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2 山西冶金 S HANXI ME T ALL URGY T o t a 1．1 3 5 No． 1，2 01 2 文章编号 1 6 7 2 1 1 5 2 2 0 1 2 0 1 0 0 2 5 - 0 3 S 7 3 0 0 P L C与 S 7 4 0 0 H冗余 P L C间的以太网通讯 董艳红 河北联合大学电气工程学院， 河北唐山0 6 3 0 0 9 摘要 结合西门子 s 7系列 P L C在迁安中化煤化工有限责任公司干熄焦控制系统的实际应用， 介绍了在工业 以太网网络下 7 - 3 0 0 P L C与 4 0 0 H 系列 P L C之间的通信 ， 详细 阐述 了P L C组 网的几种形式、 以太 网通信 的详 细组 态、 从 P CS 7系统读取数据及 向 P C S 7系统写数据的程序 实现方法、 通信数据的定义等。 这种 以太 网通讯 的 应 用实现 了节省线缆 、 减轻施 工量和维护工作量的 目的。 关键词 P L C工业以太网P CS 7 C P U冗余 中图分类号 T P 3 9 3 ． 1 1 文献标识码 B 收稿 日期 2 0 1 卜1 卜2 O 迁安 中化煤化工有 限责任公 司三期 工程建设 J N 6 0型 5 5孔焦炉 炭化室高度为 6 m 2座及其配 套的焦炉装煤和焦侧除尘系统、备煤系统、化产系 统、 筛焦系统， 同时建设生产辅助设施。 另外， 还建设 1 套 1 4 0 t／ h 干熄焦装置及其配套的发电站、除盐水 系统 、 炉前焦库系统。 公司 内控制 系统全部 采用 S i e me n s 的 P L C系 统 ， 通过工业以太 网系统联网。 此文涉及 的干熄焦装 置采用 S i e me n s P C S 7系统 采用 S 7 4 0 0 H ， 炉前 焦库系统采用 s 7 3 0 0 系列 P L C 。 焦炭的冷却方式有 两种， 第一种是传统的湿熄焦， 湿熄后的焦炭经刮板 机、 3 J 1 、 3 J 2 、 3 J 3运至炉前焦库 ； 另一种是干熄焦 ， 由 干熄 焦 装置 出来 的冷 却后 的焦炭 经过 运输 皮 带 3 G X 1 、 3 G X 2 、 3 G X 3 、 3 J 3 运至炉前焦库。这样运焦系 统分为湿熄焦和干熄焦两种 ， 湿熄焦运焦系统由 s 7 3 0 0 P L C独立控制完成 ， 干熄焦运焦需要 s 7 3 0 0和 干熄焦 P C S 7系统配合控制完成。干熄焦系统启动 时， 皮带的启动顺序是 3 J 3 3 G x 3 3 G x 2 _ 3 G x 1 ， 停止的顺序是相反的；另外前后运输皮带间存在连 锁关系。由于3 G X 1 、 3 G X 2 在干熄焦装置下面， 信号 线 和控制线就近接入了干熄 焦装置 P C S 7系统 中， 其他皮带的信号线接人了炉前焦库 s 7 3 0 0 P L C中。 干熄焦运输皮带的启停控制在炉前焦库监控上位机 上操作， 3 G X 3 、 3 J 3 皮带的顺序启停控制和连锁控制 在炉前焦库 s 7 3 0 0 P L C内实现 ， 3 G X1 、 3 G X 2皮带 的顺序启停控制和连锁控制在干熄焦装置的 P C S 7 作者简介 董艳红 1 9 7 O 一 ， 女， 河北联合大学电气工程 学院在职研究生 ， 就职于迁安中化煤化工有限责任公司设备 部 ， 工程师。T e 1 1 3 6 7 3 2 9 5 2 7 7 ， E m a i l f d z s 2 0 0 8 0 8 2 5 1 2 6 ． e o m 系统内实现。系统启动时，操作站下发启动指令给 S 7 3 0 0 P L C， s 7 3 0 0 P L C控制皮带按 照 3 J 3 - - 3 G X 3 的顺序启动，同时把皮带 3 G X 3 的运行信号和系统 启动信号通过以太网通讯的方式传给 P C S 7系统 ； 系统停止时，上位机下发停止指令给 s 7 3 0 0 P L C ， s 7 3 0 0 P L C将停止指令传给 P C S 7 系统，同时读取 3 G X 1和 3 G X 2皮带的各种信号 ，判断 3 G X 1 和 3 G X 2停止后 ，然后按照 3 G X 3 - - 3 J 3的顺序停止皮 带。在控制的过程中皮带启动或停止时中间要有一 定的延时；在以太网通信出现故障时， P C S 7 系统要 停止皮带 3 G X 1 和3 G X 2 ； 其他的都是一些常规的连 锁控制。工艺示意图见图 1 。 