netLINK在污水處理聯(lián)網(wǎng)工程中的應(yīng)用
1、 引言
計(jì)算機(jī)科學(xué)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使得工業(yè)自動(dòng)化經(jīng)歷了從集中控制到分散控制的轉(zhuǎn)變，分散控制使得控制精度提高、實(shí)時(shí)性響應(yīng)快、連接設(shè)備增多，而現(xiàn)場(chǎng)總線以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、現(xiàn)場(chǎng)布線簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)場(chǎng)層得到的廣泛的應(yīng)用，如Siemens的PROFIBUS總線等，S7 PLC作為PROFIBUS主站，連接PROFIBUS從站，實(shí)現(xiàn)對(duì)從站設(shè)備的控制，從而達(dá)到分散控制的功能，此應(yīng)用非常普遍。另一方面，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備很多，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分散，現(xiàn)場(chǎng)需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)量非常大，如果實(shí)現(xiàn)分散監(jiān)控，監(jiān)控設(shè)備需求量會(huì)很大，現(xiàn)場(chǎng)成本會(huì)很高，且需要更多的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員，而上述問題可通過集中監(jiān)控來解決，因此如何實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控成為關(guān)鍵問題之一，本文在深入分析德國赫優(yōu)訊網(wǎng)關(guān)netbbbb的基本功能和性能特性的基礎(chǔ)上，基于某污水處理聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，通過netbbbb實(shí)現(xiàn)S7系列PLC的聯(lián)網(wǎng)，將MPI協(xié)議轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)連接，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集至總控室，通過無錫北辰公司研發(fā)的netbbbb OPC Server，利用OPC方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示與分析。此方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便，是Siemens S7系列PLC聯(lián)網(wǎng)工程的可靠解決方案。同時(shí)，netbbbb對(duì)工程聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目改造，更有其優(yōu)勢(shì)所在，無需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的硬件組態(tài)和程序修改，也無需進(jìn)行設(shè)備停運(yùn)，在不影響系統(tǒng)正常工作的情況，輕松實(shí)現(xiàn)工程聯(lián)網(wǎng)，可操作性強(qiáng)。是現(xiàn)場(chǎng)工程師聯(lián)網(wǎng)方案的極佳選擇。
2、 德國赫優(yōu)訊netbbbb功能分析與性能特性
德國赫優(yōu)訊公司網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品之一netbbbb，如圖1所示，主要用于解決Siemens S7系列PLC的工程聯(lián)網(wǎng)問題，可將Siemens MPI、DP、PPI協(xié)議轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)S7-200、S7-300、S7-400系列PLC的以太網(wǎng)連接，通過以太網(wǎng)對(duì)PLC內(nèi)部DB塊、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、Memory、bbbbb、Output等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。
圖1. netbbbb
netbbbb結(jié)構(gòu)小巧緊湊、應(yīng)用簡(jiǎn)單方便、性價(jià)比高、無需外接電源、支持即插即用功能，現(xiàn)場(chǎng)使用無需停止網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，直接可對(duì)CPU數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)netbbbb還可實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU程序的遠(yuǎn)程下載，現(xiàn)場(chǎng)工程師可直接在總控室內(nèi)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)指定CPU進(jìn)行程序的修改，非常方便。
另外netbbbb提供驅(qū)動(dòng)API函數(shù)，方便用戶進(jìn)行二次開發(fā)，用戶可根據(jù)工程項(xiàng)目需求，利用高級(jí)語言如VC、VB等，自行開發(fā)上位監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。且許多國際國內(nèi)知名SCADA/SoftPLC軟件廠商都已集成了netbbbb驅(qū)動(dòng)，可直接連接netbbbb；國際知名的OPC提供廠商Kepware也可提供netbbbb的OPC Server；自動(dòng)化系統(tǒng)集成商無錫北辰更是針對(duì)netbbbb的底層函數(shù)，研發(fā)了可支持無限數(shù)量netbbbb的OPC，在經(jīng)過多個(gè)項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與使用后，OPC的可靠性得到了充分的驗(yàn)證。本文正是基于無錫北辰研發(fā)的netbbbb OPC Server，詳細(xì)介紹如何實(shí)現(xiàn)S7系列PLC在污水處理工程上的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
3、 netbbbb網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)S7系列PLC聯(lián)網(wǎng)方案
