1 引言 長期以來，可編程控制器（PLC）在工業自動化領域中得到了充分的應用，為各種各樣的控制設備提供了可靠的控制和整體解決方案，滿足企業對自動控制的需求，可以方便靈活地進行現場設置、檢測、監控各種設備的生產參數。隨著網絡技術的發展，控制系統結構也向網絡化，開放性發展。越來越多的PLC供應商開始提供Ethernet接口設備，從而構成了工業環境下的以太網的控制系統，采用工業以太網徹底打破了傳統工業自動化“孤島”觀點，使整個廠區按生產節點有機地構成一個遠程監控網絡。 工業以太網（Industrial Ethernet）是按照IEEE802.3（以太網）國際標準，設計用于工業應用的一種單元網絡，通過它可以使自動化系統彼此連接，并為PC和工作站提供同機種和不同機種通信，它具有很高的通信性能，可作為實現范圍廣泛的開放式網絡的解決方案。工業以太網與現場總線相比，具有向下兼容性，實現交換、全雙工傳輸、帶寬10MB/S到100MB/S至1000MB/S，主要運用于工業環境下的網絡系統。工業以太網應用于自動化領域具有以下優點：低成本、易與Internet集成和受到了廣泛技術支持等。 某港口20萬噸級鐵礦石碼頭改擴建項目中，污水處理和堆場噴灑系統是基于工業以太網的PLC控制系統。施耐德公司的PLC可以通過工業以太網控制網絡與其編程軟件Concept進行交互，技術人員可以在比較良好的環境下通過以太網絡對程序進行修改，而不必到環境惡劣的現場去操作。施耐德公司的透明工廠技術已經使得工業以太網技術可以成功的應用于PLC控制系統當中。本文將就如何在該系統中實現施耐德MODICON PLC網絡控制系統進行研究。 2 系統分析與設計 2.1控制要求 污水處理系統的控制要求：污水站集水池設有2臺液下泵，根據集水池的液位自動啟停，兩臺泵輪流先后工作。在啟動液下泵的同時，啟動計量泵。污水提升到中間水池后，中間水池有兩臺潛污泵，輪流工作，并可以在一臺泵故障時，啟動另一臺泵。污泥池有兩臺污泥泵，根據浮球閥的狀態自動啟停污泥泵。并可在上位機監測集水池和清水池水位，容器罐、污泥增壓泵及出水管的壓力，出水管的流量。 灑水系統的控制要求：可在現場控制柜控制噴水和上位機遠程控制操作。遠程控制時可以實現上位機點動控制噴水閥噴水和堆場循環噴水。分為單堆場噴淋和全堆場循環兩種模式：單堆場循環為上位機選定某個堆場噴淋；全堆場循環為根據堆場有無堆料、有無斗輪機懸臂信號和是否選中噴淋的情況對整個堆場進行全堆場循環噴淋一次。 2.2系統設計 該污水處理和堆場噴灑自動控制系統由1座現場PLC主站，10座遠程I/O子站組成，計算機監控工作站設在中控室內，通過工業以太網連接。在中控室安裝有一套灑水控制工業計算機，運行人—機界面，完成污水處理系統和堆場噴灑系統的監控和生產管理。它監視、控制、管理整個污水處理系統和堆場噴灑系統的全部生產過程和工藝流程。 在該系統中采用100Mbps光纖工業以太網，通過工業以太網光端機，將所有現場控制主站、操作站及所有遠程I/O站等用光纖以太網連接起來。在污水處理系統現場控制主站設一套 MODICON QUANTUM系列 PLC，在堆場噴灑系統10個閥門控制箱遠程控制子系統各配一套MODICON MOMENTUM系列PLC作為遠程I/O站。通過光纖工業以太網和現場控制站相連接。監控工業計算機通過以太網連接現場控制PLC主站來實現污水處理系統和堆場噴灑自動控制系統與總控制系統的數據通信。因為施耐德公司的ModbusTCP/IP （1998） 是目前工業以太網的事實標準，并使以太網在傳感器級和設備級得到了大量的應用。 本控制系統設備采用施耐德電氣公司生產的TSX Quantum和Momentum系列PLC。以工業控制計算機作為中央操作站（操作站和工程師站）。中央操作站負責設備運行的狀態監控、生產信息處理、打印、系統起停命令發送、回路調節、設定位給定等功能。