异构PLC控制系统网络通信.pdf

第 3 4卷第4期 2 0 1 0年 7月 冶 金自 动 化 Me t a l l u r g i c a l I n d u s t r y Au t o ma t i o n Vo 1 ． 3 4 No ． 4 J u l y 2 0 1 0 经验 交流 异构 P L C控 制 系统 网络通信 王 建新 河北钢铁集团唐山钢铁集团有限责任公司 宽厚板项 目部 ， 河北 唐山 0 6 3 0 0 0 摘要 钢铁企业经过改扩建后 ， 自动控制系统大多使用多种类型的 P L C 。如何利用网络互联的方法， 实现异构 P L C系统之问的通信， 具有非常现实的意义。本文介绍了唐山钢铁集团有限责任公司炼铁厂原料 自动控制系统 改造过程中， 通过第 3方网关实现 G E F a n u e 公司的 G E 9 0 - 7 0 P L C与罗克韦尔公司的C o n t r o l L o g i x控制系统之间 的网络通信， 以确保系统改造过程中生产的连续性 ， 减少设备停机时间。此项技术也可以为同类企业的技术改 造提供技术依据。 关键词 异构可编程控制器； 以太网网关； 网络通信 中图分类号 T P 3 0 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 0 - 7 0 5 9 2 0 1 0 0 4 - 0 0 6 1 -0 4 Ne t wo r k i ng a nd c o mm u ni c a t i o n o f he t e r 0 g e ne O u s PLC c o n t r o l s y s t e ms WANG J i a n x i n H e b e i I r o n a n d S t e e l G r o u p T a n g s h a n I r o n a n d S t e e l G r o u p C o ． ， L t d ． ， H e a v y P l a t e P r o j e c t D e p a r t m e n t ， T a n g s h a n 0 6 3 0 0 0 ， C h i n a Abs t r a c t Co ns t a n t r e v a mpi ng a n d u p g r a de i n i r o n a n d s t e e l e n t e r p ris e s h a v e ma d e i t c o mmo n t h a t t h e a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e ms d e pl o y e d c o mp ris e v a rio u s t y p e s o f PL C s y s t e ms ． Ho w t o n e t wo r k he t e r o g e n e o u s P LC s y s t e ms a n d f a c i l i t a t e c o mmu n i c a t i o n s i s o ft e n a s i g ni fic a n t i s s u e i n p r a c t i c e．I n t h i s p a p e r， a p r a c t i c a l e x a mp l e t ha t wa s c o n d uc t e d d u rin g t h e r e v a mp i n g o f a u t o ma t i c s y s t e m f o r r a w ma t e ria l s t o c k y a r d c o n t r o l i n Ta n g s h a n I r o n a n d S t e e l Gr o u p Co ． ， L t d． i s g i v e n t o d e mo n s t r a t e ho w t h e c o mmu ni c a t i o n be t we e n GE 9 0- 7 0 PL C a n d Ro c k we l l Co n t r o l L o g i x c o n t r o l s y s t e m i s r e a l i z e d b y us i n g a g a t e wa y f r o m t h i r d p a ay v e n d o r ，a n d h o w c o n t i n u i t y o f p r o du c t i o n i s e ns ur e d a n d e q u i p me n t d o wn t i me i s r e ． d u c e d． Ho pe f u l l y t h e p r e s e n t e d e x a mp l e wi l l be i n s p i rin g t o e n t e r pris e s t h a t a r e g o i n g t o c a r r y o u t s i m- i l a r t e c h n i c a l r e v a mpi n g． Ke y wor ds h e t e r o g e n e o us PLC； g a t e wa y for Et h e r n e t ； n e t wo r k i n g a n d c o mmu n i c a t i o n 1 问题的提出 唐 山钢铁集团有限责任公 司炼铁原料场最初 设计为 2座 1 2 6 0 m。 