f 癌 二 二] 噩二 二二 二] 罾 害 j 图 1 干熄焦运焦 系统工艺示意 图 1 P L C组网形式 现在的 P L C已经不再局限于逻辑控制 ， 能够进 行复杂的数值处理和处理多种网络通信的能力。 P L C 通信能力的增强，使其可通过网络构成分布式 系统 ，从而快速简洁地完成复杂控制系统的要求。 P L C 组网主要有 4种形工弋[ 1 ] 。 1 通过标准的 R S 4 8 5串行通信网络、 标准的或 自定义的通信协议 例如 M O D B U S 等协议 ， 构成 P L C与控制设备 的分布网络。此网络具有较好 的灵 活性和性价 比， 在国内小系统中应用 比较广泛。 一 山西冶金 E - m a i l y e j in s x 1 2 6 ．c o rn 第 3 5 卷 2 通过 P L C厂商提供的网络适配器和系统协议 构成特定的网络 例如 S i e m e n s 公司 P P I 网络 、 A B 公司的 D H网络等 。该类型的网络协议不公开 ， 必须使用厂家配套提供的外设和软件。 3 通过面向开放式的工业现场总线构成集散控 制系统。例如 ， S i e m e n s P L C可通过 P R 0 F I B u S ～ D P 总线构成控制系统。 工业总线的通信能力强 ， 大大扩 展了 P L C的控制能力和范围。 4 通过工业 以太 网构成庞大的集 中监控系统 ， 将所有控制器和操作站联 网。以太 网技术具有应用 广泛， 通信速率高， 资源共享能力强， 可持续发展潜 力大等特点；工业以太网除了具备 以太 网的基本特 点外， 对实时性、 可靠性、 安全性和数据完整性有很 高的要求 。工业以太网在监控层网络上已经 占据主 流位置 ， 正在向现场设备层网络渗透。 2 P L C程序的实现 2 ． 1 以太网通信介绍 S 7 3 0 0 P L C通过 C P 3 4 3 1模块连接到工业以 太 网与其他 P L C系统和操作站进行通信 。C P 3 4 3 1 模块支持 1 0 M ／ 1 0 0 M全 ／ 半双工传输， 可对传输协议 T C P与 U D P实现多协议运行。利用 T C P ／ I P的 WA N 特性 ， 通过电话网络 如 I S D N ， 就可以实现远编 程 ， 通过 自由的用户数据报文协议 U D P 连接或多 点传送功能实现多用户访 问。 本系统通过 T C P f I P 协议实现 7 3 0 0 P L C和 P C S 7系统问的通 。 2 ． 2 以太网通信组态 设置以太网模块 C P 3 4 3 1 的参数 ， 建立 1个以 太网、 设置 I P地址和子网掩码。 硬件配置完成后 ， 在 N e t P r o中进行系统的网络配置。由于干熄焦装置是 P C S 7系统 ， 硬件是冗余的 s 7 4 0 0 H P L C ， 为了确保 通信的高可靠性 ，建立 2个 s 7 c o n n e c t i o n ， 分别 与 P C S 7系统冗 余 P L C的主、 备机架的 C P 4 3 4 1 模块连接 ， 同时与 P C S 7系统主、 备 P L C通信 ，正常时采用与主 P L C的通信数据， 主 P L C出现通 信故障时， 采用与备用 P L C的通 信数据[ 。 C P 3 4 3 1 模块的 I P地址是 1 4 0 ． 8 O ． 1 2 ． 1 1 l ， 2个 C P 4 3 4 1模 块 的 I P地址是 1 4 0 ． 8 0 ． 1 6 ． 1 l l 和 1 4 0 ． 8 0 ． 1 6 ． 1 1 2 ， C P 3 4 3 1与 2个 C P 4 3 4 1 连接的 L o c a l I D分别是 1 和 2 。 需要说明的是 ， L o c a l I D和程序中的功能块 S F B ／ F B 1 4中的I D是对应的，当调用 S F B 1 4 或 S F B 1 5 时必须遵守相应的规定， 以通过 s 7 连接实现数据通信。 2 ．3 程序的实现步骤 利用西门子系统函数模块 S F B 1 4 G E T ／ S F B 1 5 P U T 从远程 C P U读取数据 ， 向远程 C P U写数 据 来实现 7 3 0 0 P L C和 P C S 7系统间通过工业以 太网的通信。 S F B 1 4 和 S F B 1 5 是异步通信函数， 可以 跨几个 O B 1 循环运行 ，可以同时通过连接进行通 信， 在 O B 1 中直接调用 S F B 1 4 和 S F B 1 5即可。 2 ． 3 ． 1 从 P C S 7系统读取数据 S F B 1 4 ／ G E T M1 5 0 ．0 是一个 5 0 0 m s 脉冲的时钟标志位。当 时钟标志 M 1 5 0 ．