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SIMATIC NET工业以太网技术在连铸机控制系统中的应用

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1 引言

由于工业现场总线标准兼容性原因，在许多新建工业控制工程中，工业以太网正以其低成本，高实效，高扩展性成为工业控制的主流技术。德国西门子公司研发的SIMATIC NET工业以太网作为西门子全集成自动化系统中的一个重要组成部分，是工控领域应用广泛的工业以太网体系。SIMATIC NET提供了符合ISO/OSI网络参考模型下开放的适用于工业环境下各种控制级别的不同的通信系统，为完善的工业自动化控制系统的通讯提供部件和网络体系。

2 SIMATIC NET工业以太网概述

SIMATIC NET是一个开放、高效的工业通讯网络体系。主要由3部分组成: Industrial Ethernet工业以太网；Profibus现场总线；A-S Interface前端总线。通过上面3部分网络体系组合，SIMATIC NET就几乎可以应用于所有的工业自动化领域，实现将现场分散的仪表、控制器、计算机的全系统集成。

SIMATIC NET工业以使用屏蔽双绞线及光纤传输作为通信介质。网络拓扑结构有总线型、环型等结构。网络连接元件有OSM（光学交换机模板）和ESM（电气交换机模板）待系列交换机。其中组建以太网最关键的设备是CP系列的通信处理器。通过CP系列模板用户可以很方便的将S7系列PLC通过以太网进行连接，并且支持使用STEP7软件。同时可以同PC上的OPC Server进行通信。

SIMATIC NET工业以太网软件包括SIMATIC NET V6.0和OPC（OLE for Process Control）标准，其中SIMATIC NET软件提供了统一的Windows画面，通过它提供了APC（Advanced PC Configuration）高级PC配置工具，PC机可以作为整个系统控制系统的一个站点同其他PLC站进行通信，SIMATIC NET OPC是服务器/客户端结构，客户端访问服务器的程序。采用OPC技术大大提高了控制系统的互操作性和适应性。

3 济钢第三炼钢厂连铸机控制系统网络配置

济钢三炼钢板坯连铸机基础自动化控制系统就是采用德国SIEMENS公司的SIMATIC NET技术构建的仪控合一的基础工业控制网络。整个基础自动化控制系统分为二级，一级是由L1服务器、L1客户端、智能专家系统计算机（ASTC、Mold Expert）和各主PLC组成工业以太网络，网络通信介质使用的是屏蔽双绞线以及光纤，通信速率为10Mb/s，采用环形拓扑结构，进行信息的交换，使操作人员可以实时监控现场设备运行状态，根据生产情况在HMI上进行远程控制，并可将设备运行情况通过曲线或文字的形式记录下来，以备后期研发。第二级是为了满足各PLC与各单体设备之间数据快速响应要求，采用SIMATIC NET通讯系统中的Profibus网络作为单元级数据传输网络，完成主体PLC与远程I/O系统、分布I/O系统和变频器通讯，以满足生产的精准要求。PLC主要采用S7-300、 S7-400及C7系列作为主站，远程I/O、变频器等智能单元作为从站，主站与从站通过现场总线PROFIBUS_DP进行通讯。在这套控制系统所有的电气设备包括PLC、数字传动装置等全部采用德国SIEMENS公司产品。整个网络的布局如图1所示。

图1 连铸机控制系统网络配置

由该连铸机控制系统由18套PLC、4台计算机操作站、1台计算机服务器以及远程I/O组成。其中四台主PLC包括PLC-C、PLC-S、PLC-I、PLC-R直接挂在工业以太网上，其余PLC及智能设备通过Profibus-DP与各自的主PLC通信。PLC-C用于公用系统的检测和控制，PLC-S用于铸流系统的检测和控制， PLC-I用于仪表系统的检测和控制。PLC-R用于辊道系统的检测和控制，其余各PLC有1台PLC用于结晶器调宽系统的检测和控制，1台PLC用于结晶器振动系统的检测和控制，2台用于结晶器液位系统的检测和控制3台用于液压系统的检测和控制，2台用于润滑系统的检测和控制，2台用于一次、二次火焰切割机的检测和控制， 1台用于铸坯打号机的检测和控制、1台用于去毛刺的机检测和控制。设置了4台计算机操作站用于智能人机接口，分别放在主操作室和出坯操作室，对连铸机进行动态监视和操作，并打印报警事件。核心设备服务器放置于微机室中。

4 系统软件及数据通信

济钢三炼钢连铸机控制系统的PLC编程工具采用Siemens公司的Step7.0软件，该软件可能通过以太网对S7系列PLC进行远程组态，编程和诊断。上位数据采集、监视和控制画面系统即SCADA（Supervisory ControI And Data AcquiSition System），开发软件采用的UGS公司Factorylink7.5，该软件是基于Server/Client模式的软件，一个Server可以连接上数个百个Client组成庞大的系统，并可以进行网络中的远程组态，组态方便，功能强大。Factorylink7.5该软件利用OPC技术与SIMATIC NET OPC服务器通信，将现场信号按照统一的标准与服务器端连接起来，实现动态数据交换，整个系统的数据流程如图2所示。

图2 系统数据流程

通过上图我们可以看出系统的4台客户端计算机直接与L1服务器进行通信，从服务器中读取现场数据，而L1服务器作为SIMATICNET的OPC客户端与SIMATIC NET的OPC服务器通信，SIMATIC NET的OPC服务器才直接与下位PLC进行通讯的，实现对PLC内存单元的直接进行读写访问，从而达到通过PLC来控制铸机生产过程。

5 结束语

济钢三炼钢连铸机自动化网络控制系统采用了自动化的先进技术，尤其是SIMATICNET及为OPC技术的应用，不仅使系统维护，还便于扩展，系统投用至今对于提高产品质量，改善操作条件，提高劳动效率都起到了积极的作用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/29/2007)


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