工业以太网在螺旋焊管机组电气系统中的应用

工业以太网在螺旋焊管机组电气系统中的应用

邓新林

中国石化集团石油工程机械有限公司沙市钢管分公司 湖北荆州市　 434001

摘要：简要介绍工业现场总线以太网通信技术，重点介绍沙市钢管分公司螺旋钢管生产线工业以太网系统的网络组态、硬件构成、软件设计。该控制系统通过西门子S7- 300 PLC组成现场级控制系统, 通过以太网通信技术实现每台设备的实时通讯；以SimaticWincc作为上位机组态软件,实时显示现场的各种数据及参数。该工业以太网投入使用以来，具有稳定可靠、通信速率高、信息量大、维护费用低等优点，能很好地满足了HFW工艺对控制的快速性和实时性要求。

关键词：工业以太网； PLC；通信；

0　前言

沙市钢管分公司螺旋钢管生产线年生产能力为20万吨，工艺较为复杂，钢卷要经过上料、开卷、剪切对焊、铣边、成型、焊接等工艺流程。各台设备的实时通信数据量大，可靠性要求高。这样，主机的电气控制系统必须将各个独立的设备联网，统一管理。

现阶段，以太网( Ethernet)通信以其快速、安全、设置方便和保密性好等优点,成为当今工业领域应用最为广泛的局域网组网技术。沙市钢管分公司主机的电气控制系统采用的是西门子工业以太网通信系统。系统投用后,运行稳定可靠,传输的实时性和快速性也达到了设计的效果,值得国内同行参考借鉴。

1　以太网通信技术简介

工业以太网是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网络。利用工业以太网，SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。工业以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点，已成为最受欢迎的通信网络之一。以太网技术与现场总线相结合应用，具体表现为：①物理介质采用标准以太网连线，如双绞线、光纤等；②使用标准以太网连接设备，如交换机等；③采用IEEE802.3 物理层和数据链路层标准、TCP/IP 协议组；④应用层（甚至是用户层)采用现场总线的应用层、用户层协议；⑤兼容现有成熟的传统控制系统，如DCS，PLC 等。

2　系统配置

沙市钢管分公司螺旋生产线于2001年建成投产,其控制系统的软件和硬件全部采用德国西门子产品。这是因为西门子产品具有以下优点: ①其PLC具有功能强大、产品类型多、稳定性好、性价比高等特点; ②由西门子公司自行开发的基于西门子PLC的编程软件Step7和上位机监控软件Wincc,一方面实现了软件和硬件完全兼容,另一方面也使硬件的功能实现完全

开发; ③在网络通讯方面,西门子提供了多种组网方式,用户可以通过选择适合的接口和网络组件,简便灵活地配置组网方式,实现PLC之间、PLC与上位机之间的通讯; ④西门子还推出应用于工况环境的计算机,较好地满足了现场恶劣环境对工控机稳定性的要求,也使应用程序有更合适的运行平台。总之,西门子在PLC控制方面提出了一整套的从硬件到软件

的解决方案,节省了用户对系统硬件和软件兼容选型的环节,也能更为合理地对系统进行配置。工业以太网技术在利用和实践的过程中能够将自身的性能与不同厂家的设备相连接，避免了兼容过程中出现大的问题和局限，能够实现当下工作环境下的现实互联，便利了用户的使用。

3　控制系统的硬件组成

沙市钢管分公司螺旋生产线的控制系统是以成型的PLC为核心的，所有的信息均汇集于成型PLC，然后再分配于其他PLC；由于数据量相当庞大,而且生产和工艺对控制系统的稳定性和快速反应性要求较高，故网络的可靠性要求很高。以前通常使用的PROFIBUS网络是线性网络， 而沙市钢管分公司选用的工业以太光纤环网的结构，这样任何一点出断线或其他故障，都不会影响到通讯,网络可靠性是非常高的。节点和服务互不干扰。终端用户在访问平台时，调度管理服务会根据用户团队授权设置，进行资源最优分配，最大化满足多用户同时在线编辑文档的快速响应需求。

4　工业以太网的优点

工业以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点，已成为最受欢迎的通信网络之一。近些年来,随着网络技术的发展,以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。以太网技术引入工业控制领域，其技术优势非常明显：

（一）Ethernet是全开放、全数字化的网络，遵照网络协议不同厂商的设备可以很容易实现互联。工业以太网技术在利用和实践的过程中能够将自身的性能与不同厂家的设备相连接，避免了兼容过程中出现大的问题和局限，能够实现当下工作环境下的现实互联，便利了用户的使用。也能够转变传统网络工程设备在传统意义上难以实现互联的现象，为网络技术使用的便捷性和有效性奠定了基础，给予用户更为完善的使用感受。

（二）以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络。是建立在网络之上的软件系统。因为软件的特性，分布式系统具有高度的内聚性和透明性。分布式系统的体系结构资源共享、加快计算速度、可靠性高、通信快捷的优点，可满足协作节点间高速数据交互需求和通信需求。节点和服务互不干扰。终端用户在访问平台时，调度管理服务会根据用户团队授权设置，进行资源最优分配，最大化满足多用户同时在线编辑文档的快速响应需求。

（三）软硬件成本低廉，由于以太网技术已经非常成熟，支持以太网的软硬件受到厂商的高度重视和广泛支持，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择。一是以太网文档编辑器具备极高的兼容性和可塑性，可容纳任意格式文档。二是以太网文档编辑器是目前开源市场中最友善、最优质的同类开源项目，同时有着完整的开发文档和社区支持，便于对其进行二次开发满足自定义需求。波分复用技术可以结合不同的波长，将同一时段的波长进行分区，这样可以对光纤的传播速度进行更加科学的利用，使得光纤得到更大程度的使用，减少宽带使用中的不稳定情况，使得信号的传输更加稳定。同时通过光纤的频率不同利用复用技术进行分区，使得不同波长之间的信号相互独立，可以通过一根光纤信号将不同的频率进行传输，进一步提升光纤的使用效率。

（四）通信速率高，当前以太网的通信速率为10M、100M的快速以太网开始广泛应用，其速率比现场总线快很多。光纤的连接通过不同连接方式进行线路的连接，这种光纤的接入方式可以逐渐进行延伸，为客户提供更加便捷的接入方式，使得光纤可以便捷地接入到各家中，这样可以充分利用光纤宽带的特点，最大限度地提供不受限制的宽带连接形式，进而保障信息传播的有效发展。

5　结语

近10多年的实践中,沙市钢管分公司螺旋钢管生产线基于西门子PLC的工业以太网故障率为零,证明该网络设计合理,运行稳定正常,满足了生产系统对控制系统的要求,为实现生产过程的自动监控提供了良好的保障,也为国内其他同行提供了参考。

参考文献

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[2] 斯可克,黄德敏,张云贵. 现场总线应用疑难解答[M ]. 北京:中国电力出版社, 2006.

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