方案，前者由于通信模塊與CPU同一廠家，系統較為可靠穩定。但由于需要購買軟件和加密狗，使得成本偏高；而后者更為經濟，而且協議轉換器體積小巧、使用簡便，更適合應用在某些特殊的場合。另外，在項目要求寬泛的情況下，我們可以采用與PLC同協議的從站設備，這樣省去了協議轉換這一程序，讓系統更加優化。
5．結束語
選擇產品、設備的目的是使控制系統的設計、安裝、投運到正常生產運行及其檢修維護，都體現出優越性。五花八門的硬件、模塊就像一塊塊七巧板，不同的搭配組合會產成不同的效果。所以，當我們在拿到一個項目并開始考慮選擇硬件時，可以多換幾種思路，并將每一種方案思路落實在圖紙上便于更加清晰的比較、推敲?？萍嫉倪M步有目共睹，產品的功能日新月異，在工業設計中已沒有一成不變的方法，作為工業控制的一名技術設計人員，我們應該勤動腦、開闊思路，多快好省的解決問題。