高炉 、 2台 1 8 0 m 烧结机供 料 。经过近些年的改扩建 ， 特别是 3 高炉大修及 新 1 8 0 m 烧 结机 的建成 ， 目前 料场 共承 担 1座 3 2 0 0 m 高炉 、 2座 2 0 0 0 m 高炉 、 2台 2 1 0 m 烧结 机 、 I台 2 6 5 m 烧结机 、 1台 1 8 0 m 烧结机 ， 总计 3 座高炉 、 4台烧结机的原料运输及加工任务。原料 自动控制系统采用美 国 G E公 司的 9 0 - 7 0 P L C ， 随 着 3 高炉扩容和新烧 结机的建成 ， 原系统存 在安 全运行 已超过平均无故 障时间 、 用户程序 占用 内 存过多等诸多 问题 。因此 ， 采用新型 P L C对 系统 进行更新改造势在必行。 为确保烧结 与高炉 的正常生产 ， 原料 自动控 制系统 的改造 不能在设 备完 全停机 的情况 下进 行 ， 必须在保证老系统正常运行的前提下 ， 同步设 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 2 - 0 1 ； 修 改稿收到 日期 2 0 1 0 4 3 4 1 9 作者简 介 王建新 1 9 7 2 一 ， 男 ， 河北唐山人 ， 工程 师， 长期从事炼铁系统 自动化仪表设备维护和技 术管 理工作 。 6 2 冶 金自 动 化 第3 4卷 计新的控制系统。电气方面重新铺设现场设备信 号线电缆， 并且增加继电器， 使现场信号同时接人 新系统并保留原系统 的接入 。该方案可以保证各 控制站在不停机的情况下 实现新老 系统 的切换。 但由于仪表及烧结 自动控制系统的改造与原料 自 动控制系统 的改 造不能实 现 同步 ， 电子秤 、 料位 计、 烧结接口等信号仍然存在于老系统中， 因此需 要实现新老系统间的数据通信 ， 使 暂不 能接入新 系统的信号仍由老系统通信到新系统， 待条件允 许时再逐步接入新系统。因此 ， 研究如何利用 网 络互联的方法 ， 实现新型 P L C与 G E 9 0 7 0 P L C之 间的通信 ， 就成为首要解决的关键问题。 2 GE 9 O - 7 0 P L C与 C o n t r o l L o g i x P L C网 络通信 设计 由于 G E P L C没有 I ／ O的升级产品， 因此唐钢 炼铁原料场控制系统只能选用其他品牌的 P L C产 品。在 P L C机型的选择 中， 除了考虑其强大的功 能外 ， 还有重要 的一点就是 同一企业 中 P L C机型 的统一 ， 这样可以减少备品备件的数量 ， 也有利于 技术力量的培训， 便于用户程序的开发和修改⋯。 唐钢炼铁厂烧结 、 高炉等 多个控制系统均使用美 国罗克韦尔的 C o n t r o l L o g i x系统 ， 因此确定原料场 控制系统也使用 C o n t r o l L o g i x系列 P L C。 G E 9 0 - 7 0 P L C与 C o n t r o l L o g i x P L C属于不 同 厂商的工控产品， 它们 的软件互不兼容 ， 通信协议 也不相同。不 同的工控结构在数据定义 、 分类标 准和规格制定方 面的差异 ， 使 得不 同结构 中的实 时数据不能 自由流动 。如果新旧设备之 间需要进 行数据通信， 就涉及到不同协议的网络互联 。 目前这两种产品之 间还不能直接通信 ， 只有通过 第 3方通信设备 才可以实 现， 但 目前国内实际应 用的实例不多。我们经过 多次试验 ， 成 功实现了 两种异构 P L C之间的相互通信并运用到控制系统 中， 设计 中主要解决了以下几方面的关键问题 。 2 ． 1 信息层网络实现同构 目 前， 基于工业以太网的 T C P ／ I P体系架构已 逐渐为众多的工业控制器厂商所接受 。工业 以太 网本身的开放性及其在大多数应用领域中能够满 足高传输速率、 高可靠性、 抗干扰、 实时传输、 可扩 展和维护、 标准化和互操作等要求， 并且允许在同 一 网络上运行不同的应用层协议 ， 能够通过 I n t e r - n e t 实现工业生产过程的远程监控 ， 使企业 自动化 系统能够在更大范围 内实现跨部门、 跨地域的集 成 ， 因此成为网络级同构的最佳选择 】 。 原料场原有的 G E 9 0 - 7 0控制系统控制层采用 G e n i u s 网， 信息层采用 以太网。改造后的 C o n t r o 1 ． L o g i x控制系统控制层采用 C o n t r o l N e t 网。由于控 制层采用不 同结 构的网络 ， 因此考虑 到原料场两 种异构 P L C之间 的数据通信问题， 我们对新 的控 制系统信息层也采用 以太 网， 以实现信息层 网络 的同构。 2 ． 