關(guān)鍵詞: NetLINK PLC OPC Server 以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng) 工廠自動(dòng)化 信息化
Abstract: As the industrial automation researching deeply, the popular solution about network project is centralized monitor and decentralized control. Siemens as the automation expert, the application S7 PLC is widely, and it is also a high-credible solution about decentralized control. But how to realize centralized monitor is one key question about automation, it has something to do with lowing cost、decreasing monitor device and decreasing technical person. After analysis netLINK from Hilscher, with the OPC Server from Kepware who is the USA vendor of OPC software, based on real project, providing one easy-way and high-credible Ethernet solution to realize S7 PLC centralized monitor.
Key words: NetLINK PLC OPC Server Ethernet Network Factory Automation Information Automation
1、 引言
計(jì)算機(jī)科學(xué)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使得工業(yè)自動(dòng)化經(jīng)歷了從集中控制到分散控制的轉(zhuǎn)變，分散控制使得控制精度提高、實(shí)時(shí)性響應(yīng)快、連接設(shè)備增多，而現(xiàn)場(chǎng)總線以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、現(xiàn)場(chǎng)布線簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)場(chǎng)層得到的廣泛的應(yīng)用，如Siemens的PROFIBUS總線等，S7 PLC作為PROFIBUS主站，連接PROFIBUS從站，實(shí)現(xiàn)對(duì)從站設(shè)備的控制，從而達(dá)到分散控制的功能，此應(yīng)用非常普遍。另一方面，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備很多，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分散，現(xiàn)場(chǎng)需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)量非常大，如果實(shí)現(xiàn)分散監(jiān)控，監(jiān)控設(shè)備需求量會(huì)很大，現(xiàn)場(chǎng)成本會(huì)很高，且需要更多的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員，而上述問題可通過集中監(jiān)控來解決，因此如何實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控成為關(guān)鍵問題之一，本文在深入分析德國(guó)赫優(yōu)訊網(wǎng)關(guān)netLINK的基本功能和性能特性的基礎(chǔ)上，基于某污水處理工廠信息化聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，通過netLINK實(shí)現(xiàn)S7系列PLC的聯(lián)網(wǎng)，將MPI協(xié)議轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)連接，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集至總控室，通過美國(guó)知名OPC軟件提供商Kepware的OPC Server，利用OPC方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示與分析。此方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便，是Siemens S7系列PLC信息化聯(lián)網(wǎng)工程的可靠解決方案。同時(shí)，netLINK對(duì)工程聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目改造，更有其優(yōu)勢(shì)所在，無需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的硬件組態(tài)和程序修改，也無需進(jìn)行設(shè)備停運(yùn)，在不影響系統(tǒng)正常工作的情況，輕松實(shí)現(xiàn)工程聯(lián)網(wǎng)，可操作性強(qiáng)。是現(xiàn)場(chǎng)工程師工廠信息化聯(lián)網(wǎng)方案的極佳選擇。
2、 德國(guó)赫優(yōu)訊（Hilscher）netLINK功能分析與性能特性
德國(guó)赫優(yōu)訊公司網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品之一netLINK，如圖1所示，主要用于解決Siemens S7系列PLC的工程聯(lián)網(wǎng)問題，可將Siemens MPI、DP、PPI協(xié)議轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)S7-200、S7-300、S7-400系列PLC的以太網(wǎng)連接，通過以太網(wǎng)對(duì)PLC內(nèi)部DB塊、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、Memory、Input、Output等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。
圖1. netLINK
netLINK結(jié)構(gòu)小巧緊湊、應(yīng)用簡(jiǎn)單方便、性價(jià)比高、無需外接電源、支持即插即用功能，現(xiàn)場(chǎng)使用無需停止網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，直接可對(duì)CPU數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)netLINK還可實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU程序的遠(yuǎn)程下載，現(xiàn)場(chǎng)工程師可直接在總控室內(nèi)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)指定CPU進(jìn)行程序的修改，非常方便。
