通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用

張治峰

摘要：從校園無(wú)線局域網(wǎng)目前所反映出的問(wèn)題得知，校園無(wú)線局域網(wǎng)未來(lái)發(fā)展的方向?yàn)椤案鶕?jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自身的技術(shù)特性和人們?cè)诠芾砗鸵庾R(shí)上的疏忽，來(lái)提高其安全性”。在未來(lái)的發(fā)展中，校園無(wú)線局域網(wǎng)必將更加普及，而有線網(wǎng)絡(luò)將逐漸退居二線，作為輔助方式，這是大勢(shì)所趨。網(wǎng)絡(luò)化、分布式、高速、高效以及高科可靠性是PLC通信網(wǎng)絡(luò)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)朝著現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)方向發(fā)展，工控管理級(jí)朝著051發(fā)向發(fā)展，控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)自身不斷完善并取得進(jìn)步，同時(shí)在這個(gè)過(guò)程中著力靠近現(xiàn)場(chǎng)總線，從而形成開(kāi)放化、標(biāo)準(zhǔn)化的通信網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵詞：PLC；控制系統(tǒng)；通信網(wǎng)絡(luò)

PLC 網(wǎng)絡(luò)常用的通信方法。現(xiàn)階段，PLC 在各個(gè)領(lǐng)域中獲得了非常廣泛的應(yīng)用，其相關(guān)研究也更加深入和具體，這在極大程度上推動(dòng)了 PLC 的應(yīng)用和發(fā)展。PLC 網(wǎng)絡(luò)通信方式大體可以分為并行通信和串行通信兩類，前者具體是指多處理器間的相互通信，多發(fā)生在 PLC 的內(nèi)部，而本文重點(diǎn)分析后者即 PLC 網(wǎng)絡(luò)的串行通信方式。根據(jù)PLC 網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際功能，可將其分為控制網(wǎng)和通信網(wǎng)兩種類型，其中控制網(wǎng)一般只負(fù)責(zé)開(kāi)關(guān)量的傳送，即 on/off。該網(wǎng)絡(luò)形式的特點(diǎn)是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相對(duì)較少。通信網(wǎng)又被稱為數(shù)據(jù)高速公路，其與一般的局域網(wǎng)較為類似，既可以傳輸開(kāi)關(guān)量，也可以傳輸數(shù)字量，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相對(duì)較大。PLC，即可編程控制器的英文縮寫，它是一種將微機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行綜合運(yùn)用的常用的工業(yè)上的控制裝置。一般比較常見(jiàn)的包括日本生產(chǎn)的三菱、歐姆龍等，我們本國(guó)生產(chǎn)的主要有永宏、匯川和臺(tái)達(dá)等，其中很多是以日系三菱為參照生產(chǎn)的，而且編程幾乎都屬于按順序編程，歐系中則主要有施耐德和西門子等。隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的不斷快速發(fā)展，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，涉及到的應(yīng)用面也越來(lái)越多。針對(duì)目前主要使用的S7-300、OMRON等通信網(wǎng)絡(luò)，參照其特點(diǎn)、性能， 本文將結(jié)合目前我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中PLC應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)情況對(duì)PLC進(jìn)行探究分析。

一、PLC控制系統(tǒng)

（一）控制好PLC的基本要點(diǎn)

PLC實(shí)現(xiàn)控制的基本點(diǎn)主要有兩個(gè)，一個(gè)是可靠物理實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)是輸入以及輸出信息的信息交換。輸入輸出信息的交換的前提是運(yùn)行程序運(yùn)行，這個(gè)程序是存儲(chǔ)在內(nèi)存中的。這個(gè)程序也分兩種，一種是PLC的生產(chǎn)廠家自行提供的原始系統(tǒng)，另一種則屬于自助開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序。通常，系統(tǒng)程序有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，首先，可以為用戶提供一個(gè)可靠的運(yùn)行平臺(tái)；其次，可以很好的保障PLC用戶自行編輯的程序順利運(yùn)行，并對(duì)程序運(yùn)行是產(chǎn)生的信號(hào)與信息進(jìn)行及時(shí)處理。

