基于PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的通信技術(shù)研究

宋偉

摘要：工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，相應(yīng)促進(jìn)了自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)也呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)能夠有效控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)，滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化要求和自動(dòng)化要求，通過(guò)研究PLC與現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的智能化控制。此次研究主要是基于PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)，討論和分析通信技術(shù)，全面提升系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);自動(dòng)化控制系統(tǒng);通信技術(shù)

自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著，因此通信技術(shù)在PLC技術(shù)支持下，也開(kāi)始迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，即現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)進(jìn)控制，因此實(shí)現(xiàn)設(shè)備通訊，還能夠?qū)S自動(dòng)化車(chē)間進(jìn)行監(jiān)控，以此實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化要求與自動(dòng)化要求。通過(guò)研究PLC技術(shù)，有助于提升工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化水平，研究?jī)r(jià)值非常高。

1、PLC通信網(wǎng)絡(luò)

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系中，按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)分布距離，可以將計(jì)算器網(wǎng)絡(luò)劃分為不同類型。其中，按照網(wǎng)絡(luò)分布距離，可以將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)劃分為局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)。按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)劃分為樹(shù)形結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)與環(huán)形結(jié)構(gòu)。按照PLC網(wǎng)絡(luò)組成規(guī)模，可以劃分為簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)和多級(jí)網(wǎng)絡(luò)。第一，簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)主要包含主站計(jì)算機(jī)，從站包含多個(gè)PLC，形成集散控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，個(gè)人計(jì)算站位操作站，具備報(bào)警監(jiān)控功能、顯示功能、編程功能，PLC可以承擔(dān)控制功能。將PLC作為主站，將其他同類型號(hào)PLC作為從站，建立主從式網(wǎng)絡(luò)。在主站PLC上配置顯示器、打印機(jī)，以此實(shí)現(xiàn)操作站功能。值得一提的是，PLC類型會(huì)直接決定通信系統(tǒng)的從站數(shù)量。第二，多級(jí)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。大型企業(yè)多采用多級(jí)網(wǎng)絡(luò)模式，且自動(dòng)化系統(tǒng)要求企業(yè)建立自動(dòng)化模型。PLC生產(chǎn)的差異比較大，因此自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能和層數(shù)差異比較大。但是生產(chǎn)商主要是按照生產(chǎn)金字塔結(jié)構(gòu)，全面描述產(chǎn)品功能，且底層為工業(yè)生產(chǎn)檢測(cè)與控制;中間層可以優(yōu)化控制生產(chǎn)過(guò)程;上層能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)管理。PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用3～4級(jí)子網(wǎng)形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中，參考模型的層數(shù)為7層，且不同層使用不同的通信協(xié)議。為了保證控制需求具備差異化特點(diǎn)，需要將控制網(wǎng)絡(luò)劃分為不同層次。

2、通信協(xié)議在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

為了確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)雙方的通信交流正?；仨氠槍?duì)網(wǎng)絡(luò)通信，制定專門(mén)的通信協(xié)議，以此處理通信期間出現(xiàn)的問(wèn)題，確保數(shù)據(jù)通信的順利性。通信協(xié)議屬于網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)程，從本質(zhì)上看，通信協(xié)議屬于約定集合，能夠全面發(fā)揮出信息傳輸和通信功能，對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步效果。采用錯(cuò)誤檢測(cè)和錯(cuò)誤修正等方式，可以提升數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。PLC網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議主要包括通信協(xié)議和專用協(xié)議。

2.1???? 專用協(xié)議—中、底層子網(wǎng)

底層子網(wǎng)的任務(wù)在于過(guò)程控制、工程數(shù)據(jù)命令。盡管信息比較短，然而實(shí)時(shí)性要求非常高。專用協(xié)議比較關(guān)注物理層、鏈路層、應(yīng)用層，整個(gè)層數(shù)比較少，信息傳輸速率非常高。轉(zhuǎn)移協(xié)議包含點(diǎn)-點(diǎn)接口協(xié)議、多點(diǎn)接口協(xié)議、現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議、數(shù)據(jù)交換協(xié)議、自由通信接口協(xié)議。

2.2???? 通用協(xié)議—PLC網(wǎng)絡(luò)

在PLC網(wǎng)絡(luò)高層子網(wǎng)中，應(yīng)用通信協(xié)議可以承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能、局域網(wǎng)互聯(lián)功能。對(duì)于高層子網(wǎng)通信來(lái)說(shuō)，主要復(fù)雜管理信息傳輸，因此與商業(yè)網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)比較相似。

