基于PLC自動化控制系統(tǒng)的通信技術(shù)探究

張海韻

[摘? ? 要]對基于PLC自動化控制系統(tǒng)的通信技術(shù)進行了分析，在具體分析中，從主要功能程序設(shè)計和通信技術(shù)應(yīng)用方面進行了論述。以此來解決PLC自動控制系統(tǒng)應(yīng)用中的通信問題，讓通信技術(shù)在PLC自動控制系統(tǒng)中得以良好應(yīng)用;并為此類系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域中的良好應(yīng)用與發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]工業(yè)生產(chǎn);PLC;自動化控制系統(tǒng);通信技術(shù)

[中圖分類號]TP273;TN91 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–00–02

Research on Communication Technology Based on PLC Automation Control System

Zhang Hai-yun

[Abstract]The communication technology based on PLC automation control system is analyzed. In the specific analysis， the main function programming and communication technology application are discussed. In order to solve the communication problem in the application of PLC automatic control system， the communication technology can be well applied in the PLC automatic control system; and to lay a solid foundation for the good application and development of such systems in the industrial field.

[Keywords]industrial production; PLC; automatic control system; communication technology

在PLC自動化控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，通信系統(tǒng)的好壞會對信息傳遞速度與質(zhì)量造成直接影響，同時也會對PLC信號接收的時效性起到?jīng)Q定性作用。因此，在具體的PLC自動化控制系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)中，技術(shù)人員一定要對通信技術(shù)做到足夠重視，通過通信技術(shù)的良好應(yīng)用確保PLC自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

1 項目概況

本次所研究的是某機械生產(chǎn)制造企業(yè)自動化生產(chǎn)線上的PLC自動化控制系統(tǒng)。在該自動化控制系統(tǒng)的主站中，控制器應(yīng)用的PLC為西門子公司所研發(fā)的S7-315-2DP型設(shè)備;在系統(tǒng)從站中，控制器應(yīng)用的PLC為西門子公司所研發(fā)的S7-200型設(shè)備。該系統(tǒng)現(xiàn)場總線所應(yīng)用的通信方式為Profibus。文章就是對該PLC自動化控制系統(tǒng)中的通信技術(shù)應(yīng)用進行了分析。

2 PLC及其通信需求概述

2.1 PLC概述

PLC是一種可編程形式的邏輯運算控制器。該裝置及其技術(shù)在當(dāng)今的工業(yè)領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。具體應(yīng)用中，PLC可以對各個設(shè)備進行自動化控制，包括連接主站控制、從站控制和各個系統(tǒng)接入點的控制等，進而達到整體工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制效果。

2.2 PLC通信需求概述

在通過PLC對工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)進行自動化控制的過程中，其信息的及時發(fā)送和接收是一項首要內(nèi)容?；诖耍赑LC自動化控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，應(yīng)借助相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)信息的發(fā)送與接收。在此過程中，應(yīng)借助相應(yīng)的程序設(shè)置保障各種信息傳輸效果。就目前來看，在該程序的具體應(yīng)用中，其構(gòu)成形式主要有兩種：①廠家在系統(tǒng)出廠后將相應(yīng)的應(yīng)用程序設(shè)置在其內(nèi)部;②企業(yè)按照實際生產(chǎn)需求在系統(tǒng)應(yīng)用中對其進行相應(yīng)的程序設(shè)置。具體設(shè)置中，最重要的一項內(nèi)容就是確保程序的穩(wěn)定性，這樣才可以達到良好的通信效果，有效確保工業(yè)生產(chǎn)的安全穩(wěn)定進行;并進一步確保產(chǎn)品的良好品質(zhì)，滿足用戶實際應(yīng)用需求，為用戶帶來最佳的應(yīng)用體驗。同時，在具體的生產(chǎn)過程中，通過PLC的應(yīng)用，也可以讓用戶按照其實際的需求對相應(yīng)的程序進行調(diào)整和控制，讓實際生產(chǎn)需求以及生產(chǎn)條件的變化得到及時有效的應(yīng)對，以此適應(yīng)生產(chǎn)廠家的實際生產(chǎn)與應(yīng)用需求，確保工業(yè)生產(chǎn)的靈活性。

