摘要：工業(yè)自動化程度的愈加深入，集中監(jiān)控、分散控制成為當今自動化盛行的一種聯網工程解決方案。作為自動化大家的西門子，其控制系統S7系列PLC，應用非常廣泛，為聯網工程提供了分散控制的高可靠解決方案。而如何實現集中監(jiān)控？是提高自動化程度的關鍵之一，可減少現場監(jiān)控設備、降低工程成本、減少現場技術人員，實現真正意義上的遠程集中監(jiān)控，實現完全自動化聯網。本文在深入分析德國赫優(yōu)訊netLINK功能和特性的基礎上，結合無錫北辰公司研發(fā)的OPC Server，通過污水處理聯網工程實例的解剖，針對西門子S7系列PLC集中監(jiān)控問題，提供了一種簡單方便、高可靠性的以太網解決方案。
關鍵詞: netLINK PLC 聯網工程 以太網 工廠自動化
Abstract: As the industrial automation researching deeply, the popular solution about network project is centralized monitor and decentralized control. Siemens as the automation expert, the application S7 PLC is widely, and it is also a high-credible solution about decentralized control. But how to realize centralized monitor is one key question about automation, it has something to do with lowing cost、decreasing monitor device and decreasing technical person. After analysis netLINK from Hilscher, with the OPC Server developed by BEICHEN, based on real project, providing one easy-way and high-credible Ethernet solution to realize S7 PLC centralized monitor.
Key words: NetLINK PLC Network Ethernet Factory Automation
1、 引言
計算機科學的高速發(fā)展，網絡化在工業(yè)自動化領域的廣泛應用，使得工業(yè)自動化經歷了從集中控制到分散控制的轉變，分散控制使得控制精度提高、實時性響應快、連接設備增多，而現場總線以其可靠性高、抗干擾能力強、現場布線簡單等優(yōu)勢，在現場層得到的廣泛的應用，如Siemens的PROFIBUS總線等，S7 PLC作為PROFIBUS主站，連接PROFIBUS從站，實現對從站設備的控制，從而達到分散控制的功能，此應用非常普遍。另一方面，當現場執(zhí)行設備很多，現場設備分散，現場需要監(jiān)控的數據量非常大，如果實現分散監(jiān)控，監(jiān)控設備需求量會很大，現場成本會很高，且需要更多的現場技術人員，而上述問題可通過集中監(jiān)控來解決，因此如何實現集中監(jiān)控成為關鍵問題之一，本文在深入分析德國赫優(yōu)訊網關netLINK的基本功能和性能特性的基礎上，基于某污水處理聯網項目，通過netLINK實現S7系列PLC的聯網，將MPI協議轉換為以太網，實現以太網光纖環(huán)網連接，將現場數據采集至總控室，通過無錫北辰公司研發(fā)的netLINK OPC Server，利用OPC方式，將數據發(fā)送至監(jiān)控軟件進行數據顯示與分析。此方案實現簡單方便，是Siemens S7系列PLC聯網工程的可靠解決方案。同時，netLINK對工程聯網項目改造，更有其優(yōu)勢所在，無需進行現場設備的硬件組態(tài)和程序修改，也無需進行設備停運，在不影響系統正常工作的情況，輕松實現工程聯網，可操作性強。是現場工程師聯網方案的極佳選擇。
2、 德國赫優(yōu)訊netLINK功能分析與性能特性
德國赫優(yōu)訊公司網關產品之一netLINK，如圖1所示，主要用于解決Siemens S7系列PLC的工程聯網問題，可將Siemens MPI、DP、PPI協議轉換為以太網協議，實現S7-200、S7-300、S7-400系列PLC的以太網連接，通過以太網對PLC內部DB塊、計數器、定時器、Memory、Input、Output等數據進行監(jiān)控，從而實現對現場所有設備數據的實時采集。