2网关实现网络互联 尽管 G E 9 0 - 7 0 P L C和 C o n t r o l L o g i x P L C都支 持以太网通信协议 ， 但 它们 的通信协议并不完全 相同， 只有通过第 3方 具有开放性 的通信 网关， 才能实现相互通信。 美国 Wo o d h e a d作为全球知名的工业连接和 通信产品供应商 ， 推 出了 Wo o d h e a d G A T E w a y 。它 是专 门针对工业现场应用 的多协议 网关 ， 可实现 不同厂商控制器间的通信 ， 并实现互操作 。Wo o d h e a d G A T E w a y 端 口包括 1 0 ／ 1 0 0 Mb ／ s自适应以太 网 R J 4 5端 口、 标准 P r o fi b u s D - S U B端 口和 R S 4 8 5 ／ 4 2 2串行 端 口。现 有 的协 议 包括 2 0种 以太 网 T C P ／ I P、 串 口和 P r o fi b u s ， 囊 括 了罗克韦 尔、 西 门 子 、 施耐德 、 三菱 、 欧姆龙 、 G E 、 阿尔斯通等各大厂 商的协议 。其开发的 A P P - E S R G T W 产 品可 以实 现 C o n t r o l L o g i x和 G E P L C之间的通信。 2 ． 3 网络系统硬件构成及功能 利用 Wo o d h e a d的 A P P E S R G T W 多协议 网 关 ， 通过型号为 1 7 5 6 一 E N B T的 C o n t r o l L o g i x E t h e r - n e t ／ I P通信模块与 C o n t r o l L o g i x P L C进行通信； 通 过型号为 I C 6 9 7 C MM 7 4 2的 E t h e me t I ／ F f o r 9 0 - 7 0 以太 网接 口模块 与 G E 9 0 - 7 0 P L C进行通 信 。 网络系统构成如图 1 所示 。 网络硬件系统功能简述如下。 1 I C 6 9 7 C MM7 4 2 G E 9 0 - 7 0 P L C的 T C P ／ I P E t h e r n e t 网络控制器模块 ， 支持 T C P ／ I P S R T P数据 传输协 议 使 用 一种 在 T C P ／ I P协议 之 上 的 G E F a n u c 专有 S R T P 协议实现 ， 传输速率为 1 0 M b ／ s 。 2 1 7 5 6 ． E N B T C o n t r o l L o g i x P L C的 E t h e r - n e t ／ I P 通信接口模块， 通信速率为 1 0 ／ 1 0 0 M b ／ s 。 3 A P P E S R ． G T W 以太 网至 以太 网网关 ， 为 E t h e me t ／ I P协议 与不 同设备及 P L C之 间的 以 太网T C P ／ I P 数据交换提供了可能， 支持 1 2 8 个设 备的同时接入。A P P ． E S R - G T W 的特点是 最多可 同步实现 1 0个工业以太网 T C P ／ I P协议 ； 配置简 第4 期 王建新 畀构 P L C控制 系统网络通信 6 3 师站 ⋯⋯． 堡 9 塾 一 一 ⋯ ⋯ ．夔 堡 y o 一塑 三 j ⋯ ⋯ 耍 堡 一 曼 ⋯ ⋯ 一 堡 9 ．4 _j 图 l 通信网络构成示意图 Fi g ． 1 Co n s t i t u t e o f c o mmun i c a t i o n ne t wo r k 单 ， 无需编程 ， 不需要深入 了解协议知识 。该产 品 嵌有功能强大的处理器 ， 运行实时操作系统 内核。 通过网关的板上数据库 3 2 K b ／ 3 2 K W ， 设定读写 循环函数 ， 下载后 以客户 端方式 自动执行所有设 定的通信任务 最 高可达 2 5 5个 ， 并在设备间交 换数据。为减少 网络数据流量 ， 可设定 设备主动 发送的读写请求 。 2 ． 4网络通 信组态 2 ． 4 ． 1 设定 I P地址 三方设备要通 过以太 网互联 ， 就需要分别设 置其 I P地址 ， 且 3个 I P地址必须属于同一网络。 1 通过 G E 9 0 - 7 0 P L C的 L o g i c ma s t e r 9 0组 态 软 件 ，设 置I C 6 9 7 C MM 7 4 2 的I P 地 址 为 3． 0． 0 ．1 。 2 通过 C o n t r o l L o g i x P L C的 R S L o g i x S 0 0 0软 件 ， 设置 1 7 5 6 一 E N B T模块的 I P地址为 3 ． 0 ． 0 ． 2 。 3 通 过 Wo o d h e a d G A T E w a y的 A p p l i c o m g a t e w a y 软件 ， 设置 A P P E S R G T W 网关 的 I P地址 为 3 ． 0 ． 0 ． 5 。 2 ． 4 ． 2网关组 态 Wo o d h e a d G A T E w a y提供组 态管理器 G A T E ． w a y C o n s o l e进行 以太 网配置 ， 主要包括组态协议 参数 、 添加设备及组态通信数据等 ， 如 图 2 、 图 3所 示 。 