通信技術(shù)在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

顧國(guó)業(yè)， 孫 新， 田 忠

（1.濟(jì)南京希自動(dòng)化設(shè)備有限公司， 山東 濟(jì)南 250033；2.山東圣翰財(cái)貿(mào)職業(yè)學(xué)院， 山東 濟(jì)南 250316；3.濟(jì)南綠控自動(dòng)化工程有限公司， 山東 濟(jì)南 250033）

引言

由于自動(dòng)化控制本身具備許多的優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，同時(shí)通信技術(shù)在PLC技術(shù)的持續(xù)發(fā)展中也獲得了全新的發(fā)展，例如現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備層數(shù)控制、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)通信以及自動(dòng)化控制的技術(shù)，該技術(shù)能夠顯著提升控制效果以及信息通訊質(zhì)量。借助PLC技術(shù)的研究以及現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的探討，對(duì)于我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域而言有著顯著的智能化優(yōu)化作用，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值較高。

1 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

PLC控制系統(tǒng)屬于控制系統(tǒng)當(dāng)中的核心內(nèi)容，該系統(tǒng)是否可以正常運(yùn)行會(huì)直接決定整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行當(dāng)中控制系統(tǒng)在發(fā)生故障之后會(huì)導(dǎo)致各種泵、輥等無法正常工作，從而無法滿足生產(chǎn)需求導(dǎo)致故障的延續(xù)與發(fā)展。PLC控制系統(tǒng)的編程需要有組織運(yùn)行、檢修以及設(shè)計(jì)部門的相關(guān)人員參與，并根據(jù)PLC控制系統(tǒng)的具體參數(shù)情況以及位置等進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)[1]。PLC控制技術(shù)當(dāng)中的通信技術(shù)主要是由所選擇的制造商類型而決定。西門子的57-200系列產(chǎn)品在自動(dòng)控制技術(shù)方面原本屬于自動(dòng)化生產(chǎn)線中應(yīng)用最為廣泛的一種技術(shù)，該技術(shù)的CPU在系統(tǒng)當(dāng)中可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多對(duì)點(diǎn)接口以及現(xiàn)場(chǎng)總線等技術(shù)性的支持，同時(shí)這一項(xiàng)技術(shù)還涉及到了多種自由口協(xié)議的通信需求。在以往的部分生產(chǎn)線通訊方案當(dāng)中一般都是應(yīng)用PPI協(xié)議的通信方法。

2 通信技術(shù)在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 PLC通信網(wǎng)絡(luò)

在當(dāng)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，其主要可以劃分為網(wǎng)絡(luò)分布距離、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、組成規(guī)模等因素，按照網(wǎng)絡(luò)分布的距離以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以劃分成為廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以及局域網(wǎng)，按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以劃分為星型結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)、總線型結(jié)構(gòu)以及樹形結(jié)構(gòu)，按照PLC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的規(guī)模來看，可以劃分為簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)與多級(jí)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。

簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中主要是以個(gè)人計(jì)算機(jī)為主，從站以一臺(tái)或多臺(tái)同型號(hào)的PLC為主，因?yàn)榻ㄔO(shè)一個(gè)簡(jiǎn)單的集散控制系統(tǒng)難度較低，個(gè)人計(jì)算機(jī)可以作為這一系統(tǒng)當(dāng)中的操作站，并承擔(dān)著顯示、編程以及監(jiān)督監(jiān)控等功能，同時(shí)PLC可以承擔(dān)相應(yīng)的控制任務(wù)[2]。另外，也可以應(yīng)用一臺(tái)PLC作為主站，和其他同型號(hào)的多臺(tái)PLC作為從站，構(gòu)建一個(gè)主從式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[3]。

多級(jí)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前普遍應(yīng)用在大型工業(yè)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化系統(tǒng)持續(xù)性發(fā)展促使國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的組織也逐漸構(gòu)建了相應(yīng)的自動(dòng)化初步模型，因?yàn)镻LC生產(chǎn)所存在的差異型，會(huì)促使自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層數(shù)以及功能存在明顯的差異，但是制造商大多數(shù)都會(huì)按照生產(chǎn)當(dāng)中的金字塔結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行表述，并以底層作為工業(yè)生產(chǎn)的具體控制措施，中間層作為生產(chǎn)中的控制以及優(yōu)化措施，而上層則作為管理生產(chǎn)的落實(shí)措施。PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中一般是以三級(jí)、四級(jí)子網(wǎng)實(shí)現(xiàn)復(fù)合型結(jié)構(gòu)的建設(shè)，在開發(fā)系統(tǒng)當(dāng)中以互連的參考模式為主，層數(shù)以7層為主。因?yàn)椴煌膶铀褂玫耐ㄓ崊f(xié)議也并不相同，為了更好地保障控制需求的差異型，控制網(wǎng)絡(luò)也可以劃分為多個(gè)層次。