圖1. netLINK
netLINK結構小巧緊湊、應用簡單方便、性價比高、無需外接電源、支持即插即用功能，現場使用無需停止網絡設備，直接可對CPU數據進行監(jiān)控，同時netLINK還可實現對CPU程序的遠程下載，現場工程師可直接在總控室內對現場指定CPU進行程序的修改，非常方便。
另外netLINK提供驅動API函數，方便用戶進行二次開發(fā)，用戶可根據工程項目需求，利用高級語言如VC、VB等，自行開發(fā)上位監(jiān)控軟件，實現對現場設備的監(jiān)控。且許多國際國內知名SCADA/SoftPLC軟件廠商都已集成了netLINK驅動，可直接連接netLINK；國際知名的OPC提供廠商Kepware也可提供netLINK的OPC Server；自動化系統集成商無錫北辰更是針對netLINK的底層函數，研發(fā)了可支持無限數量netLINK的OPC，在經過多個項目的現場測試與使用后，OPC的可靠性得到了充分的驗證。本文正是基于無錫北辰研發(fā)的netLINK OPC Server，詳細介紹如何實現S7系列PLC在污水處理工程上的聯網應用。
3、 netLINK網關實現S7系列PLC聯網方案
3.1 項目背景
污水處理關系到國家資源建設的節(jié)約和環(huán)境的保護，處理的工藝流程比較復雜，所需現場設備的數量比較多，項目工程占地面積大，設備比較分散，工作站多且分散，因此一般污水處理過程都通過分散控制、集中監(jiān)控的方案來實現。
本論文所基于的某污水處理工程項目，項目自動控制部分主要包括：預處理站、生物處理站、污泥處理站、出水及雨水處理站和污泥消化干化站五個站點的控制系統。控制系統均采用Siemens S7-300作為CPU負責每個站點的分散控制，利用德國赫優(yōu)訊netLINK將S7-300 PLC連接至以太網，通過帶光纖接口的交換機，采用以太網容余光纖環(huán)網構架，實現高速通訊的網絡數據傳輸，從而將現場設備的數據傳至總控室，總控室上位計算機操作員站運行iFIX監(jiān)控軟件，通過無錫北辰公司研發(fā)的netLINK OPC Server，利用OPC方式，實現S7-300控制系統實時數據的讀寫，同時，工程師站也可通過STEP7軟件對所有S7-300站點CPU進行編程下載，所有操作均可在總控室中完成。
3.2 項目系統結構
上述已經詳細介紹了整個現場網絡結構框架及所采用的硬件和軟件，以下給出整個系統結構圖，如圖2所示。
圖2. 項目系統結構圖
4、 netLINK網關聯網方案實現
本項目中，netLINK不僅需要實現通過北辰公司OPC Server將CPU數據上傳至iFIX監(jiān)控軟件，進行現場設備的實時監(jiān)控，而且需要實現通過以太網連接至工程師站，利用STEP7對指定CPU進行程序下載功能。
4.1 netLINK網關的參數配置
德國赫優(yōu)訊netLINK網關的參數配置非常簡單方便，利用隨netLINK帶的光盤，安裝免費軟件SyCon，運行軟件，新建工程，插入一個netLINK設備，選擇TCP/IP驅動，通過內置軟件NetIdent進行網絡netLINK設備的搜索，選擇網絡上需要配置的netLINK，進行參數配置，參數配置如圖3所示，首先需要對IP地址進行配置，注意IP地址需要和運行計算機的IP地址處于同一網段上，否則無法連接硬件。Ethernet參數默認即可，PROFIBUS參數一般情況下默認即可，有時需要根據實際情況對MPI地址進行重設，默認為2。參數配置完成后，通過Online---Download下載設備參數信息至netLINK Flash中，永久保存。
圖3. netLINK參數配置圖
另外，由于需要通過工程師站，利用STEP7對CPU進行程序下載功能，因此需要通過SyCon軟件在netLINK硬件上加上IBH Driver的授權，打開SyCon，連接netLINK，選擇Online---Activate Driver，輸入授權碼，通過Online---Download下載即可。netLINK的參數配置如有問題，可直接聯系德國赫優(yōu)訊上海代表處。
4.2 無錫北辰開發(fā)的OPC Server軟件的組態(tài)
運行無錫北辰公司netLINK OPC安裝文件NetLinkOPC.V3.Setup，完成OPC Server的安裝。在桌面或者開始菜單中打開NetLinkOPC Editor；鼠標右擊左側BEICHEN NETLINK OPC列表，新建連接“New connetion”；選中新的連接，修改相關參數（站點名稱、IP地址和PLC地址），如圖4所示：IP地址即上述netLINK參數配置中所設IP地址，PLC地址一般為2。
