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德国赫优讯netLINK在工厂信息化联网工程中的应用


摘要:工业自动化程度的愈加深入,集中监控、分散控制成为当今自动化盛行的一种联网工程解决方案。作为自动化大家的西门子,其控制系统S7系列PLC,应用非常广泛,为联网工程提供了分散控制的高可靠解决方案。而如何实现集中监控?是提高自动化程度的关键之一,可减少现场监控设备、降低工程成本、减少现场技术人员,实现真正意义上的远程集中监控,实现完全自动化联网。本文在深入分析德国赫优讯netLINK功能和特性的基础上,结合美国知名OPC软件提供商Kepware的OPC Server,通过对污水处理工厂信息化联网工程实例的解剖,针对西门子S7系列PLC集中监控问题,提供了一种简单方便、高可靠性的工厂信息化联网解决方案。
关键词:NetLINK PLC OPC Server 以太网联网 工厂自动化 信息化
Abstract:As the industrial automation researching deeply, the popular solution about network project is centralizedmonitor 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 ServerEthernet Network Factory Automation Information Automation
1、引言
  计算机科学的高速发展,网络化在工业自动化领域的广泛应用,使得工业自动化经历了从集中控制到分散控制的转变,分散控制使得控制精度提高、实时性响应快、连接设备增多,而现场总线以其可靠性高、抗干扰能力强、现场布线简单等优势,在现场层得到的广泛的应用,如Siemens的PROFIBUS总线等,S7 PLC作为PROFIBUS主站,连接PROFIBUS从站,实现对从站设备的控制,从而达到分散控制的功能,此应用非常普遍。另一方面,当现场执行设备很多,现场设备分散,现场需要监控的数据量非常大,如果实现分散监控,监控设备需求量会很大,现场成本会很高,且需要更多的现场技术人员,而上述问题可通过集中监控来解决,因此如何实现集中监控成为关键问题之一,本文在深入分析德国赫优讯网关netLINK的基本功能和性能特性的基础上,基于某污水处理工厂信息化联网项目,通过netLINK实现S7系列PLC的联网,将MPI协议转换为以太网,实现以太网光纤环网连接,将现场数据采集至总控室,通过美国知名OPC软件提供商Kepware的OPC Server,利用OPC方式,将数据发送至监控软件进行数据显示与分析。此方案实现简单方便,是Siemens S7系列PLC信息化联网工程的可靠解决方案。同时,netLINK对工程联网项目改造,更有其优势所在,无需进行现场设备的硬件组态和程序修改,也无需进行设备停运,在不影响系统正常工作的情况,轻松实现工程联网,可操作性强。是现场工程师工厂信息化联网方案的极佳选择。

2、德国赫优讯(Hilscher)netLINK功能分析与性能特性
  德国赫优讯公司网关产品之一netLINK,如图1所示,主要用于解决Siemens S7系列PLC的工程联网问题,可将Siemens MPI、DP、PPI协议转换为以太网协议,实现S7-200、S7-300、S7-400系列PLC的以太网连接,通过以太网对PLC内部DB块、计数器、定时器、Memory、Input、Output等数据进行监控,从而实现对现场所有设备数据的实时采集。


图1. netLINK

  netLINK结构小巧紧凑、应用简单方便、性价比高、无需外接电源、支持即插即用功能,现场使用无需停止网络设备,直接可对CPU数据进行监控,同时netLINK还可实现对CPU程序的远程下载,现场工程师可直接在总控室内对现场指定CPU进行程序的修改,非常方便。
  另外netLINK提供驱动API函数,方便用户进行二次开发,用户可根据工程项目需求,利用高级语言如VC、VB等,自行开发上位监控软件,实现对现场设备的监控。且许多国际国内知名SCADA/SoftPLC软件厂商都已集成了netLINK驱动,可直接连接netLINK;国际知名的OPC提供厂商Kepware和Matrikon也可提供netLINK的OPC Server。本文正是基于通过美国知名OPC软件提供商Kepware的OPC Server,详细介绍如何实现S7系列PLC在污水处理工厂信息化工程联网应用。

3、netLINK网关实现S7系列PLC联网方案
3.1 项目背景
  污水处理关系到国家资源建设的节约和环境的保护,处理的工艺流程比较复杂,所需现场设备的数量比较多,项目工程占地面积大,设备比较分散,工作站多且分散,因此一般污水处理过程都通过分散控制、集中监控的方案来实现。
  本论文所基于的某污水处理工程项目,项目自动控制部分主要包括:预处理站、生物处理站、污泥处理站、出水及雨水处理站和污泥消化干化站五个站点的控制系统。控制系统均采用Siemens S7-300作为CPU负责每个站点的分散控制,利用德国赫优讯netLINK将S7-300 PLC连接至以太网,通过带光纤接口的交换机,采用以太网冗余光纤环网构架,实现高速通讯的网络数据传输,从而将现场设备的数据传至总控室,总控室上位计算机操作员站运行iFIX监控软件,通过Kepware公司的netLINK OPC Server,利用OPC方式,实现S7-300控制系统实时数据的读写,同时,工程师站也可通过STEP7软件对所有S7-300站点CPU进行编程下载,所有操作均可在总控室中完成。从而实现真正意义上的工厂信息化联网总控。
3.2 项目系统结构
  上述已经详细介绍了整个现场网络结构框架及所采用的硬件和软件,以下给出整个系统结构图,如图2所示。


