异构PLC控制系统网络通信

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1、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PLC。如何利用网络互联的 方法，实现异构PLC系统之间的通信,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 GEFanuc 公司的 GE90270PLC 与罗克韦尔公司的 ControlLogix 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1260m3高炉、2台18

2、0m2烧结 机供料。经过近些年的改扩建,特别是3#高炉大修及新180m2烧结机的建成，目前料场共承担 1座3200m3高炉、2座2000m3高炉、2台210m2烧结机、1台265m2烧结机、1台180m2 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GE 公司的90270PLC，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PLC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，同步设计新

3、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，使现场信号同时接入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PLC与GE90270PLC之间的通信，就成为首要解决的关键问题。2GE90270PLC 与 ControlLogixPLC 网络通信设计由于 G

4、EPLC 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 PLC产品。在PLC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 PLC 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1。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 ControlLogix 系统，因此 确定原料场控制系统也使用ControlLogix系列PLC。GE90270PLC 与 ControlLogixPLC 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

5、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2。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 PLC 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。211 信息层网络实现同构目前,基于工业以太网的 TCP/IP 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

6、的应用层 协议，能够通过Internet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 GE90270 控制系统控制层采用 Genius 网，信息层采用以太网。改造后的 Control2Logix控制系统控制层采用ControlNet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 PLC 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。212 网关实现网络互联尽管 GE90270PLC 和 ControlLogixPLC 都支持以太网通信协议，但它们的通信协议并

7、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 Woodhead 作 为 全 球 知 名 的 工 业 连 接 和 通 信 产 品 供 应 商 ， 推 出 了 WoodheadGATEway。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。Wood2headGATEway端口包括10/100Mb/s自适应以太网RJ45端口、 标准ProfibusD2SUB端口和RS485/422串行端口。现有的协议包括20种以太网TCP/IP、串 口和Profibus,囊括了罗克韦尔、西门子、施耐德、三菱、欧姆龙、GE、阿尔斯通等各大厂 商

8、的协议。其开发的APP2ESR2GTW产品可以实现ControlLogix和GEPLC之间的通信。213 网络系统硬件构成及功能利用 Woodhead的APP2ESR2GTW多协议网关，通过型号为 17562ENBT 的 ControlLogixEther2net/IP 通信模块与 ControlLogixPLC 进 行通信;通过型号为 IC697CMM742 的 EthernetI/Ffor90270 以太网接口模块与 GE90270PLC 进行通信3。网络系统构成如图1 所示。网络硬件系统功能简述如下。(1) IC697CMM742GE90270PLC 的 TCP/IPEthernet 网

9、络控制器模块，支持 TCP/IPSRTP 数 据传输协议(使用一种在TCP/IP协议之上的GEFanuc专有SRTP协议实现)，传输速率为10Mb/s。(2) 17562ENBTControlLogixPLC 的 Ether2net/IP 通信接口模块，通信速率为 10/100Mb/s。APP2ESR2GTW以太网至以太网网关，为Ethernet/IP协议与不同设备及PLC之间的以 太网TCP/IP数据交换提供了可能，支持128个设的同时接入。APP2ESR2GTW的特点是最 多可同步实现10个工业以太网TCP/IP协议;配置简单，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

10、，运行实时操作系统内核。 通过网关的板上数据库 (32Kb/32KW)，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255 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。214 网络通信组态21411设定IP地址三方设备要通过以太网互联，就需要分别设置其IP地址，且3个IP地址必须属于同一网 络。(1) 通过 GE90270PLC 的 Logicmaster90 组态软件，设置 IC697CMM742 的 IP 地址为 3101011。(2) 通过 ControlLogixPLC 的 RSLogix5000 软件，设置 17562EN

11、BT 模块的 IP 地址为 3101012。(3) 通过 WoodheadGATEway 的 Applicomgateway 软件，设置 APP2ESR2GTW 网关的 IP 地址为 3101015。21412网关组态WoodheadGATEway 提供组态管理器 GATE2wayConsole 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APP2ESR2GTW网关有两个配置端口:以太网口和串口。如图2所示, 选择Channel。来添加要进行通信的两个PLC所使用的以太网协议，即SRTPTCP/IP(GEFanuc) 和 Ethern

12、et/IP(AllenBradley) 协议 。 此 时在 下面 的设备 库中 自 动 列出 了 GEFanuc 和 AllenBradley 的 PLC 设备列表。(2) 组态TCP/IP设备选择设备库中的GE90270PLC和AllenBradley的Logix5000,拖放到 右侧的设备表中。(3)组态通信数据需要在两个PLC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17台电子秤的开机、脉冲、累计值及74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 100 个，模拟量近 100 个。通过 GATE2wayConsole分

13、别组态了两对数字量Read/Write和一对模拟量Read/Write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,PLC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 2008 年 12 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ControlLogixPLC与GE90270PLC两种异构PLC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 利完成全年生产经营任务做出了很大贡献。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,2007:4632464.李明河.异构PLC工控系统网络互联设计J.自动化与仪表,2001,16(4):36238.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,2007:9212