案例背景

在石油化工行業(yè)，生產(chǎn)流程復(fù)雜且自動化要求高。某企業(yè)原油蒸餾與加氫精制區(qū)域采用西門子 S7-400 系列 PLC（ProfiNet 主站），催化裂化及倉儲運(yùn)輸環(huán)節(jié)使用羅克韋爾 Allen - Bradley PLC（Ethernet/IP 主站）。因協(xié)議差異，生產(chǎn)數(shù)據(jù)無法共享協(xié)同，如原料數(shù)據(jù)難以及時(shí)傳遞，影響產(chǎn)品質(zhì)量和運(yùn)輸調(diào)度。企業(yè)引入塔訊 TX 161 - RE - EIS/PNS 網(wǎng)關(guān)，旨在實(shí)現(xiàn) ProfiNet 轉(zhuǎn) Ethernet/IP 協(xié)議轉(zhuǎn)換，打造高效自動化生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。

設(shè)備參數(shù)

1.西門子 S7-400 系列 PLC：型號為 CPU 414 - 4H，具備冗余功能，支持 ProfiNet 協(xié)議。其強(qiáng)大的通信處理能力可同時(shí)連接眾多現(xiàn)場設(shè)備，處理大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為原油蒸餾和加氫精制過程的精確控制提供堅(jiān)實(shí)保障。

2.羅克韋爾 Allen - Bradley PLC：型號為 CompactLogix 5380，作為 Ethernet/IP 主站，對催化裂化裝置和倉儲運(yùn)輸設(shè)備的控制精度高，能快速響應(yīng)設(shè)備狀態(tài)變化，確保生產(chǎn)與物流環(huán)節(jié)的順暢運(yùn)行。

3.塔訊 TX 161 - RE - EIS/PNS 網(wǎng)關(guān)：在 ProfiNet 側(cè)和 Ethernet/IP 側(cè)均作為從站運(yùn)行。支持標(biāo)準(zhǔn)的 ProfiNet 和 Ethernet/IP 協(xié)議，ProfiNet 側(cè)最大輸入字節(jié)數(shù)可達(dá) 256 字節(jié)，最大輸出字節(jié)數(shù)同樣為 256 字節(jié)；Ethernet/IP 側(cè)的最大輸入和輸出字節(jié)數(shù)也為 256 字節(jié)，能夠滿足石油化工行業(yè)高數(shù)據(jù)量傳輸?shù)男枨?，在?fù)雜電磁環(huán)境下仍能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換。

硬件連接

將塔訊 TX 161 - RE - EIS/PNS 網(wǎng)關(guān)的 ProfiNet 端口通過工業(yè)級屏蔽網(wǎng)線連接至西門子 S7 - 400 PLC 的 ProfiNet 接口。考慮到石油化工環(huán)境中的電磁干擾，屏蔽網(wǎng)線可有效減少信號衰減和干擾，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。同時(shí)，把Ethernet/IP轉(zhuǎn)ProfiNet網(wǎng)關(guān)的 Ethernet/IP 端口使用相同規(guī)格的屏蔽網(wǎng)線連接到羅克韋爾 Allen - Bradley PLC 的 Ethernet/IP 接口。對網(wǎng)絡(luò)布線進(jìn)行合理規(guī)劃，避開大功率電機(jī)、變壓器等強(qiáng)干擾源，并確保網(wǎng)線鋪設(shè)符合防爆、防火等安全標(biāo)準(zhǔn)。為網(wǎng)關(guān)接入穩(wěn)定的 24V 直流電源，電源線路同樣進(jìn)行屏蔽處理，防止電源波動和干擾對網(wǎng)關(guān)工作造成影響。

軟件配置

1.西門子 S7 - 400 PLC（ProfiNet 主站）配置：打開西門子 Step 7 編程軟件，新建項(xiàng)目并選擇 CPU 414 - 4H PLC。在項(xiàng)目中添加 ProfiNet 設(shè)備，導(dǎo)入塔訊網(wǎng)關(guān)對應(yīng)的 GSDML 文件，該文件詳細(xì)描述了網(wǎng)關(guān)的設(shè)備信息和通信參數(shù)，以便 PLC 能夠識別和配置網(wǎng)關(guān)。完成導(dǎo)入后，設(shè)置 PLC 與網(wǎng)關(guān)之間的 ProfiNet 通信參數(shù)，包括 IP 地址、子網(wǎng)掩碼和端口號等，確保兩者在同一網(wǎng)絡(luò)段且通信參數(shù)匹配。在硬件組態(tài)中，根據(jù)生產(chǎn)工藝需求，對網(wǎng)關(guān)進(jìn)行細(xì)致配置，例如設(shè)定輸入數(shù)據(jù)區(qū)的 150 字節(jié)用于接收催化裂化裝置和倉儲運(yùn)輸環(huán)節(jié)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如催化裂化反應(yīng)溫度、倉儲液位等；輸出數(shù)據(jù)區(qū)的 100 字節(jié)用于發(fā)送原油蒸餾和加氫精制的生產(chǎn)參數(shù)及控制指令，如原料流量設(shè)定值、加氫反應(yīng)壓力控制指令等。