現場站負責現場I/O信號采集、回路控制、聯鎖順序控制，現場所有的信號通過電纜引到現場站。現場站和操作站通過工業以太網完成它們之間的信息和數據交換，真正體現了分散控制、集中管理的原則。本系統的建立遵循開放性原則，采用結構化體系，并對將來的發展具有完全的兼容性和可擴充性，采用工業以太網結構形式，具有良好的可擴充性和開放性，只要符合工業以大網協議的設備都可以上網，可以極其方便地外掛生產調度管理系統（MIS系統）。 3 控制網絡的組成與實現 3.1控制網絡的組建 該系統控制網絡的硬件組成是：中控室操作站PC一臺，現場控制站Quantum PLC一臺、遠程控制子站Momentum PLC十臺，施耐德MODICON以太網集線器10Mbps 3TP/FL 499NOH10510十一只，工業以太網光纖網絡收發器一只。 網絡組建方案設計如下：由主站Quantum PLC和子站Momentum PLC通過光纖收發器和以太網集線器499NOH10510組成一個有十一個節點的冗余環形網絡，并通過光纖收發器和499NOH10510集線器實現環形子網與上位機的通信。采用環形網的方式，如果系統中環形光纖發生故障，環形結構將在小于500 ms時間內切換成具有全部傳輸能力的總線結構。所以在其中某個Momentum PLC出現問題時，由于環網的冗余作用而不會影響到整個系統的正常運行，提高了整個系統的穩定性。結構如圖1所示。 在網絡硬件組建成功之后，使用施耐德公司的Bootp工具對組成環型網絡的各個PLC分配IP地址，該地址要與上位機操作站電腦的IP地址在同一個域段內。 3.2通信問題的解決 在該PLC控制系統中，硬件網絡的組建只是其中一部分，如何解決網絡通信的穩定性和準確性是需要解決的重要問題。 要實現Quantum PLC與Momentum PLC之間的網絡通信有兩種方式：1 通過組態設置master主站及進行信息交互的Slave從站，并設置讀寫的數據長度的單元地址；2 利用Concept編程軟件中的FBD功能指令，實現對子站的讀寫操作。 在該系統的控制網絡中，我們采用了集線器499NOH10510作光電轉換。由于集線器是在接收到來自某一端口的消息，再將消息廣播到其它所有的端口。對來自任一端口的每一條消息，集線器都會把它傳遞到其它的各個端口。在消息傳遞方面，集線器是低速低效的，可能會出現消息沖突。顯然，由于集線器的這一個不足，當各個PLC中的信息同時占用某個通信信道時，就會引起信道的消息沖突，而導致網絡通信中斷，這樣整個控制網絡就會處于癱瘓狀態。只有重新啟動整個系統才能使系統恢復正常，但是，由于在控制系統中信息的傳遞是頻繁的，因此如果不解決信息沖突的問題，發生系統控制網絡癱瘓的可能性就時刻存在。 要解決信息沖突的關鍵就是使多個PLC之間信息交換對信道分時使用，這樣就不會出信息信道沖突的問題。在第一種方案中，只是簡單的為信息通信分配了相應的存儲寄存器，不能夠解決信息同時占用信道的沖突問題。因此我們采用第二種方案來解決這個問題。施耐德PLC編程軟件Concept 2.6具有強大的功能，其簡單的編程語言和完備的功能指令讓使用者能夠輕松的解決遇到的問題。 在FBD編程方式中具有強大的FFB功能指令，可以實現包括網絡通信（MB_TCP/IP，MODBUS等等）在內的所用組態功能和邏輯梯形圖功能。 上位機操作站的人－機操作界面采用北京杰控公司的FameView組態軟件開發。利用FameView攜帶的Modbus TCP/IP協議接口，可以方便的實現上位機與PLC以太網控制網絡的通信控制。 4 結束語 該系統現在已經投入使用，經過近幾個月的試運行證明該控制系統得到設計的要求，成功的解決了工業以太網中存在的穩定性和準確性問題，控制效果非常明顯。充分體現了PLC網絡控制系統的控制直觀，操作方便等優點。