可靠物理實(shí)現(xiàn)對(duì)于輸入（INPUT）與輸出（OUTPUT）電路依賴性很強(qiáng)。在PLC進(jìn)行輸入電路的時(shí)候，首先是進(jìn)行輸入信號(hào)的濾波處理，將高頻率的干擾過(guò)濾掉；第二步是依靠繼電器或者光耦元件連接起來(lái)，在PLC內(nèi)部和計(jì)算機(jī)的電路執(zhí)行光隔離。關(guān)于輸出電路，一定需要注意的是輸出電路必須擴(kuò)大多倍的輸出功率，其主要目的是把接觸器、繼電器或者其他的工業(yè)控制元器件很好的帶動(dòng)起來(lái)。

（二）PLC運(yùn)行過(guò)程中的控制過(guò)程

在PLC的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中其主要的控制步驟一般有6個(gè)，包括輸入刷新、運(yùn)行用戶程序、輸出刷新、再輸入刷新、再運(yùn)行用戶程序以及再輸出刷新。在這個(gè)過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)不斷反復(fù)進(jìn)行循環(huán)運(yùn)行，并且在這個(gè)運(yùn)行的過(guò)程中系統(tǒng)會(huì)對(duì)程序作公共處理，公共處理包括了對(duì)循環(huán)的時(shí)間進(jìn)行監(jiān)控，通信處理和外設(shè)服務(wù)等。

（三）PLC運(yùn)行過(guò)程中的控制方式

PLC的不同決定著其控制方式上也千差萬(wàn)別，當(dāng)前PLC的控制方式根據(jù)PLC的不同主要分為4種，首先是開(kāi)關(guān)量的邏輯控制，其次是運(yùn)動(dòng)控制，再有是模擬量控制，還有是過(guò)程控制，這4種就是當(dāng)前主要的PLC控制方式。

二、PLC通信網(wǎng)絡(luò)

（一）全局 I/O 通信

該通信方式歸屬于串行通信的范疇，常被用于帶有連接存儲(chǔ)區(qū)的 PLC 之間的通信，該方式的基本通信原理如圖 1 所示。

在圖 1 中，編號(hào)相同的發(fā)送與接收區(qū)域的容量大小完全相等，所占用的地址段也相同，其中只有一個(gè)區(qū)域?yàn)榘l(fā)送區(qū)，而其他區(qū)域全部都是接收區(qū)。全局 I/O 采用廣播通信方式，即由PLC1 將位于 1#發(fā)送區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)信息經(jīng)由 PLC 網(wǎng)絡(luò)廣播出去，然后由 PLC2 和 PLC3 將該數(shù)據(jù)信息接收下來(lái)，并存儲(chǔ)在各自 的接收區(qū)域當(dāng)中。同理，由 PLC2 廣播出來(lái)的數(shù)據(jù)信息，則由PLC1 和 PLC3 負(fù)責(zé)接收和存儲(chǔ)。由于在全局網(wǎng)絡(luò)中各個(gè) PLC鏈接區(qū)的大小都相同，加之所占用的地址段也一致，所以，當(dāng)其中某一臺(tái) PLC 對(duì)自己所在的鏈接區(qū)進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，便相當(dāng)于訪問(wèn)了其他 PLC 的鏈接區(qū)，該過(guò)程實(shí)質(zhì)上是 PLC 之間交換數(shù)據(jù)的過(guò)程。在全局網(wǎng)絡(luò)中，鏈接區(qū)的劃分是以 PLC 的 I/O 區(qū)為基礎(chǔ)，通過(guò)等值化通信轉(zhuǎn)換成為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有 PLC 的共享區(qū)域。該通信方式可用讀寫指令對(duì)鏈接區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀寫，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、快速和方便。

（二）控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)

