王坤

（ 辽宁工程职业学院，辽宁 铁岭 112008 ）

0 引言

工业控制网络是在现场总线基础上发展起来的通信能力更强、更自由、速度更快，被广泛使用的一种自动控制网络。工业控制网络提高了企业管理控制和现场控制的集成度，适应一体化系统控制的发展趋势，是信息技术在自动控制领域的拓展与延伸[1]。西门子公司在工业控制网络中主要包括PPI(Point to Point Interface)、MPI(Multi Point Interface)、Profibus-DP(Profibus-DezentralePeripherie)、Profinet几种常见的工业网络协议。其中PPI协议、MPI协议均为内部协议，不公开，而Profibus和Profinet两种协议是目前市场上广泛应用的现场总线技术和工业以太网[2]。

1 系统结构

工业现场按照管理级、控制级、现场级划分为三级网络。

管理级是整个工业网络的顶层，由组态王监控软件和工控机构成。主要负责向下对各设备下达工作命令，监控整个工业网络中各设备的运行情况、生产过程、生产质量等信息，及时发现生产过程中的问题并报警显示。随着现代物联网技术的发展，可在管理级加入物联网控制模块，实现远程管理。

控制级由s7-1200及现场的昆仑通态触摸屏构成，其位于整个工业网络的中间层，主要完成网络数据交换、生产过程监控及现场设备控制，将采集的数据向上传至组态王监控软件。

现场级处于整个工业网络的最底层，由ET200、西门子G120变频器、西门子V90伺服驱动器及各种传感器元件组成，完成对现场设备的控制。

Profibus和Profinet是目前自动控制中常用的两种工业网络。 其中，Profinet基于工业以太网，Profibus基于RS485串行总线的协议，两者的传输介质并不相同。两种方式都有很好的实时性，但由于Profinet基于标准以太网，任何开发者都可以使用，普及性较强，可实现所有数据并行使用。Profibus的一个接口仅能用作主站或从站，二者区别如表1所示。

表1 Profibus和Profinet对比

2 机构与配置

以自动配料控制系统为例，组建基于Profinet协议的工业网络。自动上料控制系统工业网络机构如图1所示。

图1 自动上料控制系统工业网络机构

管理级上位工控机安装的组态王监控软件，实现对现场生产情况实时监控，保存生产过程中的数据生成报表。控制级PLC的CPU选用西门子S7-1214C DC/DC/DC，具有14输入/10输出信号，集成了2路模拟量输入信号。触摸屏选用昆仑通态TCP7062Ti，具有1个LAN口。分布式I/O选用ET200S，集成PN接口可实现工业以太网通信。变频器选西门子G120，控制单元为CU240E-2 PN支持Profinet通讯，伺服驱动器选用支持Profinet通信的V90。

管理级、控制级、现场级各单元模块通过工业以太网交换机通信，使用网段为192.168.0.XX，各模块IP地址设置为0～255，互不重复。

3 软件设计

在博图V15软件中进行硬件组态，伺服驱动器在SINAMICS V-ASSISTANT中进行报文等参数设置，采用PN通信方式进行位置控制。变频器组态选择报文1，16384对应满频率，QW258用以变频器设定频率，IW256读变频器当前频率。

自动配料系统设定自动配料和自动排料，对8个料仓进行按顺序称重投料，顺序编号为1～8。

设置四组秤，顺序编号为1～4，每个秤称两种原料，连接两个料仓，四个秤上的第1料仓同时开始称重，即1、3、5、7号料仓开始下料，达到设定值后自动打开放料阀门。延时一定时间后，四个秤上的第2料仓2、4、6、8号同时开始下料，达到设定值后自动打开放料阀门。

设置手动模式，对各个阀门进行点动控制，保存各料仓的设定值和实际值数据并生成报表，出现变频器故障、压力失常等现象时触发警告提示。

在组态王监控界面和MCGS触摸屏上设置管理和操作级别限制，防止误操作修改设定值及相应数据，便于数据管理和监控。

4 界面设计

组态王监控界面由主界面和多个子界面构成，主界面模拟生产线运行情况，子界面包含报表界面，各阀门电动界面及报警界面等。监控主界面如图2所示，系统运行过程中可实时监控现场各设备的运行状态、料仓设定值与下料量以及各种故障报警信息等。

图2 监控主界面

5 结语

基于Profinet设计的自动配料控制系统，管理级实现对控制级和现场的监控，控制级实现远程控制，将设备的启动、停止、数据采集以及工厂实地工况管理统一联系，有效实现管控一体。