另外netLINK提供驅(qū)動(dòng)API函數(shù)，方便用戶進(jìn)行二次開發(fā)，用戶可根據(jù)工程項(xiàng)目需求，利用高級(jí)語言如VC、VB等，自行開發(fā)上位監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。且許多國(guó)際國(guó)內(nèi)知名SCADA/SoftPLC軟件廠商都已集成了netLINK驅(qū)動(dòng)，可直接連接netLINK；國(guó)際知名的OPC提供廠商Kepware和Matrikon也可提供netLINK的OPC Server。本文正是基于通過美國(guó)知名OPC軟件提供商Kepware的OPC Server，詳細(xì)介紹如何實(shí)現(xiàn)S7系列PLC在污水處理工廠信息化工程聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
另外netLINK提供驅(qū)動(dòng)API函數(shù)，方便用戶進(jìn)行二次開發(fā)，用戶可根據(jù)工程項(xiàng)目需求，利用高級(jí)語言如VC、VB等，自行開發(fā)上位監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。且許多國(guó)際國(guó)內(nèi)知名SCADA/SoftPLC軟件廠商都已集成了netLINK驅(qū)動(dòng)，可直接連接netLINK；國(guó)際知名的OPC提供廠商Kepware和Matrikon也可提供netLINK的OPC Server。本文正是基于通過美國(guó)知名OPC軟件提供商Kepware的OPC Server，詳細(xì)介紹如何實(shí)現(xiàn)S7系列PLC在污水處理工廠信息化工程聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
3、 netLINK網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)S7系列PLC聯(lián)網(wǎng)方案
3.1 項(xiàng)目背景
污水處理關(guān)系到國(guó)家資源建設(shè)的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù)，處理的工藝流程比較復(fù)雜，所需現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)量比較多，項(xiàng)目工程占地面積大，設(shè)備比較分散，工作站多且分散，因此一般污水處理過程都通過分散控制、集中監(jiān)控的方案來實(shí)現(xiàn)。
本論文所基于的某污水處理工程項(xiàng)目，項(xiàng)目自動(dòng)控制部分主要包括：預(yù)處理站、生物處理站、污泥處理站、出水及雨水處理站和污泥消化干化站五個(gè)站點(diǎn)的控制系統(tǒng)�？刂葡到y(tǒng)均采用Siemens S7-300作為CPU負(fù)責(zé)每個(gè)站點(diǎn)的分散控制，利用德國(guó)赫優(yōu)訊netLINK將S7-300 PLC連接至以太網(wǎng)，通過帶光纖接口的交換機(jī)，采用以太網(wǎng)冗余光纖環(huán)網(wǎng)構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)高速通訊的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，從而將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳至總控室，總控室上位計(jì)算機(jī)操作員站運(yùn)行iFIX監(jiān)控軟件，通過Kepware公司的netLINK OPC Server，利用OPC方式，實(shí)現(xiàn)S7-300控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的讀寫，同時(shí)，工程師站也可通過STEP7軟件對(duì)所有S7-300站點(diǎn)CPU進(jìn)行編程下載，所有操作均可在總控室中完成。從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的工廠信息化聯(lián)網(wǎng)總控。
3.2 項(xiàng)目系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
上述已經(jīng)詳細(xì)介紹了整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架及所采用的硬件和軟件，以下給出整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。
圖2. 項(xiàng)目系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4、 netLINK網(wǎng)關(guān)聯(lián)網(wǎng)方案實(shí)現(xiàn)
本項(xiàng)目中，netLINK不僅需要實(shí)現(xiàn)通過Kepware公司OPC Server將CPU數(shù)據(jù)上傳至iFIX監(jiān)控軟件，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，而且需要實(shí)現(xiàn)通過以太網(wǎng)連接至工程師站，利用STEP7對(duì)指定CPU進(jìn)行程序下載功能。
4.1 netLINK網(wǎng)關(guān)的參數(shù)配置
德國(guó)赫優(yōu)訊netLINK網(wǎng)關(guān)的參數(shù)配置非常簡(jiǎn)單方便，利用隨netLINK帶的光盤，安裝免費(fèi)軟件SyCon，運(yùn)行軟件，新建工程，插入一個(gè)NL 50-MPI設(shè)備，選擇TCP/IP驅(qū)動(dòng)，通過內(nèi)置軟件NetIdent進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)netLINK設(shè)備的搜索，選擇網(wǎng)絡(luò)上需要配置的netLINK，進(jìn)行參數(shù)配置，參數(shù)配置如圖3所示，首先需要對(duì)IP地址進(jìn)行配置，注意IP地址需要和運(yùn)行計(jì)算機(jī)的IP地址處于同一網(wǎng)段中，否則無法連接硬件。Ethernet參數(shù)默認(rèn)即可，PROFIBUS參數(shù)一般情況下默認(rèn)即可，有時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)MPI地址進(jìn)行重設(shè)，默認(rèn)為2。參數(shù)配置完成后，通過Online---Download下載設(shè)備參數(shù)信息至netLINK Flash中，永久保存。
圖3. netLINK參數(shù)配置圖
4.2 美國(guó)Kepware公司OPC Server軟件的組態(tài)
運(yùn)行Kepware OPC Server安裝文件，完成OPC Server的安裝。打開KEPServerEx軟件，設(shè)置新的“New Channel”，在“Device Driver”中選擇“Siemens TCP/IP Ethernet”，在“Device model”中選擇“Netlink：S7-300”，如圖4所示，設(shè)置好IP地址和Port Number （1099）和MPI地址即可，從而完成OPC Server的設(shè)備選擇。
圖4. Kepware OPC設(shè)備選擇
選擇好OPC Server設(shè)備后，可以在KEPServerEx軟件中添加需要監(jiān)控的S7-300 PLC中Address值，設(shè)置好“Tag Properties”，如圖5所示，添加MW1.1，從而監(jiān)控M區(qū)數(shù)據(jù)。至此完成OPC Server的所有配置。有關(guān)OPC Server的使用如有問題，可咨詢Kepware公司。