控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)不同于工控管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)的不同點(diǎn)在兩個(gè)地方，控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)有著兩個(gè)特別鮮明的特點(diǎn)，一是控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用范圍是生產(chǎn)設(shè)備的控制，主要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、監(jiān)視和控制。二是對(duì)于安全性、實(shí)時(shí)性以及可靠性的要求非常高，數(shù)據(jù)量的傳輸一般不大。具體以歐系的SINECL1為例子，雖然SINECL1的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型，可是他的主要功能卻是PLC之間的互連。連接設(shè)備有PLC，并以雙絞線為連接介質(zhì)，節(jié)點(diǎn)只要僅僅的31，速率為9.6kbPs?？刂频木嚯x只有50km左右?？刂萍?jí)網(wǎng)絡(luò)一般所具有的特點(diǎn)是，通信的速率相對(duì)更高，網(wǎng)絡(luò)傳播范圍更加廣泛，結(jié)構(gòu)比較靈活，介質(zhì)簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性更好。

（三）工控管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)

為了是企業(yè)的管理需求的到充分滿足，工控管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)一般提供高速、大容量并且實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)交換，與企業(yè)各個(gè)管理部門之間相互連接，同時(shí)為企業(yè)的MIS提供最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，按照上層決策實(shí)施控制系統(tǒng)的優(yōu)化工作。還是以歐系西門子的SINECL1作為例子進(jìn)行分析，SINECL1的最主要的功能是PLC及其和上位機(jī)見(jiàn)的相互連接。連接的設(shè)備主要是PLC與PC，并以光纖、同軸電纜作為連接介質(zhì)，節(jié)點(diǎn)為1024，速率為10Mbps?？刂频木嚯x一般有兩種情況，光纖和同軸電纜，光纖的控制距離是4600m，同軸電纜的控制距離是1500m，與控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一樣，同為總線型拓?fù)湫徒Y(jié)構(gòu)。工控管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)在發(fā)展上的特點(diǎn)主要有標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放性、高速性、光纖介質(zhì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靈活以及WEB技術(shù)支持。

（四）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)

在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，一定要應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)總線。簡(jiǎn)單來(lái)講，現(xiàn)場(chǎng)總線是通信網(wǎng)絡(luò)，它是一種囊括了通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)以及儀表技術(shù)高度集成起來(lái)的串行、雙向、多站并且全數(shù)字化的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今控制系統(tǒng)中的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，其功能是PLC和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相互之間的連接，目前工業(yè)領(lǐng)域中運(yùn)用非常廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線當(dāng)屬歐系西門子的PROFIBUS以及A-B廠家的DEVICENET ，這兩種現(xiàn)場(chǎng)總線運(yùn)用率要高于其他現(xiàn)場(chǎng)總線（圖2）。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，網(wǎng)絡(luò)化、分布式、高速、高效以及高科可靠性是PLC未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向，與此同時(shí)，PLC通信網(wǎng)絡(luò)也走在標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放化的道路上?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)朝著現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)方向發(fā)展，工控管理級(jí)朝著051發(fā)向發(fā)展，控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)自身不斷完善并取得進(jìn)步，同時(shí)在這個(gè)過(guò)程中著力靠近現(xiàn)場(chǎng)總線，從而形成開(kāi)放化、標(biāo)準(zhǔn)化的通信網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)階段，我國(guó)的PLC技術(shù)雖然有一定的成就，但是發(fā)展水平仍然落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，這種局面要得到改善就必須堅(jiān)持樹(shù)立開(kāi)放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，嚴(yán)格按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，把通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合實(shí)際融入到PLC技術(shù)當(dāng)中。另外，牢牢把握PLC通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目前發(fā)展的潮流，不斷加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以及企業(yè)級(jí)的開(kāi)發(fā)投入。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展帶動(dòng)了PLC控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，所以，未來(lái)性能更高的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和總線一定會(huì)不斷出現(xiàn)，當(dāng)前現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也將不斷提高、改進(jìn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳艷.PLC控制系統(tǒng)中通信網(wǎng)絡(luò)的研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（05）：63.

[2]曾繁明.高職電氣自動(dòng)化專業(yè)項(xiàng)目教學(xué)法研究與實(shí)踐[J].職業(yè)教育研究，2013（02）

[3]余貞金.基于CC-LINK現(xiàn)場(chǎng)總線的PLC控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].武漢理工大學(xué)，2010.

[4]陶權(quán).謝彤.基于PLC的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置溫度模糊PID控制[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2010（10）.endprint