3.1 項(xiàng)目背景
污水處理關(guān)系到國家資源建設(shè)的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù)，處理的工藝流程比較復(fù)雜，所需現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)量比較多，項(xiàng)目工程占地面積大，設(shè)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(shí)現(xiàn)。
本論文所基于的某污水處理工程項(xiàng)目，項(xiàng)目自動(dòng)控制部分主要包括：預(yù)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(gè)站點(diǎn)的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)均采用Siemens S7-300作為CPU負(fù)責(zé)每個(gè)站點(diǎn)的分散控制，利用德國赫優(yōu)訊netbbbb將S7-300 PLC連接至以太網(wǎng)，通過帶光纖接口的交換機(jī)，采用以太網(wǎng)容余光纖環(huán)網(wǎng)構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)高速通訊的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，從而將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳至總控室，總控室上位計(jì)算機(jī)操作員站運(yùn)行iFIX監(jiān)控軟件，通過無錫北辰公司研發(fā)的netbbbb OPC Server，利用OPC方式，實(shí)現(xiàn)S7-300控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的讀寫，同時(shí)，工程師站也可通過STEP7軟件對(duì)所有S7-300站點(diǎn)CPU進(jìn)行編程下載，所有操作均可在總控室中完成。
3.2 項(xiàng)目系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
上述已經(jīng)詳細(xì)介紹了整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架及所采用的硬件和軟件，以下給出整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。
圖2. 項(xiàng)目系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4、 netbbbb網(wǎng)關(guān)聯(lián)網(wǎng)方案實(shí)現(xiàn)
本項(xiàng)目中，netbbbb不僅需要實(shí)現(xiàn)通過北辰公司OPC Server將CPU數(shù)據(jù)上傳至iFIX監(jiān)控軟件，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，而且需要實(shí)現(xiàn)通過以太網(wǎng)連接至工程師站，利用STEP7對(duì)指定CPU進(jìn)行程序下載功能。
4.1 netbbbb網(wǎng)關(guān)的參數(shù)配置
德國赫優(yōu)訊netbbbb網(wǎng)關(guān)的參數(shù)配置非常簡(jiǎn)單方便，利用隨netbbbb帶的光盤，安裝免費(fèi)軟件SyCon，運(yùn)行軟件，新建工程，插入一個(gè)netbbbb設(shè)備，選擇TCP/IP驅(qū)動(dòng)，通過內(nèi)置軟件NetIdent進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)netbbbb設(shè)備的搜索，選擇網(wǎng)絡(luò)上需要配置的netbbbb，進(jìn)行參數(shù)配置，參數(shù)配置如圖3所示，首先需要對(duì)IP地址進(jìn)行配置，注意IP地址需要和運(yùn)行計(jì)算機(jī)的IP地址處于同一網(wǎng)段上，否則無法連接硬件。Ethernet參數(shù)默認(rèn)即可，PROFIBUS參數(shù)一般情況下默認(rèn)即可，有時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)MPI地址進(jìn)行重設(shè)，默認(rèn)為2。參數(shù)配置完成后，通過Online－－-Download下載設(shè)備參數(shù)信息至netbbbb Flash中，永久保存。
圖3. netbbbb參數(shù)配置圖
另外，由于需要通過工程師站，利用STEP7對(duì)CPU進(jìn)行程序下載功能，因此需要通過SyCon軟件在netbbbb硬件上加上IBH Driver的授權(quán)，打開SyCon，連接netbbbb，選擇Online－－-Activate Driver，輸入授權(quán)碼，通過Online－－-Download下載即可。netbbbb的參數(shù)配置如有問題，可直接聯(lián)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(yùn)行無錫北辰公司netbbbb OPC安裝文件NetbbbbOPC.V3.Setup，完成OPC Server的安裝。在桌面或者開始菜單中打開NetbbbbOPC Editor；鼠標(biāo)右擊左側(cè)BEICHEN NETbbbb OPC列表，新建連接“New connetion”；選中新的連接，修改相關(guān)參數(shù)（站點(diǎn)名稱、IP地址和PLC地址），如圖4所示：IP地址即上述netbbbb參數(shù)配置中所設(shè)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(duì)應(yīng)的地址區(qū)如DB、M、I、Q區(qū)；重復(fù)上述操作，根據(jù)PLC中的有效參數(shù)的設(shè)置，設(shè)置OPC Server中的數(shù)據(jù)區(qū)域。另外無錫北辰還提供了通過Excel表格進(jìn)行參數(shù)配置的導(dǎo)入與保存快捷方式，用戶可簡(jiǎn)單方便的進(jìn)行參數(shù)配置。全部參數(shù)配置好后，點(diǎn)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(dòng)化系統(tǒng)有限公司。
圖4. 北辰OPC參數(shù)配置
4.3 STEP7軟件的組態(tài)