圖5. 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)參數(shù)配置
4.3 STEP7軟件的組態(tài)
首先需要安裝STEP7軟件，同時(shí)安裝IBH驅(qū)動(dòng)，有關(guān)IBH驅(qū)動(dòng)在產(chǎn)品光盤中或者可通過IBH公司官方網(wǎng)站下載，在安裝好IBH驅(qū)動(dòng)后，進(jìn)入“控制面板”或啟動(dòng)“STEP 7”，選擇菜單欄上的“Options”找到“設(shè)置PG/PC接口”雙擊打開，選擇IBHNet（MPI），點(diǎn)擊Properties，對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如圖6所示。關(guān)鍵是IP地址的設(shè)定，設(shè)置需要連接的netLINK的IP地址，完成后保存，并下載至模塊中，完成STEP7與netLINK的連接。
圖6. PG/PC參數(shù)配置
5、 通訊測(cè)試
以下通過簡(jiǎn)單的通訊測(cè)試，驗(yàn)證通訊的狀態(tài)，主要進(jìn)行兩個(gè)測(cè)試，一是通過STEP7內(nèi)部測(cè)試程序，測(cè)試通過netLINK與S7-300的通訊狀態(tài)，二是利用OPC Client，連接Kepware OPC Server，測(cè)試netLINK與S7-300的數(shù)據(jù)監(jiān)控狀態(tài)。
5.1 STEP7與S7-300通訊測(cè)試
打開STEP 7軟件，選擇PLC---Monitor/Modify Variables，設(shè)定測(cè)試參數(shù)，單擊“Monitor Values”， 查看地址狀態(tài)，如圖7所示，M區(qū)地址可被讀寫控制，說明數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)良好，通訊連接正常，說明netLINK通過IBH驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)STEP7與S7-300的通訊，同時(shí)可通過PLC---Download，對(duì)編輯程序進(jìn)行遠(yuǎn)程下載，工程師可在總控室內(nèi)，通過netLINK，選定IP地址，利用以太網(wǎng)對(duì)遠(yuǎn)程指定CPU進(jìn)行程序下載操作。
圖7. STEP7測(cè)試界面
5.2 OPC Client監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)測(cè)試
本項(xiàng)目中使用iFIX作為監(jiān)控軟件，通過iFIX提供的OPC Client，連接Kepware OPC Server，從而實(shí)現(xiàn)通過OPC通訊，對(duì)CPU數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。而測(cè)試過程，可選擇任何一家OPC客戶端軟件或者任何支持OPC監(jiān)控軟件進(jìn)行測(cè)試。本文鑒于項(xiàng)目原因，使用Kepware OPC Client進(jìn)行測(cè)試，打開OPC Client，建立連接，選擇KEPware.KEPServerEx.V4，導(dǎo)入所有OPC Server中所設(shè)置的變量，如圖8所示。
圖8. OPC Client測(cè)試界面
工程中將導(dǎo)入的所有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行標(biāo)簽的設(shè)定，通過iFIX圖形化界面顯示各參數(shù)，并通過各參數(shù)之間的配合關(guān)系，動(dòng)態(tài)顯示現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備的工作狀態(tài)等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作狀態(tài)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)仿真，并可通過報(bào)警等信息，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制與處理。
6、 總結(jié)
本文在深入分析德國(guó)赫優(yōu)訊網(wǎng)關(guān)netLINK的基本功能和性能特性的基礎(chǔ)上，基于污水處理工廠信息化聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目，詳細(xì)剖析了如何實(shí)現(xiàn)通過netLINK進(jìn)行S7系列PLC的聯(lián)網(wǎng)，集中監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；如何實(shí)現(xiàn)通過netLINK，利用STEP7對(duì)S7系列PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程的配置下載，并通過兩個(gè)具體的通訊測(cè)試，測(cè)試通訊連接的狀態(tài)，測(cè)試結(jié)果說明通訊狀態(tài)良好。
而本文所基于的污水處理工程項(xiàng)目從08年初測(cè)試完成后，截至到目前，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了6年的無故障運(yùn)行，更加說明通過德國(guó)赫優(yōu)訊netLINK實(shí)現(xiàn)S7系列PLC的工程聯(lián)網(wǎng)，是一種可靠的聯(lián)網(wǎng)方案。相信netLINK可以為廣大自動(dòng)化用戶提供Siemens控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)便捷且切實(shí)可行的解決方案。
參考文獻(xiàn)
[1] System Configurator NetDevices NetLink, NetNode. Hilscher Company.（德國(guó)赫優(yōu)訊自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司）, 2007.
[2] IBH Network Settings. Hilscher Company.（德國(guó)赫優(yōu)訊自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司）, 2007.
[3] NetLink System Software. Hilscher Company.（德國(guó)赫優(yōu)訊自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司）, 2007.
[4] http://www.ibhsoftec-sps.de/english/first.htm. IBH Company.
[5] Configuring Hardware and Communication Connections STEP 7 V5.3 Siemens Company, 2004.
[6] http://www.kepware.com/. Kepware Company.
作者簡(jiǎn)介
鄒玉鞋(1980--) 男 碩士 德國(guó)赫優(yōu)訊自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司 中國(guó)區(qū)銷售總監(jiān) 專業(yè)從事工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)通訊研究。
