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摘  要：以SIEMENSPLC網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用為例，對(duì)大型火電廠輸煤控制系統(tǒng)中各設(shè)備控制用PLC如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接與配置，以達(dá)到各設(shè)備間工作協(xié)調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)金字塔管理與控制作了簡(jiǎn)單的描述。

關(guān)鍵詞：PLC；聯(lián)網(wǎng)；輸煤控制

一、引言

隨著火電廠規(guī)模和單機(jī)容量的擴(kuò)大，許多大型工礦設(shè)備在輸煤系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，且多數(shù)具備自動(dòng)或半自動(dòng)功能，如翻車(chē)機(jī)、斗輪機(jī)、入場(chǎng)煤采樣機(jī)、入爐煤采樣機(jī)和環(huán)式給煤機(jī)等都有各自的PLC控制系統(tǒng)。如何組織和管理好這些大型設(shè)備，使整個(gè)輸煤系統(tǒng)在最高效率狀態(tài)下運(yùn)行，是國(guó)內(nèi)火電廠輸煤專(zhuān)業(yè)發(fā)展中需要解決的首要問(wèn)題。全集成化的輸煤過(guò)程控制器網(wǎng)絡(luò)是能夠滿(mǎn)足對(duì)輸煤設(shè)備的管理與控制要求的好途徑。

二、PLC聯(lián)網(wǎng)的目的

1、提高控制范圍及控制規(guī)模

可編程控制器（PLC）多安裝于現(xiàn)場(chǎng)，用于當(dāng)?shù)乜刂�；如果進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，則可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。聯(lián)網(wǎng)距離可以為幾十至幾千米或更遠(yuǎn)，大大提高了PLC的控制范圍，聯(lián)網(wǎng)后還可增加PLC可控制的I/O點(diǎn)數(shù)。

2、實(shí)現(xiàn)綜合及協(xié)調(diào)控制

要使各設(shè)備協(xié)調(diào)工作，較好的辦法是將分別控制各設(shè)備的PLC進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。而設(shè)備間的工作協(xié)調(diào)，則靠聯(lián)網(wǎng)后PLC間的數(shù)據(jù)交換解決。

對(duì)于若干設(shè)備及裝置組成的生產(chǎn)線(xiàn)，PLC聯(lián)網(wǎng)后則可進(jìn)行綜合控制，把對(duì)設(shè)備級(jí)的控制提高到對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)的控制。

3、實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控及管理

由于計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的信息處理及信息顯示功能，工業(yè)控制系統(tǒng)已越來(lái)越多地利用計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控與管理，而要計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，則必須將PLC與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)以下功能：

• 讀取PLC工作狀態(tài)及PLC所控制的I/O點(diǎn)狀態(tài)，并顯示在計(jì)算機(jī)的屏幕上，以便于人們了解PLC及其控制設(shè)備的工作狀態(tài)。

• 改變PLC工作狀態(tài)，以及向PLC寫(xiě)數(shù)據(jù)。這樣做可改變PLC所控制設(shè)備的工作狀況或工作模式，起到干預(yù)控制的作用。

• 讀取由PLC所采集的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、顯示及打印。

計(jì)算機(jī)與PLC聯(lián)網(wǎng)后，再使用相應(yīng)的編程軟件（如梯形圖或流程圖）及其它高級(jí)語(yǔ)言編程，比較方便；可簡(jiǎn)化系統(tǒng)布線(xiàn)、維修，并提高工作的可靠性；可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能裝置（包括智能設(shè)備、智能儀表、智能傳感器等）進(jìn)行管理，充分發(fā)揮這些裝置的效益，推進(jìn)生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化。

三、PLC網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

以國(guó)內(nèi)輸煤系統(tǒng)應(yīng)用較多的SIEMENSS7/S5系列PLC器件為例闡述PLC網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。

1、生產(chǎn)金字塔結(jié)構(gòu)

PLC制造廠家常用生產(chǎn)金字塔PP（Productivity Pyramid）結(jié)構(gòu)來(lái)描述它的產(chǎn)品所能提供的功能。圖1為SIEMENS公司的金字塔。它表明SIEMENSPLC及其網(wǎng)絡(luò)在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中由下到上、在每層都發(fā)揮作用：金字塔頂部負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理，金字塔底部實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與控制，金字塔中間層負(fù)責(zé)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控及優(yōu)化。

2、SIEMENSPLC網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

PLC網(wǎng)絡(luò)的分層與生產(chǎn)金字塔結(jié)構(gòu)中的分層不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，后來(lái)的幾層功能可以合并由、 1層子網(wǎng)去實(shí)現(xiàn)，只要這幾層功能中傳送的信息對(duì)通信的要求基本一致。采用復(fù)合型結(jié)構(gòu)不僅使通信具有適應(yīng)性，而且具有良好的可擴(kuò)展性。

以一個(gè)典型的工廠自動(dòng)化系統(tǒng)3級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例�；�于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS－DP/PA控制系統(tǒng)位于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的底層，即現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車(chē)間級(jí)。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS是面向現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車(chē)間級(jí)的數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)。
各層的主要功能分述如下：

