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案例頻道一、前言
隨著控制技術、計算機技術和網(wǎng)絡技術的高速發(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)絡通信技術，同時由于國際現(xiàn)場總線技術標準化工作沒有達到人們理想中的結果，以太網(wǎng)及TCP/IP技術卻逐步在自動化行業(yè)中得到應用，并發(fā)展成為一種技術潮流。
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傳動技術網(wǎng)絡通訊協(xié)議，實現(xiàn)PLC與主傳動控制系統(tǒng)6RA24以及分設在操作臺、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、主速度設定與速度級聯(lián)調、活套張力控制和套高自動控制和負荷自動分配、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)絡來滿足生產(chǎn)的實際。為此結合現(xiàn)場實際應用的情況引入當今技術成熟且廣泛使用的工業(yè)以太網(wǎng)以及TCP/IP技術來代替原有的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)絡配置，增大數(shù)據(jù)傳輸量，加快傳輸速度，增加網(wǎng)絡用戶的目的。
二、 硬件配置和網(wǎng)絡結構
從硬件配置和網(wǎng)絡結構圖中可以看出，整個以太網(wǎng)分PLC主站、實時監(jiān)控用計算機網(wǎng)絡、生產(chǎn)現(xiàn)場計算機網(wǎng)絡三個部分,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)絡用以顯示整個核心控制系統(tǒng)的相關數(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備運行信息；生產(chǎn)現(xiàn)場計算機網(wǎng)絡主要安裝在操作臺，用以輔助操作人員對現(xiàn)場設備進行必要的參數(shù)設定、修訂，實時顯示設備的運行狀態(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(jiān)控設備以及其它 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)絡連接接口：10M/100M自適應以太網(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，主要用于100M網(wǎng)絡。
4、 集線器（HUB）
系統(tǒng)應用了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)絡連接。
二、網(wǎng)絡傳輸控制協(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)議組的準確名稱應該是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)議有關的其它協(xié)議及網(wǎng)絡應用，如用戶數(shù)據(jù)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體系結構稱作Internet體系結構。
►以太網(wǎng)是TCP/IP使用最普遍的物理網(wǎng)絡，實際上TCP/IP技術支持各種局域網(wǎng)絡協(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?傳輸速率達到10M～100M。
三、網(wǎng)絡用戶及工作站
根據(jù)現(xiàn)有設備及現(xiàn)場的需求，目前設立5#操作臺、6#操作臺、主控室、編程器、車間級HMI等5個網(wǎng)絡用戶和工作站。考慮到下一步要建立實時數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡中預留了多個用戶端口，以便實現(xiàn)網(wǎng)絡升級，運用Internet網(wǎng)絡技術實現(xiàn)車間級生產(chǎn)信息及產(chǎn)品質量信息的管理。
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)品質量信息管理雛形,為今后管理的科學化、準確化提供技術數(shù)據(jù)支持。
參考文獻：
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)于山東建材學院工業(yè)電氣自動化專業(yè)，主攻自動控制系統(tǒng)的設計與維護，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