2.羅克韋爾 Allen - Bradley PLC（Ethernet/IP 主站）配置：利用羅克韋爾 Studio 5000 編程軟件，創(chuàng)建新項(xiàng)目并選定 CompactLogix 5380 PLC。在項(xiàng)目中添加 Ethernet/IP 設(shè)備，導(dǎo)入塔訊Ethernet/IP轉(zhuǎn)ProfiNet網(wǎng)關(guān)的 EDS 文件，該文件為 Ethernet/IP 網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)關(guān)的電子數(shù)據(jù)信息。接著設(shè)置羅克韋爾 PLC 與網(wǎng)關(guān)的 Ethernet/IP 通信參數(shù)，如 IP 地址、端口號等，保證網(wǎng)絡(luò)連接的暢通。在硬件配置中，針對網(wǎng)關(guān)進(jìn)行組態(tài)，確定輸入輸出數(shù)據(jù)映射關(guān)系。例如，將催化裂化裝置的運(yùn)行狀態(tài)（如設(shè)備故障報(bào)警、反應(yīng)進(jìn)程狀態(tài)）映射到輸入寄存器的特定地址，將原油蒸餾和加氫精制裝置對催化裂化裝置的協(xié)同控制指令（如原料配比調(diào)整指令）映射到輸出寄存器的相應(yīng)地址；同時(shí)，將倉儲運(yùn)輸設(shè)備的實(shí)時(shí)位置和運(yùn)輸狀態(tài)映射到輸入寄存器，將生產(chǎn)裝置對倉儲運(yùn)輸環(huán)節(jié)的調(diào)度指令映射到輸出寄存器。

3.塔訊 TX 161 - RE - EIS/PNS 網(wǎng)關(guān)配置：使用塔訊專門的網(wǎng)關(guān)配置軟件，新建工程并選擇 TX 161 - RE - EIS/PNS 網(wǎng)關(guān)型號。在 ProfiNet 設(shè)置中，精確配置 IP 地址、子網(wǎng)掩碼和端口號等參數(shù)，使其與西門子 PLC 所在的 ProfiNet 網(wǎng)絡(luò)完全一致，確保能夠正確接入 ProfiNet 網(wǎng)絡(luò)并與之通信。同時(shí)，設(shè)置輸入輸出數(shù)據(jù)長度，與西門子 PLC 中設(shè)置的數(shù)據(jù)區(qū)大小嚴(yán)格對應(yīng)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和完整性。在 Ethernet/IP 設(shè)置中，同樣準(zhǔn)確配置 IP 地址、子網(wǎng)掩碼和端口號等參數(shù)，與羅克韋爾 PLC 所在網(wǎng)絡(luò)適配，并設(shè)置輸入輸出數(shù)據(jù)長度與羅克韋爾 PLC 中的數(shù)據(jù)映射關(guān)系一致。完成所有配置后，將配置文件下載至網(wǎng)關(guān)，使網(wǎng)關(guān)按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行ProfiNet 轉(zhuǎn) Ethernet/IP 的協(xié)議轉(zhuǎn)換工作。

測試與驗(yàn)證

配置完成后，進(jìn)行全面且嚴(yán)格的測試與驗(yàn)證工作。首先，在西門子 S7 - 400 PLC 中編寫一系列測試程序，向塔訊Ethernet/IP轉(zhuǎn)ProfiNet網(wǎng)關(guān)發(fā)送模擬的原油蒸餾和加氫精制生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及控制指令，通過羅克韋爾 Allen - Bradley PLC 檢查催化裂化裝置和倉儲運(yùn)輸環(huán)節(jié)是否能夠準(zhǔn)確接收并正確響應(yīng)這些數(shù)據(jù)和指令。例如，調(diào)整原油蒸餾裝置的原料流量設(shè)定值，觀察催化裂化裝置是否能根據(jù)新的原料供應(yīng)情況自動調(diào)整反應(yīng)參數(shù)。然后，在羅克韋爾 PLC 中編寫測試程序，向網(wǎng)關(guān)發(fā)送催化裂化裝置的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和倉儲運(yùn)輸設(shè)備的實(shí)時(shí)信息，驗(yàn)證西門子 PLC 是否能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地接收這些數(shù)據(jù)，并在監(jiān)控界面上正確顯示。

同時(shí)，模擬石油化工生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的各種異常情況，如某一裝置的溫度或壓力突然超出正常范圍、設(shè)備突發(fā)故障等，測試 ProfiNet 轉(zhuǎn) Ethernet/IP 通信的穩(wěn)定性和可靠性。觀察網(wǎng)關(guān)在異常情況下是否能夠持續(xù)正常工作，確保生產(chǎn)數(shù)據(jù)的不間斷傳輸，以及各區(qū)域 PLC 能否根據(jù)接收到的異常數(shù)據(jù)及時(shí)采取相應(yīng)的保護(hù)措施和應(yīng)急預(yù)案。此外，對網(wǎng)關(guān)的傳輸延遲進(jìn)行測試，確保數(shù)據(jù)在不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)間轉(zhuǎn)換和傳輸時(shí)，延遲在可接受的范圍內(nèi)，滿足石油化工生產(chǎn)對實(shí)時(shí)性的嚴(yán)格要求。

總結(jié)

通過引入塔訊 TX 161 - RE - EIS/PNS 網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)ProfiNet 轉(zhuǎn) Ethernet/IP 的協(xié)議轉(zhuǎn)換，該石油化工企業(yè)成功打破了不同區(qū)域 PLC 之間的通信壁壘。原油蒸餾、加氫精制、催化裂化以及倉儲運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享與協(xié)同控制。生產(chǎn)裝置能夠根據(jù)上下游環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。例如，催化裂化裝置可根據(jù)原油蒸餾提供的原料精確信息優(yōu)化反應(yīng)條件，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性顯著提升；倉儲運(yùn)輸環(huán)節(jié)依據(jù)生產(chǎn)裝置的產(chǎn)量和需求信息，合理安排運(yùn)輸計(jì)劃，減少了物料積壓和等待時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)，整個(gè)生產(chǎn)過程的安全性和可靠性也得到了極大增強(qiáng)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控和協(xié)同控制，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的安全隱患，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

審核編輯 黃宇