首先需要安裝STEP7軟件，同時(shí)安裝IBH驅(qū)動(dòng)，有關(guān)IBH驅(qū)動(dòng)可通過IBH公司官方網(wǎng)站下載，在安裝好IBH驅(qū)動(dòng)后，進(jìn)入“控制面板”或啟動(dòng)“STEP 7”，選擇菜單欄上的“Options”找到“設(shè)置PG/PC接口”雙擊打開，選擇IBHNet（MPI），點(diǎn)擊Properties，對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如圖5所示。關(guān)鍵是IP地址的設(shè)定，設(shè)置需要連接的netbbbb的IP地址，完成后保存，并下載至模塊中，完成STEP7與netbbbb的連接。
圖5. PG/PC參數(shù)配置
5、 通訊測(cè)試
以下通過簡(jiǎn)單的通訊測(cè)試，驗(yàn)證通訊的狀態(tài)，主要進(jìn)行兩個(gè)測(cè)試，一是通過STEP7內(nèi)部測(cè)試程序，測(cè)試通過netbbbb與S7-300的通訊狀態(tài)，二是利用OPC Client，連接無錫北辰OPC Server，測(cè)試netbbbb與S7-300的數(shù)據(jù)監(jiān)控狀態(tài)。
5.1 STEP7與S7-300通訊測(cè)試
打開STEP 7軟件，選擇PLC－－-Monitor/Modify Variables，設(shè)定測(cè)試參數(shù)，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(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)良好，通訊連接正常，說明netbbbb通過IBH驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)STEP7與S7-300的通訊，同時(shí)可通過PLC－－-Download，對(duì)編輯程序進(jìn)行遠(yuǎn)程下載，工程師可在總控室內(nèi)，通過netbbbb，選定IP地址，利用以太網(wǎng)對(duì)遠(yuǎn)程指定CPU進(jìn)行程序下載操作。
圖6. STEP7測(cè)試界面
5.2 OPC Client監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)測(cè)試
本項(xiàng)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(shí)現(xiàn)通過OPC通訊，對(duì)CPU數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。而測(cè)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(jìn)行測(cè)試。本文鑒于項(xiàng)目原因，使用Kepware OPC Client進(jìn)行測(cè)試，打開OPC Client，建立連接，選擇BEICHEN.NETbbbb.OPC.V3，導(dǎo)入所有OPC Server中所設(shè)置的變量，如圖7所示。
圖7. OPC Client測(cè)試界面
工程中將導(dǎo)入的所有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行標(biāo)簽的設(shè)定，通過iFIX圖形化界面顯示各參數(shù)，并通過各參數(shù)之間的配合關(guān)系，動(dòng)態(tài)顯示現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備的工作狀態(tài)等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作狀態(tài)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)仿真，并可通過報(bào)警等信息，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制與處理。
6、 總結(jié)
本文在深入分析德國赫優(yōu)訊網(wǎng)關(guān)netbbbb的基本功能和性能特性的基礎(chǔ)上，基于污水處理工程項(xiàng)目，詳細(xì)剖析了如何實(shí)現(xiàn)通過netbbbb進(jìn)行S7系列PLC的聯(lián)網(wǎng)，集中監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；如何實(shí)現(xiàn)通過netbbbb，利用STEP7對(duì)S7系列PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程的配置下載，并通過兩個(gè)具體的通訊測(cè)試，測(cè)試通訊連接的狀態(tài)，測(cè)試結(jié)果說明通訊狀態(tài)良好。
而本文所基于的污水處理工程項(xiàng)目從08年初測(cè)試完成后，截至到目前，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了8個(gè)月的無故障運(yùn)行，更加說明通過德國赫優(yōu)訊netbbbb實(shí)現(xiàn)S7系列PLC的工程聯(lián)網(wǎng)，是一種可靠的聯(lián)網(wǎng)方案。相信netbbbb可以為廣大自動(dòng)化用戶提供Siemens控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)便捷且切實(shí)可行的解決方案。
另外，德國赫優(yōu)訊在netbbbb的基礎(chǔ)上，繼續(xù)深入研究，新一代產(chǎn)品NL50-MPI基于德國赫優(yōu)訊百分百知識(shí)產(chǎn)權(quán)的網(wǎng)絡(luò)控制芯片netX，功能更加強(qiáng)大，可支持同時(shí)連接32個(gè)MPI、16個(gè)TCP/IP，且內(nèi)部集成IBH驅(qū)動(dòng)，可直接連接STEP7，實(shí)現(xiàn)CPU的程序下載并監(jiān)控遠(yuǎn)程設(shè)備狀態(tài)信息。
參考文獻(xiàn)
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[4] http://www.ibhsoftec-sps.de/english/first.htm. IBH Company.
[5] Configuring Hardware and Communication Connections STEP 7 V5.3 Siemens Company, 2004.
[6] http://www.kepware.com/. Kepware Company.
作者簡(jiǎn)介
鄒玉鞋(1980－－) 男碩士德國赫優(yōu)訊自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司技術(shù)支持主管專門從事工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)通訊研究。
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