2.3???? 信息檢錯(cuò)與糾錯(cuò)應(yīng)用

在信息系統(tǒng)中，兼?zhèn)湫畔z錯(cuò)和糾錯(cuò)功能，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生誤碼控制能力，有效衡量通信系統(tǒng)質(zhì)量。在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)化識(shí)別錯(cuò)誤過(guò)程，由此發(fā)揮出檢錯(cuò)功能。系統(tǒng)識(shí)別錯(cuò)誤后，進(jìn)行糾正和消除處理，該過(guò)程為糾錯(cuò)。在普通通信控制中，檢錯(cuò)通過(guò)奇偶校驗(yàn)和方陣碼等方式，對(duì)重發(fā)方式進(jìn)行反饋。在高級(jí)通信控制中，可以通過(guò)循環(huán)冗余碼檢錯(cuò)方式。不管是檢錯(cuò)還是糾錯(cuò)，都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，全面提升糾錯(cuò)與檢錯(cuò)效率，進(jìn)一步提升準(zhǔn)確性。

2.4???? PPI通信技術(shù)的應(yīng)用

PPI協(xié)議屬于基本通信方式，利用原有端口可以實(shí)現(xiàn)通信，屬于默認(rèn)通信方式。對(duì)于PPI通信協(xié)議來(lái)說(shuō)，其屬于主站和從站協(xié)議，隸屬于令牌環(huán)網(wǎng)中。主站內(nèi)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)無(wú)堵塞問(wèn)題時(shí)，可以接收令牌。只有具備令牌主站，才可以向其他從站發(fā)送指令，建立PPI網(wǎng)絡(luò)。主站在獲得令牌后，能夠向從站發(fā)出指令和請(qǐng)求，從站測(cè)相應(yīng)主站請(qǐng)求，此時(shí)從站設(shè)備不會(huì)啟動(dòng)消息，而是在主站設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求后，才會(huì)做出響應(yīng)。

使用PPI能夠建立多個(gè)主站網(wǎng)絡(luò)，主站可以通過(guò)PPI協(xié)議管理，與從站共享通信。PPI不會(huì)限與從站通信的主站數(shù)量，然而在同一網(wǎng)絡(luò)中，主站個(gè)數(shù)必須小于32個(gè)。如果網(wǎng)絡(luò)上包含多個(gè)主站時(shí)，在傳遞令牌之前，應(yīng)當(dāng)對(duì)下主站站號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，以此傳遞令牌，不能將主站站號(hào)設(shè)置得太高。如果在網(wǎng)絡(luò)中添加新主站，則需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)令牌傳輸后，才能夠建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌笤俳邮樟钆?。?duì)于PPI網(wǎng)絡(luò)而言，主站沒(méi)有接收到令牌，也可以響應(yīng)需求。

對(duì)于主站設(shè)備來(lái)說(shuō)，主要包含編程設(shè)備和HIM設(shè)備;對(duì)于從站設(shè)備來(lái)說(shuō)，主要包含中央處理器、擴(kuò)展機(jī)架。將PPI主站模式應(yīng)用到用戶程序中，可以將運(yùn)行模式的中央處理器作為主站。在應(yīng)用主站模式后，可以采用網(wǎng)絡(luò)讀取或者寫(xiě)入等方式，從中央處理器上讀取數(shù)據(jù)。

2.5???? PROFIBUS通信技術(shù)的應(yīng)用

由于數(shù)字通信系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線具備較強(qiáng)開(kāi)放性，因此在多個(gè)領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展，現(xiàn)實(shí)意義非常高。相比于發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，我國(guó)制造自動(dòng)化技術(shù)和自動(dòng)化控制水平比較落后。應(yīng)用數(shù)字通信系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，可以確保工業(yè)企業(yè)廣泛應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，聯(lián)合傳感器數(shù)據(jù)處理、控制器可編程方式。

從本質(zhì)上看，PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通訊屬于串口通信，包含PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA，可以滿足工廠網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求。在PROFIBUS中，DP和FMS屬于物理層連接接口，網(wǎng)絡(luò)物理連接主要應(yīng)用屏蔽電纜，整體連接比較簡(jiǎn)單，可以減少總線節(jié)點(diǎn)，且通過(guò)分布投入方式，也不會(huì)對(duì)節(jié)點(diǎn)操作造成影響。

現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)可以關(guān)注到系統(tǒng)集成和工程現(xiàn)場(chǎng)，全面發(fā)揮出高級(jí)通信作用和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，確保項(xiàng)目全過(guò)程的自動(dòng)化水平。在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用中，能夠表現(xiàn)出先進(jìn)行與優(yōu)越性，因此被廣泛應(yīng)用到自動(dòng)化生產(chǎn)中。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析可知，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。

3、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，通信技術(shù)具備較高的應(yīng)用價(jià)值，優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)顯著。然而在實(shí)際應(yīng)用期間還存在較多問(wèn)題，通信信息差異及導(dǎo)致總線技術(shù)通信協(xié)議問(wèn)題。所以現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)相互操作。在后續(xù)發(fā)展中，需要適當(dāng)提升通信技術(shù)，將其應(yīng)用到PLC端控制系統(tǒng)中，深入分析系統(tǒng)應(yīng)用問(wèn)題，彌補(bǔ)不足問(wèn)題，以此提升自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果，進(jìn)一步增強(qiáng)PLC系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。

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