以太网串行网关在西门子PLC控制系统中的应用.pdf

自 动化与仪器仪表} 2 0 1 4 年7 期 总第1 7 7 期 以太网串行网关在西门子P L C控制系统中的应用 董爱 民 得力满水处理 系统 北京有限公 司 北京，1 0 0 0 0 0 摘要 介绍 了西 门子 S I MA T I C s 7 ． 4 0 0 H P L C、AB B AC S 5 5 0 系列变频器 、电能表 E M6 0 0 和赫 优讯 NT I O 0 网关在软硬件设计 、组态以及成功应用 。 关键词 P L C；变频器 ；网关 DOl 编 码 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 ． 9 2 2 7 ． 2 0 1 4 ． 0 7 ． 0 1 2 7 Ab s t r a c t T h i s P a p e r i n t r o d u c e s t h e c o n fi g u r a t i o n a n d n e t wo r k c o n s t r u c t i o n t h a t i s c o n s i s t e d o f S i e me n s SI M ATI C S7 40 0 H 、 ABB AC 55 0 s e r i e s i n ve r t 、 EM 6 0 0 Po we r m e t e r a nd Hi l s c he r NTl 0 0 Ga t e wa y ．I n a s ． p e c t s o f h a r d wa r e a n d s o f t wa r e d e s i g n ， t h e P a p e r a l s o d e s c r i b e s the s u c c e s s f u 1 a p p l i c a t i o n o f ma i n f u n c t i o n ． Ke ywo r d s P LC； I n v e r t ； Ga t e wa y 中图分类号T D 2 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 9 2 2 7 2 0 1 4 0 7 0 1 2 7 0 4 0 引 言 工业 以太网和现场总线在工业 自动化领域飞速 发展 的今天， 由于 R S 一 4 8 5 接 口可 以实现点对点 的 通讯并可 以联 网，R S 一 4 8 5 串 口通讯技术仍然广泛应 用于工业控制行业 中， 各种智 能仪表。 变频器， 智能控 制器 的基本通讯配置都是 R S 一 4 8 5的串 口通讯协议。 然而，Mo d b u s 协议在串 口和 以太 网之间运行是非常 困难的，这就需要一个通讯 的网关作为二者的桥梁 来帮助整合他们 。网关支持一个以太网和 R S 一 4 8 5口 来连 接各种类 型的支持 Mo d b u s 协议 的设 备 。通过 T C P ／ I P和 Mo d b u s 协议转 换， 带 有 以太 网的 P L C可 以与 R S 一 4 8 5 接 口设备实现无缝通讯 。另外 由于各个 厂商对仪表通讯参数地址 的定义有很大 的区别， 而且 地址 的连续性不是很好 。如果通过 P L C编程的方式 来读取设备参数值 比较复杂 。通过网关可 以把不连 续地址整合为连续 的地址，使 P L C读取智能设备的 参数信息读取更加 的简单。我公司使 用了德 国赫优 讯 公司推出的n e t T A P系列 N T 1 0 0 一 R E R S串 口转 以 太 网网关 ，该网关的使用大大简化 了P L C编程 的难 度 ，缩 短 了现场调 试 的周 期 。本 文首 先具体分 析 N T 1 0 0 一 R E R S的技术特 点， 然 后详细 阐述 如何实现 与西门子S I MA T I C S 7 4 0 0 H P L C的通讯 。 1 通讯协议简介 P R O F I N E T是开放 的标准 的实 时的工业 以太 网 收稿 日期2 0 1 4 0 6 1 7 标 准 ，基 于工业 以太 网，1 0控制器可 以最 多连 接 2 5 6 个 I O设备 ，对于整个 以太 网网络节 点是无限制 的。由于其开放性，通讯过程 中不限制 T C P ／ I P等非 实时数 据在 同一根总 线上进 行传输 。节 点安装 简 单，连接到交换机 即可，这与办公室 网络一样增加 和减少设备十分方便 。可以无缝集成 已有的现场总 线系统。 P R O F I N E T 1 0是一种开放式传输系统，具有根 据 P R O F I N E T标准定义的实时功能 。该标准定义 了 与制造商无关的通讯、 自动化和工程模型。用于对 P R O F I N E T组 件 进 行 接 线 的 附件 具 有 工 业 品质 。 P R O F I N E T舍 弃 了分 层 的 P R O F I B U S主 站／ 从 站 概 念 ，而改为使用供应商， 客户规则 。 将 由1 0控制器 预订的I ／ O设备的模块会在工程阶段予 以定义。数量 框架可根据 P R O F I N E T 1 0提供的选项进行扩展。组 态期 间不能超出参数限制 。传输速率为 1 0 0 M b p s 。 用 户 组 态 界 面 与 P R O F I B U S D P 在 S T E P 7 H W C O N F I G中组态系统上 的组态界面基本相 同。 Mo d b u s 协议是应用于 电子控制器上的一种通用 语 言。通过此协议 ，控制器相互之 间、控制器经 由 网络 例如 以太 网和其它设备之 间可 以通信 。它 已经成为一通用工业标准 。有 了它 ，不 同厂商生产 的控制设备可 以连成工业 网络，进行集中监控 。