0 出现一个上升沿并且没有其他作 业正在运行时 ， 通过输入参数 “ R E Q ”激活 S F B 1 4 。 I D必须使用 N e t P r o 中 s 7 c o n n e c ti o n的属性对话框 中的输人参数 “ L o c a l I D ”。参数 “ A D D R _ I ” 规定了 将 远程 C P U要读取 的数据 区域 数据块在远 端 C P U 。 参数 “ R D 一 1 ” 用于存放读取过来的数据区域 数据块在本 P L C 。N D R状态参数 0代表未启动 或者还在激活状态 ， 1 代表通信完成。E R RO R 0时 S T A T U S 0 0 0 0 H 代 表 无 报 警 和 错 误， S T A T U S 0 0 0 0 H代表详细的信息 参考帮助中的 E r r o r I n f o r ma t i o n ； E R R O R I 时 代 表 有 错 误 ， S T A T U S 提供详细信息。输出参数 N D R 、 E R R O R和 S T A T U S用于评估任务 ，并且仅仅在同一个循环 中 有效⋯。从 P C S 7 系统读取数据程序参见图2 。 本文应用的程序中的 D B 1 2 是应用 S F B 1 4从 P C S 7 主 C P U读取数据的背景数据块， D B 1 4 是从从 C P U读取数据的背景数据块。 从主 C P U中读取的数 2 - 1 通过 4 0 0 H R a c k 0 读取数据 2 - 2 通过4 0 0 H R a c k 1 读取数据 图2 从 P C S 7系统读取数据程序 2 0 1 2 年第 1 期 7 - 3 0 0 P L C 与 7 - 4 0 0 H冗余 P L C间的以太网通讯 ．2 7． 据存放在数据块 D B 1 6 ， 从从 C P U中读取的 数据存放在数据块 D B 1 7 。 在 P C S 7 系统中做了一个计数器， 计数 器 中的值赋值到 P C S 7中的 D B 6 5 3 ．D B W6 中， s 7 3 0 0 读取数据后会将这个值与上次 读取的值对比， 如果两个值相等说明通信出 现故障， 反之正常。这样就可以判断出是与 P C S 7主 C P U通信有故障，还是与从 C P U 通信有故障， 或者两个都有故障， 从而使程 序进行相应的通信故障处理[ 。 2 ． 3 ． 2 向 P C S 7系统写数据 S F B 1 5 ／ P U T ， ∞l5 V 1te Dat a t o a 髓 L 0． 3 Ra mot b CP U P 一 _ H m 秭 l 0 ． 0一 啦D O 艇 鞠I 1 刨I 1一 【 D ER鼢 R P ● D B 6 5 4 ． 加 X O． 0 Bm 8一 DR 1 PID 髓 ． D m． O Bm 8一 S D l 向 P C S 7里面写数据程序 的思路 和读取数据 的 思路基本是一致的。只是 P C S 7 系统本身有主备机 制 ，与其主备 C P U通信时都将数据写入其数据块 D B 6 5 4中。s 7 3 0 0 P L C将要传给 P C S 7系统的数据 存在数据块 D B 8中。 D B 1 3是应用 S F B 1 5向 P C S 7主 C P U写数据的背景数据块 ， D B 1 5 是向从 C P U写数 据的背景数据块。 功能块 S F B 1 5 ／ P U T中的R E Q 、 I D 、 E R R O R 、 S T A T U S 与功能块 S F B 1 4 ／ G E T的作用是相 同的， D O N E与 S F B 1 4的N D R作用是一致的，参数 “ ADDR _I ”规定 了将向远程 C P U写数据区域的地 址 数据块在远端 C P U ， S D _ 1 用来存放要传给远 端 C P U的数据区域地址 数据块在本 P L C 。具体 向 P C S 7系统写数据程序参见图 4 。 2 ．3 ．3 通信数据定义 从 P C S 7系统中读取过来 的数据存放在数据块 D B1 0中，供实现皮带连锁控制 P L C程序和操作站 监控皮带 G X 1 和 G X 2的状态使用。 传给 P C S 7 系统 的数据存放在数据块 D B 8中，供 P C S 7系统实现皮 ite Da ta to a Re dote c PU ／ 1 5 1 0 ． 4 P U T ， 卜 一 E l I。 M r 1 0 ． 0一 R E 0 D O N E D ⅫR P ● 加 6 5 4 ． ” mS D 日X O． O 偶8一 D 豫 j P l 硝 ． DDm ．