图2. 项目系统结构图


4、netLINK网关联网方案实现
  本项目中,netLINK不仅需要实现通过Kepware公司OPC Server将CPU数据上传至iFIX监控软件,进行现场设备的实时监控,而且需要实现通过以太网连接至工程师站,利用STEP7对指定CPU进行程序下载功能。
4.1 netLINK网关的参数配置
  德国赫优讯netLINK网关的参数配置非常简单方便,利用随netLINK带的光盘,安装免费软件SyCon,运行软件,新建工程,插入一个NL 50-MPI设备,选择TCP/IP驱动,通过内置软件NetIdent进行网络netLINK设备的搜索,选择网络上需要配置的netLINK,进行参数配置,参数配置如图3所示,首先需要对IP地址进行配置,注意IP地址需要和运行计算机的IP地址处于同一网段中,否则无法连接硬件。Ethernet参数默认即可,PROFIBUS参数一般情况下默认即可,有时需要根据实际情况对MPI地址进行重设,默认为2。参数配置完成后,通过Online---Download下载设备参数信息至netLINK Flash中,永久保存。


图3. netLINK参数配置图

4.2 美国Kepware公司OPC Server软件的组态
  运行Kepware OPC Server安装文件,完成OPC Server的安装。打开KEPServerEx软件,设置新的“New Channel”,在“Device Driver”中选择“Siemens TCP/IP Ethernet”,在“Device model”中选择“Netlink:S7-300”,如图4所示,设置好IP地址和Port Number (1099)和MPI地址即可,从而完成OPC Server的设备选择。


图4. Kepware OPC设备选择

  选择好OPC Server设备后,可以在KEPServerEx软件中添加需要监控的S7-300 PLC中Address值,设置好“Tag Properties”,如图5所示,添加MW1.1,从而监控M区数据。至此完成OPC Server的所有配置。有关OPC Server的使用如有问题,可咨询Kepware公司。


图5. 监控数据参数配置

 
4.3、STEP7软件的组态
  首先需要安装STEP7软件,同时安装IBH驱动,有关IBH驱动在产品光盘中或者可通过IBH公司官方网站下载,在安装好IBH驱动后,进入“控制面板”或启动“STEP 7”,选择菜单栏上的“Options”找到“设置PG/PC接口”双击打开,选择IBHNet(MPI),点击Properties,对部分参数进行设置,如图6所示。关键是IP地址的设定,设置需要连接的netLINK的IP地址,完成后保存,并下载至模块中,完成STEP7与netLINK的连接。


图6. PG/PC参数配置

5、通讯测试
  以下通过简单的通讯测试,验证通讯的状态,主要进行两个测试,一是通过STEP7内部测试程序,测试通过netLINK与S7-300的通讯状态,二是利用OPC Client,连接Kepware OPC Server,测试netLINK与S7-300的数据监控状态。

5.1、STEP7与S7-300通讯测试
  打开STEP 7软件,选择PLC---Monitor/Modify Variables,设定测试参数,单击“Monitor Values”, 查看地址状态,如图7所示,M区地址可被读写控制,说明数据传输状态良好,通讯连接正常,说明netLINK通过IBH驱动,可实现STEP7与S7-300的通讯,同时可通过PLC---Download,对编辑程序进行远程下载,工程师可在总控室内,通过netLINK,选定IP地址,利用以太网对远程指定CPU进行程序下载操作。


图7. STEP7测试界面

5.2、OPC Client监控数据测试
  本项目中使用iFIX作为监控软件,通过iFIX提供的OPC Client,连接Kepware OPC Server,从而实现通过OPC通讯,对CPU数据进行实时监控。而测试过程,可选择任何一家OPC客户端软件或者任何支持OPC监控软件进行测试。本文鉴于项目原因,使用Kepware OPC Client进行测试,打开OPC Client,建立连接,选择KEPware.KEPServerEx.V4,导入所有OPC Server中所设置的变量,如图8所示。


图8. OPC Client测试界面

  工程中将导入的所有现场数据,进行标签的设定,通过iFIX图形化界面显示各参数,并通过各参数之间的配合关系,动态显示现场执行设备的工作状态等,从而实现对监控现场设备工作状态的静态或动态仿真,并可通过报警等信息,对现场的运行状态进行实时的控制与处理。

6、总结
  本文在深入分析德国赫优讯网关netLINK的基本功能和性能特性的基础上,基于污水处理工厂信息化联网工程项目,详细剖析了如何实现通过netLINK进行S7系列PLC的联网,集中监控现场设备的运行状态;如何实现通过netLINK,利用STEP7对S7系列PLC进行远程的配置下载,并通过两个具体的通讯测试,测试通讯连接的状态,测试结果说明通讯状态良好。
  而本文所基于的污水处理工程项目从08年初测试完成后,截至到目前,已经实现了6年的无故障运行,更加说明通过德国赫优讯netLINK实现S7系列PLC的工程联网,是一种可靠的联网方案。相信netLINK可以为广大自动化用户提供Siemens控制系统联网便捷且切实可行的解决方案。

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