2.2 通信協(xié)議在PLC自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

為了網(wǎng)絡(luò)線同在通信時(shí)的雙方正常交流與溝通，設(shè)計(jì)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議非常重要，是解決通信中信息交互問題的主要措施，從而保障數(shù)據(jù)通信時(shí)的順暢性。通信協(xié)議也成為網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)程，簡(jiǎn)單而言就是約定結(jié)合，在展現(xiàn)通信和信息傳輸兩個(gè)功能的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息的識(shí)別，同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的同步性，借助錯(cuò)誤信息的修正以及檢測(cè)，可以保障信息的準(zhǔn)確性。PLC網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中經(jīng)常應(yīng)用的通信協(xié)議主要涉及到通用與公司專用兩種類型。

對(duì)于中層的自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)以及底層子網(wǎng)絡(luò)一般都是采取公司專用的通訊協(xié)議，底層子網(wǎng)絡(luò)需要承擔(dān)信息交流過程的控制以及數(shù)據(jù)的命令，信息量雖然不多，但是有著較高的實(shí)時(shí)性要求，公司專用的協(xié)議一般是以應(yīng)用層、鏈路層以及物理層為主，層數(shù)并不多，所以信息傳輸效率比較高。另外，公司專用的協(xié)議還是以PROFIBUS、USS、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口等多項(xiàng)協(xié)議為主。在PCL網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中應(yīng)用通用協(xié)議的主要是高層子網(wǎng)，其主要是承擔(dān)PLC網(wǎng)絡(luò)的相互連接以及網(wǎng)絡(luò)與其他局域網(wǎng)的互聯(lián)作用，在高層子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信當(dāng)中其主要任務(wù)在于管理，和常見的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)存在明顯的差異。

2.3 信息檢錯(cuò)與糾錯(cuò)應(yīng)用

在信息系統(tǒng)當(dāng)中因?yàn)橄到y(tǒng)本身具備一定的檢錯(cuò)與糾錯(cuò)能力，所以也涉及到了關(guān)于誤碼控制能力的話題，這也是通信系統(tǒng)本身應(yīng)用價(jià)值的一項(xiàng)重要考核標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)據(jù)傳遞過程中系統(tǒng)對(duì)于信息中所存在的錯(cuò)誤檢測(cè)能力便是檢錯(cuò)，系統(tǒng)在識(shí)別并發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤之后可以應(yīng)用糾正、除去錯(cuò)誤等方式實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)。常規(guī)的通信控制當(dāng)中檢錯(cuò)主要是應(yīng)用奇偶校驗(yàn)、方陣碼等途徑實(shí)現(xiàn)。在高級(jí)通信控制任務(wù)中，可以應(yīng)用CRC檢錯(cuò)，這一種檢錯(cuò)方式的自動(dòng)化功能比較突出，同時(shí)檢錯(cuò)時(shí)的效率以及準(zhǔn)確度都比較理想。

2.4 PROFIBUS通訊技術(shù)

因?yàn)橥ㄐ畔到y(tǒng)具備較為突出的開放性特征，所以在許多領(lǐng)域中均有一定的應(yīng)用價(jià)值，現(xiàn)場(chǎng)總線在應(yīng)用中具備較高的集中化特性，同時(shí)近些年在自動(dòng)化特性方面的提升效果也比較突出，具備一定的實(shí)際價(jià)值。我國(guó)工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化控制水平以及制造自動(dòng)化水平相對(duì)于國(guó)際水平而言有一定差異，借助數(shù)字通信技術(shù)，可以將PROFIBUS系統(tǒng)合理應(yīng)用在許多的工業(yè)生產(chǎn)項(xiàng)目當(dāng)中，借助可編程的控制器、數(shù)據(jù)傳遞的傳感器等實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)通訊以及控制。

3 結(jié)語

通信技術(shù)在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用價(jià)值較高，存在許多的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，但是仍然有部分問題無法規(guī)避。另外，通信協(xié)議方面的差異也導(dǎo)致總線技術(shù)在應(yīng)用時(shí)存在通信協(xié)議問題，所以現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之間無法實(shí)現(xiàn)相互性的操作。由此可見，在今后仍然需要提高對(duì)于通信技術(shù)在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用，并針對(duì)不同的缺陷以及功能給予進(jìn)一步研究，從而提高PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

[1]師玲萍.基于自動(dòng)化生產(chǎn)過程中PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2016（19）：113-116.

[2]瞿新南.PLC在遠(yuǎn)洋船舶自動(dòng)化智能導(dǎo)航控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2017（20）：31-32.

[3]張平利，方飛.電氣設(shè)備自動(dòng)化控制中PLC技術(shù)的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2017（11）：116-117.