浅析西门子PLC网络通信实训平台的设计和实现

郑逸

摘 要 针对PLC实验室设备分散孤立问题，为整合实验室现有资源，采用PROFIBUS-DP和工业以太网通信方式，搭建PLC网络通信实训平台，从而为学生提供了良好的学习和开发的平台，提高学生的实践与创新能力。

关键词 PLC;PROFIBUS-DP;工业以太网

引言

传统的PLC控制系统多数没有建立网络或网络结构单一，导致了信息资源共享的缺乏和生产管理过程中“自动化孤岛效应”现象的产生，无法满足现代工业对生产的要求[1]。该课题利用实验室设备，整合现有资源，以工业以太网和PROFIBUS-DP网络为主，搭建西门子PLC网络通信实训平台，从而将实验室资源整合为一个小型的工业控制仿真实验网络。

1PLC网络通信实训平台的设计

1.1 PLC网络通信实训平台的结构

实验室中的集成工业网络控制实训平台包含计算机、S7-300、S7-200、触摸屏、ET200M以及实验挂件和实验室装置等，根据工业网络通信的特点，搭建实验室的网络通信平台，如图1所示。该网络通信平台主要分为管理级、控制级、基础级三层搭建，真实地模拟工业领域控制系統运行环境。

其中，管理层作为第一层，以PC机为主，对底层的被控对象和整个网络的管理进行实时监测和控制。控制层作为第二层，以PLC-300为主，与底层设备和执行器相连，实现现场数据的采集和处理。基础层作为第三层，直接连接现场设备，如交通灯、配料装置等其他被控对象，并负责现场的检测和控制[2-3]。

1.2 系统软硬件配置及通信方式的选择

PC机安装了西门子PLC300组态和编程软件TIA博途、PLC200组态和编程软件STEP7-Micro/WIN以及MCGS组态软件。控制主站选用S7-300系列模块式PLC，其CPU选用CPU315-2PN/DP。分布式I/O选用ET200M，通过接口IM153-1与PROFIBUS-DP现场总线相连。S7-200PLC的CPU则选用CPU224-CN，可通过一定的通信方式与S7-300PLC相连。

西门子工业控制网络有工业以太网Profinet、MPI网络、现场总线Profibus-DP、点到点连接PtP和AS-i网络[4]。该实验室中的集成工业网络控制实训平台选择了现场总线PROFIBUS-DP和工业以太网PROFINET这两种通信方式。

2PLC网络通信实训平台的实现

2.1 PROFIBUS-DP网络的组建

该课题搭建以S7-300 为主站，S7-200和ET200M为从站的PROFIBUS-DP子网络结构，被控对象分别选取具有典型代表性的交通灯和皮带配料装置。

（1） S7-300PLC和S7-200PLC的DP通信

在S7-300PLC与S7-200PLC进行DP通信时，因两者地通信接口不兼容，因此需通过EM277模块进行通讯。在硬件组态过程中，需要在TIA博途中进行S7-300站的组态，在S7-200系统中无需对通讯进行组态和编程，只需将要进行通讯的数据整理放在V存储区即可。其DP网络组态如图2所示。

（2） S7-300PLC和远程I/0装置的DP通信

在S7-300PLC与远程I/O装置ET200M进行DP通信时，远程I/O装置需采用带有DP口的IMl53-2装置。将ET200M上的“BUS ADDRESS”拨码开关PROFIBUS地址设为3，并在硬件组态时做相同的设置。被控对象交通灯模块和远程I/O接口相连，控制程序在PC端TIA博途软件编程中实现。

2.2 PROFINET网络的组建

该课题搭建以S7-300 为主站，S7-200为从站的工业以太网网络结构，被控对象分别选取具有典型代表性的水塔水位控制。

S7-300与S7-200通过以太网通信处理器CP243-1进行PN通信，除了硬件组态之外，还需要进行网络参数的设置，以便在编程时，方便调用功能块。使用STEP7-Micro/WIN为CP243-1配置以太网向导，如图3所示。完成配置后需要在程序中调用以太网向导生成的功能块，如图4所示。

3结束语

本网络通信实训平台已经搭建完成，并通过系统调试，实现了基于PROFIBUS-DP和PROFINET网络的通信控制，各被控对象在PLC网络下可正常运行，为教学科研与开发应用提供了一个面向工业过程的实验平台，现已应用于本校的教学和PLC实训中，效果良好。

参考文献

[1] 王德吉.西门子工业网络通信技术详解[M].北京：机械工业出版社，2012：79.

[2] 吴才章.对自动化专业实践教学体系的研究与实践[J].河南工业大学学报（社会科学版），2010，6（1）：116-119.

[3] 崔桂梅，顾婧弘，刘丕亮.基于西门子PLC网络化实验平台的设计[J].实验室研究与探索，2015，34（3）：212-215.

[4] 胡毅，于东，刘明烈.工业控制网络的研究现状及发展趋势[J].计算机科学，2010，37（1）：23-27.