1 组态协议 参数 A P P ． E S R G T W 网关有 两个配置端 口 以太网 口和串口。如图 2所示 ， 选 择 C h a n n e l 0来添加要进行通信 的两个 P L C所使 用 的以太网协议 ， 即 S R T P T C P ／ I P G E F a n u c 和 E t h e r n e t ／ I P A l l e n B r a d l e y 协议 。此 时在下 面的 设备库 中自动列出了 G E F a n u c和 A l l e n B r a d l e y的 P L C设备列表。 2 组态 T C P ／ I P设备选择设备库 中的 G E 9 0 - 7 0 P L C和 A l l e n B r a d l e y的 L o g i x S 0 0 0， 拖放到右 侧的设备表中。 3 组态通信数据需要在两个 P L C之间通 信的数据主要有两种 一是原料与烧结控制 系统 的接 口信号 ， 主要用于与烧结控制系统连锁运行 ； 二是 l 7台电子秤的开机 、 脉冲、 累计值及 7 4台料 位计的通信等。综合上述通信数据 的需要 ， 所需 开关量 近 1 0 0个 ， 模 拟量近 1 0 0个 。通过 G A T E ． w a y C o n s o l e 分别组态了两对数字量 R e a d ／ Wr i t e和 一 对模拟量 R e a d／Wr i t e功能 ， 如图 3所示 。 4 初始化网关存储组态到网关中， 网关作 为客户机运行 ， P L C作为服务器运行 ， 无需 编程 ， 即可实现 以太网通信。 3 结束语 唐钢原料场 自动 控制 系统 改造项 目于 2 0 0 8 年 l 2月全部 投入实 际运行 ， 完 全达 到 了设计要 求。由于成 功实 现 了罗克 韦尔 C o n t r o l E o g i x P L C 与 G E 9 0 7 0 P L C两种异构 P L C控制系统之间的 网络通信 ， 因此使得 改造项 目的实施基本上没有 影响现有高炉及烧结 的生产 ， 为唐钢顺利完成全 冶 金自 动 化 第3 4卷 基 妇 ● i 蕾 ￡ i 砸 垂 孥 薯 薯 i 麓 * r鼍 囊 蠢 蓑 。 威 _To O l s 叠 蓬￡ 蠢 m 鼍 i 薯 鬈 蹦 瀑 一 鬻篡 霎 霎 搿 骥 i 鬻 簪 鬻凝黧鬻 妻 嚣 l 攀 剧 剜 型剿剖 到剐 圆i剑㈠ 勤 型睁 l到 蠹 l i 鍪 l lil i豳捌 ⋯ ～一⋯ ‘ i ～ 稿 l t h m翳 j j 曩 ． 。 T c P ， I P 0 0 3 ． O 0 。 ． 0 0 0 ． O O 5 藏 Se rve r E i pme n ts 嚣凰 D e s e r i p t i o n c 蠊 一 谨 3 ． 0 0 ． 5 一量 [ 0 0 1 ]O O 3 0 0 13 ． 0 0 0 ． 0 0 l 靶Y n u c S e r i I s 9 0 7 0 蕈 G k T E w a y E t h e r n e t S e r i a l 曩 [ 0 0 2 】0 0 3 ． 0 0 0 0 0 0 O O 2 L o g i x S OP c c c | e s s t g l n _ 氇 t h _ n 砻 秘 I c l -缝 c 1 i C h ,．n al 1 e r i I 1 N o n e 塑 堙IJ陵 l 睁 l 整 i 避 彗 l 0 鞫 三 t ,I a | r y 黧密 镪 F 虻 戮 s vR r Eq ui p me nt s 皇疆 Y a n u c S e r i e s 9 0 - 3 0 雷证 F LⅡ c S e r i e ￡ 9 0 - 7 0 簿豳 I I E 髓如址 Y 孽 S e r v e r E q u i “ 曩 L o g i x S O 0 0一Y C C C B e z a g t n g 目S IE- O 0 置 P 【 c 一 5 圈 E c穗 匆m随 l I 棠 融N e t w o rk 嘲 e e 峨 l 图 2网关组态 图 F i g ． 2 Ga t e wa y c o n f i g ur a t i o n 图 3 通信数据组态 F i g ． 3 Co mmu n i c a t i o n d a t a c o n fi gu r a t i o n 年生产经营任务做出了很大贡献。 [ 2 ] 李明河． 异构P L C工控系统网络互联设计[ J ] 自动化 与仪表， 2 0 0 1 ， 1 6 4 3 6 3 8 ． 参考文献 [ 1 ] 李凤阁， 佟为明． 电气控制与可编程控制器应用技术 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 7 4 6 3 ．- 4 6 4 ． [ 3 ] 望治明． 异构网络港口控制系统的设计与实现[ D ] ． 武 汉 武汉理工大学 ， 2 0 0 7 9 - 1 2 ． [ 编辑 初秀兰] 会议 预告 中国计量协会冶金分会将于2 0 1 0年9月中旬召开第 4 届第4 次理事会暨年会 主题 2 0 1 0冶金节能减排与能源计量管理