O 肌E 8一 I 1 3一l DB1 3 3 2 DBl 5 图 3向 P C S 7系统写数据程序 带 G X 1 和 G X 2 的启动 ／ 停止和连锁控制使用。 3 结语 通过工业以太网通信， 在 P L C内编程实现通信 功能来交换数据最终实现了干熄焦运焦皮带系统的 连锁控制 ， 系统 自投运以来运行 良好 。 通过通信 的方 式实现两个系统内设备的连锁控制 ，与传统的硬线 连接比较 ， 即节省了大量的线缆， 同时也减轻了施工 量和系统的维护工作量。 参考文献 [ 1 ] 崔坚． 西门子工业网络通信指南 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 4 31 4 3 2 5． [ 2 ] 廖常初．s 7 3 0 0 1 4 0 0 P L C 应用技术 [ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 5 2 7 8 2 8 7 ． [ 3 ] 陈章平．西门子 s 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C 控制系统设计与应用[ M] ． 北京 清华 大学 出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 4 ] 李勇． I F I X软件在鼓风备料加料系统中的应用[ J ] ． 可编程控 制器与工厂 自动化 ， 2 0 0 9 4 7 1 7 2 ． [ 5 ] 高健． P L C 在某焦化厂备煤控制系统中的应用 [ J ] ． 工业控制 计算机 ， 2 0 0 8 1 O 9 5 9 6 ． 编辑 胡玉香 E t h e r n e t C o mmu n i c a t i o n b e t w e e n S 7 3 0 0 P L C a n d S 7 4 0 0 H R e d u n d a n t P L C DONG Ya n h o n g S c h o o l o f E l e c t ri c a l E n g i n e e r i n g o f H e b e i U n i t e d U n i v e r s i t y ， T a n g s h a n 0 6 3 0 0 9 ， C h i n a Ab s t r a c t C o mb i n i n g w i t h S i e me n s S 7 s e ri e s P L C i n t h e a c t u a l a p p l i c a t i o n f o r t h e d r y q u e n c h i n g c o n t r o l s y s t e m o f Q i a n a n Z h o n g h H a C o al C h e m i c al C o ． ， L t d ． ， t o i n t r o d u c e t h e c o m mu n i c a t i o n b e t w e e n S 7 3 0 0 P L C a n d 4 0 0 H s e e s P L C i n t h e i n d u s t r i al E t h e r n e t n e t w o r k ． e x p l a i n t y p e s o f P L C n e t wo r k i n g ， s p e c i fi c c o n fi g u r a t i o n o f E t h e r n e t c o n fi gur a t i o n ， d e t a i l e d me t h o d s o f r e a d i n g d a t a f r o m P C S 7 s y s t e m a n d w r i t i n g d a t a t o P C S 7 s y s t e m， a n d r e ali z e t h e p u r p o s e o f s a v i n g c a b l e ， r e d u c i n g c o n s t r u c t i o n l o a d a n d ma i n t a i ni ng wo r k l o a d ． Ke y wo r d s P L C ， i n d u s t ri al e t h e r n e t ，P C S 7 ， C P U，r e d u n d a n c
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