（1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：

主要功能是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如分散式I/O、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、開(kāi)關(guān)設(shè)備等；完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制及設(shè)備間連鎖控制，如1臺(tái)加工設(shè)備控制、1條裝配輸送線(xiàn)或1條生產(chǎn)線(xiàn)上設(shè)備之間的連鎖控制。主站（PLC，PC機(jī)或其它控制器）負(fù)責(zé)總線(xiàn)通信管理及所有從站的通信�？偩�(xiàn)上所有設(shè)備生產(chǎn)工藝控制程序存儲(chǔ)在主站中，并由主站執(zhí)行。

（2）車(chē)間監(jiān)控層：

用來(lái)完成車(chē)間主生產(chǎn)設(shè)備之間的連接，如1個(gè)車(chē)間3條生產(chǎn)線(xiàn)主控制器之間的連接；完成車(chē)間級(jí)設(shè)備監(jiān)控，包括生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)控、設(shè)備故障報(bào)警及維護(hù)等。通常還具有諸如生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度等車(chē)間級(jí)生產(chǎn)管理功能。車(chē)間級(jí)監(jiān)控通常要設(shè)立車(chē)間監(jiān)控室，有操作員工作站及打印設(shè)備。車(chē)間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)可采用PROFIBUS－FMS，它是一個(gè)多主網(wǎng)，這一級(jí)數(shù)據(jù)傳輸速度并不是最重要的，而在于能傳送大量信息。

（3）工廠管理層：

車(chē)間操作員工作站可通過(guò)集線(xiàn)器與車(chē)間辦公管理網(wǎng)連接，將車(chē)間生產(chǎn)數(shù)據(jù)送到車(chē)間管理層。車(chē)間管理網(wǎng)作為工廠主網(wǎng)的一個(gè)子網(wǎng)，通過(guò)交換機(jī)、網(wǎng)橋或路由器等連接到廠區(qū)骨干網(wǎng)，將車(chē)間數(shù)據(jù)集成到工廠管理層。車(chē)間管理層采用以太網(wǎng)，即IEC802．3，TCP/IP的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；廠區(qū)骨干網(wǎng)可根據(jù)工廠實(shí)際情況，采用如FDDI或ATM等網(wǎng)絡(luò)。

四、輸煤控制系統(tǒng)PLC網(wǎng)絡(luò)的配置

整個(gè)輸煤程控網(wǎng)絡(luò)的配置如圖2，整套網(wǎng)絡(luò)全部采用SIEMENS的設(shè)備，這樣可以使用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)完全的分布式結(jié)構(gòu)，并充分獲得這一先進(jìn)技術(shù)所帶來(lái)的好處。

1、網(wǎng)絡(luò)最上層為以太網(wǎng)，2臺(tái)PLC直接掛接在網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備，以便可靠地將輸煤系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù)傳送至全廠MIS。同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)將化驗(yàn)站、分爐計(jì)量和皮帶秤來(lái)的信息也送至MIS。

2、網(wǎng)絡(luò)第2層為PROFIBUS－DP網(wǎng)，5臺(tái)PLC分屬輸送機(jī)子系統(tǒng)、翻車(chē)機(jī)子系統(tǒng)、斗輪機(jī)子系統(tǒng)1、環(huán)給子系統(tǒng)、斗輪機(jī)子系統(tǒng)2，在運(yùn)行各子系統(tǒng)的同時(shí)通過(guò)PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò)與PLC1和PLC2進(jìn)行通信，以便接收參數(shù)或發(fā)送狀態(tài)。操作員站和工程師站連接在PROFIBUS總線(xiàn)上作為監(jiān)控站，可完成遠(yuǎn)程編程、修改參數(shù)及在線(xiàn)監(jiān)控功能。

3、網(wǎng)絡(luò)第3層為遠(yuǎn)程I/O鏈路：AS－i接口層，遠(yuǎn)方現(xiàn)場(chǎng)的一些執(zhí)行器、傳感器或小型模塊（LOGO！）通過(guò)DP/AS－I鏈接器和PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，以便接收參數(shù)或發(fā)送狀態(tài)。

4、網(wǎng)絡(luò)具體配置如下

• PLC1，PLC2：采用S7－400系列CPU415－2DP，外加以太網(wǎng)通信模塊CP342－1；

• PLC3，PLC4，PLC5，PLC6，PLC7：采用S7－300系列CPU315。

• 操作員站和工程師站：采用PG760，它是一種功能強(qiáng)大的臺(tái)式計(jì)算機(jī)，與通常的AT/Micro DOS/Windows PC機(jī)兼容。PG760有集成的MPI接口。選擇CP5411網(wǎng)卡可連接到PROFIBUS－DP上。配置STEP7編程軟件包可作為編程設(shè)備使用。使用PG760通常還要配置WINCC等軟件包作為監(jiān)控操作站使用。

五、結(jié)束語(yǔ)

一個(gè)面向整個(gè)輸煤過(guò)程的并能滿(mǎn)足整體協(xié)調(diào)、管控協(xié)調(diào)、可靠性高、組態(tài)靈活且簡(jiǎn)單實(shí)用的PLC網(wǎng)絡(luò)，是當(dāng)前大型火電廠自動(dòng)化控制工作中的重要環(huán)節(jié)，也是為達(dá)到提高生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗的目的所勢(shì)在必行的。