基于PLC自動化控制系統(tǒng)通信技術(shù)問題思考

摘 要：自動化技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展主要推動力，而自動化技術(shù)的發(fā)展離不開通信技術(shù)的發(fā)展，基于PLC的現(xiàn)場總線控制技術(shù)對自動化控制系統(tǒng)通信技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。本文基于PLC的研究，探討了自動化生產(chǎn)線上的通信技術(shù)。

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

信息技術(shù)、通信技術(shù)以及控制技術(shù)的整合發(fā)展，引起了自動化技術(shù)的深度改革，信息技術(shù)正在迅速覆蓋到生產(chǎn)現(xiàn)場的各層設(shè)備上。為了更好實現(xiàn)幾點一體化，優(yōu)化基于PLC的自動化控制系統(tǒng)通信，是現(xiàn)階段自動化流水線應解決的通訊問題。

1 可編程序控制器（PLC）概述

可編程序控制器（Programmable Logic Controller），也叫可編程序邏輯控制器，因為在其早期用途是開關(guān)的邏輯控制?？删幊绦蚩刂破鞯暮诵氖俏⑻幚砥?，同時融合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)以及通信技術(shù)，是一種現(xiàn)代工業(yè)自動控制裝置。它的優(yōu)點包括體積小、易于編程、功能豐富、抗干擾能力強、靈活性強、可靠性高、維護簡單等?？删幊绦蚩刂破饕呀?jīng)在現(xiàn)代工業(yè)中廣泛應用，是現(xiàn)代工業(yè)自動化控制的支柱之一。

1.1 可編程序控制器的定義

根據(jù)國際電工委員會（IEC）在1987年對PLC的定義可知：可編程序控制器是一種數(shù)字化的電子運算操作系統(tǒng)，主要應用于工業(yè)中?？删幊绦蚩刂破鞑捎每删幊痰拇鎯ζ?，從而在其內(nèi)存中執(zhí)行邏輯運算、順序調(diào)整、計時計數(shù)以及算數(shù)運算等操作，并通過數(shù)字化、模擬化的方式輸出，進而控制機械設(shè)備的生產(chǎn)?？删幊绦蚩刂破骱推湎嚓P(guān)設(shè)備的設(shè)計原則是：與工業(yè)控制系統(tǒng)相結(jié)合。

1.2 可編程序控制器的工作原理

PLC通過循環(huán)掃描來進行工作，一個工作流程包含5個階段，分別是：內(nèi)部處理階段、與編程器的通信階段、輸入掃描階段、程序執(zhí)行階段、輸出階段。當PLC處于運行狀態(tài)時，會執(zhí)行所有的5各階段，當PLC處于停止狀態(tài)時，僅會執(zhí)行前兩個階段，此時可進行通信處理。

可編程序控制器的輸入掃描階段、程序執(zhí)行階段、輸出階段的處理原理是：編程人員通過控制器上的按鍵進行編程，輸入電路會將掃描輸入信息并存入輸入映像寄存器中，之后執(zhí)行程序，輸出電路將掃描執(zhí)行結(jié)果，同時存入輸出映像寄存器，最終輸出到可視化界面上。

可編程序控制器工作特點是可靠性高，抗干擾能力強。但是，其缺點也比較明顯，包括響應慢、執(zhí)行慢等。因此可以說PLC是靠降低運行速度來獲得高可靠性的。

2 PLC網(wǎng)絡通信技術(shù)研究

2.1 PPI通信技術(shù)

西門子生產(chǎn)的PLC支持PPI協(xié)議、MPI協(xié)議等通信方式，比如西門子S7-200，其CPU支持PPI協(xié)議，也是默認的通信方式。

PPI通信協(xié)議是一種主站對從站的協(xié)議，主、從兩站都在同一令牌環(huán)網(wǎng)中，當主站檢測到網(wǎng)絡環(huán)境良好時，會接受令牌，以此向網(wǎng)絡上其他從站發(fā)出指令，實現(xiàn)PPI網(wǎng)絡通信，這就意味著僅需進行主站側(cè)的通信編程。當主站向從站發(fā)出請求和指令時，從站會進行相應，從站不會主動響應，盡在主站發(fā)出請求或輪詢是在會響應。

PPI協(xié)議構(gòu)件的主站網(wǎng)絡數(shù)量上限是32個，在主站與從站通信中，PPI協(xié)議不會限制同時與一個從站通信的主站數(shù)量。然而，當網(wǎng)絡中存在多個主站時，令牌傳遞時會進行主站站號的檢測，因此過高的主站站號不利于信息傳遞。在添加一個新主站時，至少要經(jīng)過兩個令牌傳遞后才能建立網(wǎng)絡，接收令牌，在PPI網(wǎng)絡中，沒有接收令牌的主站可以視為從站，從而響應其他主站。