此 协 议支持传统 的R S 一 2 3 2 、R S 一 4 2 2 、R S 一 4 8 5 和 以太 网设备。许 多工业设备，包括 P L C 、D C S 、智能仪表 等都在使用Mo d b u s 协议作为它们之间的通讯标准 。 1 2 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 以太网串行网关在西门子P L C控制系统中的应用董爱民 2 网关简介 德 国 赫 优 讯 公 司 推 出 的 n e t T A P系 列 N T 1 0 0 一 R E R S网关可以实现 串口与以太网之间的协议 转换，通过厂商提供 的配置 软件 S Y C O N ． n e t 进行简 单配 置然后将配置文件下载到网关设备中即可实现 通讯的建立。网关设备通过利用输入输出过程映像 区进 行数据交换 ，通过软件可将 串口端配置为 Mo d b u s 主站或从站，应用非常方便 。该网关 中输入／ 输 出过程映像区大小为 5 1 2 Wo r d s ，即串口端可 以同时 读写 5 1 2 Wo r d s ，通过共享 内存透传得方式发送置 以 太 网设备 ，因此多个 Mo d b u s R T U串口设备可 以连 接到一个网关。 1 S Y C O N． n e t 硬件驱动程序的安装 网关N T 1 0 0设备通过设备厂家提供的U S B组态 电缆第 一次连接到 Wi n d o w s P C时 ，Wi n d o w s操作 系统检 测到新设备提示安装驱动程序 。将 网关设备 厂 家提 供 的光 盘放 入 光驱 中，选 择 “ I n s t a l l f r o m a l i s t o r s p e c i fi c l o c a t i o n ”然后路径选择光盘位置 可 以进行驱动程序 的安装。 2 S Y C O N ． n e t 程序的安装 关 闭系统运行 的所有应用程序 ，安装盘插入光 驱，双击光盘路径 S 0 F T WA R E ／ S Y C O N ． n e t 下的安 装 文 件 S Y C O Nn e t n e t X s e t u p ． e x e 。安 装 自动 开 始，等待安装结束。 3 通讯系统的构成 3 ． 1 网关 与 MOD B US设备 的 网络 拓 扑 图如 图 1 所 示 。 I ⋯ 尺 图 1 网关设备是支持 以太 网接 口。通过网关来连接 分散在各处的MO D B U S串口从设备 ，从而达到数据 采集 和控 制 的 目的。波 特率 9 6 0 0 ；数 据 位 8 位 ；奇偶效验偶效验；停止位 1 位。 3 ． 2 P L C与 网关的 P ROF I NE T网络 拓扑 图如 图2 所 示 1 2 8 图 2 由于 网关设备连接到 P R O F I N E T网络 中，网关 设备不支 持环 网组态 ，所 以该拓 扑结构 为线性 结 构。相关I P 地址定义如表 1 。 表 1 C P U 1 7 2 ． 1 鹋- ． 1 RACK一1 1 721 6 8 02 RACK一2 1 72 1 6 8 _ 0 ． 3 RAC K一 3 1 7 2 1 6 8 ． 0 ． 4 R AC K一 4 1 7 2 ． 1 6 8 ． 0 ． 5 NT1 0 0 _CP 80 0 A 1 7 2 ． 1 6 8． 0． 6 n t l 0 0 r e p n s NT1 0 0 _C P 8 0 0 B 1 7 2 1 6 8 ． 0 ． 7 n t l 0 0 r e p n s - 1 4 通讯 系统的构成 4 ． 1 通 讯 系统 网络 架构的硬 件 构成如 下 C P U6 E S 7 4 1 4 5 HM0 6 0 AB 0 ； l网关 N T 1 0 0 一 R E R S ； 连接 电缆 5 类双绞线； Mo d b u s设 备 变 频 器 AC S 5 1 0 ／ 5 5 0 ， 电 能 表 E M6 0 0 ／ EM2 0 0。 4 ． 2 通讯 系统 网络 架构 的软件 配置 如 下 S T E P 7 P R 0 F E S S 1 0 N A L 2 0 1 0 用于组态 P L C ； S Y C O N ． n e t S y s t e m C o n fi g u r a t o r 用于组态网关； P R O F I N E T E D S 文 件 。 5 西门子 P L C和网关通讯的实现 通讯组态包括两个方面 通过 P L C编程软件对 P L C硬件组态和通过 网关 的组态软件对 网关进行 组 态 。P L C和 网关 的通讯建立是通过对 P L C和网关分 别进行组态来实现的。 不 同厂商 设备 的互联 ，使得 工程设计 更加 灵 活 ，方案 的选择余地更大。例如赫优讯的网关设 备 和西 门子 的远 程 1 0设 备 同时接 到 了 P R O F I N E T 1 0系统网络 中。实现不同厂商设备互联 的前提是不 同厂商的产品严格遵循统一的设计标准，并且提供 统一的产 品描述文件 P R O F I N E T E D S 文件 例 如 赫优讯为 自己的产品提供 了E D S 文件 。通过这 些 产 品描 述文件 ，即可 以方 便地实 现网络通 讯 的 组态。 5 ． 1 P L C组态软件对P L C进行组态具体步骤如下 5 ． 1 ． 1 E DS文件 的导入 网关设备厂商都会根据 自己设备 的参数信息建 立 自己的E D S文件 ，E D S 文件信息保存在厂商提供 的光 盘 中 。 P L C的硬 件 组 态 菜 单 中 选 择 “ o p t i o n s ” I n s t a l l G S D F i l e ⋯弹 出以下窗口 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m