在新建的System1上右鍵新建變量組“New group”，然后右鍵變量組新建變量“New item”，編輯變量名，選擇對應的地址區(qū)如DB、M、I、Q區(qū)；重復上述操作，根據PLC中的有效參數的設置，設置OPC Server中的數據區(qū)域。另外無錫北辰還提供了通過Excel表格進行參數配置的導入與保存快捷方式，用戶可簡單方便的進行參數配置。全部參數配置好后，點擊右下角“Save configure”，完成OPC Server的組態(tài)。OPC Server的組態(tài)如有問題，可咨詢無錫北辰自動化系統有限公司。
圖4. 北辰OPC參數配置
4.3 STEP7軟件的組態(tài)
首先需要安裝STEP7軟件，同時安裝IBH驅動，有關IBH驅動可通過IBH公司官方網站下載，在安裝好IBH驅動后，進入“控制面板”或啟動“STEP 7”，選擇菜單欄上的“Options”找到“設置PG/PC接口”雙擊打開，選擇IBHNet（MPI），點擊Properties，對部分參數進行設置，如圖5所示。關鍵是IP地址的設定，設置需要連接的netLINK的IP地址，完成后保存，并下載至模塊中，完成STEP7與netLINK的連接。
圖5. PG/PC參數配置
5、 通訊測試
以下通過簡單的通訊測試，驗證通訊的狀態(tài)，主要進行兩個測試，一是通過STEP7內部測試程序，測試通過netLINK與S7-300的通訊狀態(tài)，二是利用OPC Client，連接無錫北辰OPC Server，測試netLINK與S7-300的數據監(jiān)控狀態(tài)。
5.1 STEP7與S7-300通訊測試
打開STEP 7軟件，選擇PLC---Monitor/Modify Variables，設定測試參數，單擊“Monitor Values”， 查看地址狀態(tài)，如圖6所示，M區(qū)地址可被讀寫控制，說明數據傳輸狀態(tài)良好，通訊連接正常，說明netLINK通過IBH驅動，可實現STEP7與S7-300的通訊，同時可通過PLC---Download，對編輯程序進行遠程下載，工程師可在總控室內，通過netLINK，選定IP地址，利用以太網對遠程指定CPU進行程序下載操作。
圖6. STEP7測試界面
5.2 OPC Client監(jiān)控數據測試
本項目中使用iFIX作為監(jiān)控軟件，通過iFIX提供的OPC Client，連接無錫北辰OPC Server，從而實現通過OPC通訊，對CPU數據進行實時監(jiān)控。而測試過程，可選擇任何一家OPC客戶端軟件或者任何支持OPC監(jiān)控軟件進行測試。本文鑒于項目原因，使用Kepware OPC Client進行測試，打開OPC Client，建立連接，選擇BEICHEN.NETLINK.OPC.V3，導入所有OPC Server中所設置的變量，如圖7所示。
圖7. OPC Client測試界面
工程中將導入的所有現場數據，進行標簽的設定，通過iFIX圖形化界面顯示各參數，并通過各參數之間的配合關系，動態(tài)顯示現場執(zhí)行設備的工作狀態(tài)等，從而實現對監(jiān)控現場設備工作狀態(tài)的靜態(tài)或動態(tài)仿真，并可通過報警等信息，對現場的運行狀態(tài)進行實時的控制與處理。
6、 總結
本文在深入分析德國赫優(yōu)訊網關netLINK的基本功能和性能特性的基礎上，基于污水處理工程項目，詳細剖析了如何實現通過netLINK進行S7系列PLC的聯網，集中監(jiān)控現場設備的運行狀態(tài)；如何實現通過netLINK，利用STEP7對S7系列PLC進行遠程的配置下載，并通過兩個具體的通訊測試，測試通訊連接的狀態(tài)，測試結果說明通訊狀態(tài)良好。
而本文所基于的污水處理工程項目從08年初測試完成后，截至到目前，已經實現了8個月的無故障運行，更加說明通過德國赫優(yōu)訊netLINK實現S7系列PLC的工程聯網，是一種可靠的聯網方案。相信netLINK可以為廣大自動化用戶提供Siemens控制系統聯網便捷且切實可行的解決方案。
另外，德國赫優(yōu)訊在netLINK的基礎上，繼續(xù)深入研究，新一代產品NL50-MPI基于德國赫優(yōu)訊百分百知識產權的網絡控制芯片netX，功能更加強大，可支持同時連接32個MPI、16個TCP/IP，且內部集成IBH驅動，可直接連接STEP7，實現CPU的程序下載并監(jiān)控遠程設備狀態(tài)信息。
參考文獻
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