2.2 PROFIBUS通信技術(shù)

PROFIBUS是一種應用范圍比較廣的開放數(shù)字通信系統(tǒng)，是分散自動化系統(tǒng)的朱啊喲表現(xiàn)。現(xiàn)階段，PROFIBUS已被應用于制造業(yè)自動化（汽車制造、設(shè)備制造等）、過程自動化（石油產(chǎn)業(yè)、化工產(chǎn)業(yè)等）、樓宇自動化（空調(diào)供熱等）、交通自動化以及輸入自動化等行業(yè)。PROFIBUS能傳遞設(shè)備之間（傳感器、執(zhí)行器等）的數(shù)據(jù)信息，從而完成控制網(wǎng)絡中的各項任務。

實質(zhì)上，PROFIBUS是一種RS-485串口通訊，同時包含PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三種子通訊模式。RS-485串口通訊連接方式簡單，串口上的節(jié)點可以任意添加減少，不會影響其他節(jié)點的操作，其傳輸特征包括：傳輸介質(zhì)是屏蔽雙絞電纜，每段節(jié)點在不帶中繼器的情況下上限為32個，帶中繼器可以達到127個，插頭連接器使用的是9針D副插頭連接器。

PROFIBUS適用于高速傳輸，其信號傳輸距離取決于傳輸速度。當電磁干擾較大時，可以選擇光纖作為PROFIBUS信號傳輸載體，以提高最大傳輸距離。

2.3 PROFIBUS-DP通信技術(shù)

PROFIBUS-DP主要是為自動控制系統(tǒng)以及設(shè)備級分散輸入輸出之間的通信模式而設(shè)計的，即分布式控制系統(tǒng)設(shè)備的高速數(shù)據(jù)傳輸。PROFIBUS-DP可以實現(xiàn)DP主站和從站之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸，同時進行對從站的組態(tài)檢查，實現(xiàn)三級信息診斷，保證數(shù)據(jù)的同步輸入或輸出。此外，能通過總線分配DP從站地質(zhì)，配置DP主站的DPM1。

PROFIBUS-DP不僅支持多主站系統(tǒng)，也允許單主站構(gòu)成主站系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)配置組態(tài)的靈活度。在通信方面，PROFIBUS-DP一方面可以實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的點對點傳輸，另一方面可以實現(xiàn)廣播形式的從站指令控制，在DPM1與DP從站之間有三個數(shù)據(jù)傳輸階段：參數(shù)設(shè)定、組態(tài)配置、數(shù)據(jù)交換。

3 基于PLC的自動化系統(tǒng)通信設(shè)計思路

3.1 設(shè)計思想

PROFIBUS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是符合現(xiàn)代工業(yè)控制通信理念的，而且PROFIBUS-DP不僅結(jié)構(gòu)精簡，傳輸速度較高，比較適合PLC與分散的現(xiàn)場I/O設(shè)備之間進行通信。具體的設(shè)計思路可以概括為：擬定現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的技術(shù)條件;選定電氣傳動心事、電機、電磁閥等執(zhí)行設(shè)備;選定PLC型號;確定通信方式;編制PLC的I/O端子接線圖;根據(jù)要求的編程語言進行程序設(shè)計;優(yōu)化PLC界面的UI設(shè)計。

3.2 設(shè)計方案

擬定控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)條件，分析控制要求，這是整個工程控制通信系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)。確定I/O設(shè)備與PLC硬件的配置，設(shè)置好I/O點。

繪制流程圖和設(shè)備安裝圖。流程圖指導程序設(shè)計的梯形圖設(shè)計，之后將設(shè)計好的程序深入PLC進行軟件測試，對測試中出現(xiàn)的BUG進行程序修改;設(shè)備安裝圖指導控制通信系統(tǒng)設(shè)備的安裝，之后對照安裝圖記性連線，安裝主站、從站，所有設(shè)備安裝完成后進行通信測試。

軟件和通信全部就緒后進行整體測試，測試控制通信系統(tǒng)能否正常工作，是否符合控制要求和通信要求，不合格的要重新進行第二部的修改，整體測試通過后可以交付使用。

4 結(jié)束語

基于PLC自動化控制系統(tǒng)通信技術(shù)的核心是PLC的選擇，不同PLC支持的通信協(xié)議不同，因此相應的控制通信系統(tǒng)也有一定差別?，F(xiàn)階段的現(xiàn)場總線控制技術(shù)仍存在不足，PLC相關(guān)的組態(tài)軟件研究也不夠深入，通信協(xié)議不互通，這些都是未來自動化控制系統(tǒng)通信技術(shù)應解決的問題。

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作者簡介：

趙軍明（1974- ），男，山西平定人，助理工程師，主要從事工業(yè)企業(yè)電氣自動化設(shè)計改造工作。