3 PLC自動化控制系統(tǒng)的主要程序功能設(shè)計分析

3.1 主程序功能設(shè)計

PLC自動化控制系統(tǒng)的主程序為OBI搬運站在該系統(tǒng)開啟后，其主程序會率先啟動，并在一次程序完成后繼續(xù)進行下一次程序的循環(huán)，一直到接收到終止命令為止。在主程序的執(zhí)行過程中，PLC將發(fā)送全局?jǐn)?shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會借助BOI一側(cè)朝著各個搬運子程序、急停程序以及加工站程序等傳遞。在此過程中，主程序也會借助時間監(jiān)視器監(jiān)測大掃描所用的時間，并向PLC實時傳遞監(jiān)測數(shù)據(jù)。本次設(shè)計中，將系統(tǒng)的最大掃描時間設(shè)置為200 ms，如果實際掃描中所用時間超過了這個限值，則表明該系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢，需重新對其進行校正處理[1]。

3.2 啟動中斷程序功能設(shè)計

該PLC自動化控制系統(tǒng)中設(shè)置了暖啟動、熱啟動、冷啟動3種啟動模式。在系統(tǒng)通電之后，模式選擇器將會按照預(yù)設(shè)的指令在以上3種模式中自動選擇一種來完成啟動。在程序執(zhí)行期間，如果出現(xiàn)了時間錯誤，程序便會自動中斷，在做好時間校準(zhǔn)之后才會繼續(xù)返回上級程序，并對啟動模式重新進行選擇，最后再一次恢復(fù)正常運行。

3.3 功能程序設(shè)計

根據(jù)該企業(yè)的實際生產(chǎn)需求，本次設(shè)計的主要功能程序包括送料站、加工站、裝配站以及落料站等。在對這些程序進行編寫的過程中，為實現(xiàn)編程人員操作的便利性，應(yīng)用了西門子公司所提供的面向該公司的PLC用戶編程操作指令庫。具體應(yīng)用中，用戶可直接對相關(guān)指令進行調(diào)用，以此來實現(xiàn)編程操作的進一步簡化。例如：IN代表輸入?yún)?shù)指令;OUT代表輸出參數(shù)指令;STAT代表靜態(tài)參數(shù)指令。

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

在PLC自動化控制系統(tǒng)中，因為西門子公司所研發(fā)的S7系列PLC設(shè)備可以對多種通信模式提供支持，包括現(xiàn)場總線（profibus）、多點接口（MPI）以及點對點接口（PPI）等;所以在本次系統(tǒng)設(shè)計中，主要應(yīng)用到了點對點接口通信協(xié)議以及現(xiàn)場總線通信技術(shù)。

4.1 點對點接口通信協(xié)議的應(yīng)用

在S7系列的PLC中，點對點通信協(xié)議最為常用，其信息的收發(fā)可直接借助PLC中原有的通信端口來實現(xiàn)。就本質(zhì)而言，點對點協(xié)議為主從協(xié)議形式，可以對一級主站和二級主站提供支持，使其和各個從站之間進行信息傳遞。在系統(tǒng)運行的過程中，系統(tǒng)主程序首先會對網(wǎng)絡(luò)占用情況進行判斷，如果網(wǎng)絡(luò)處于暢通狀態(tài)，主程序就會立即進行點對點通信網(wǎng)絡(luò)的建立，并將這個網(wǎng)絡(luò)自主站作為基礎(chǔ)，將相應(yīng)的請求指令發(fā)送到從站[2]。在從站響應(yīng)之后，便會將點對點通信網(wǎng)絡(luò)作為依托來實現(xiàn)主站和從站之間的通信。在本次所應(yīng)用的PLC中，雖然僅提供了PORT0和PORT1這兩個通信端口，但是以點對點通信網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)的主站從站通信網(wǎng)絡(luò)最多可以建立32個，可充分滿足該自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用過程中的實際通信需求。

同時，該PLC中的高級點對點通信協(xié)議也可以為各個獨立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的聯(lián)系建立提供支持，但每一臺設(shè)備能夠連接的設(shè)備數(shù)量比較有限。表1是該系統(tǒng)PLC中各個模塊對于設(shè)備連接數(shù)量的支持情況。

4.2 現(xiàn)場總線通信技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)具有開放式特征，它在當(dāng)今的樓宇自動化以及工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。相比較點對點通信技術(shù)而言，該技術(shù)的主要優(yōu)點是可以在更加復(fù)雜的通信任務(wù)中具有良好的適應(yīng)性，且能夠?qū)?fù)雜網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的信息堵塞問題加以有效解決，以此實現(xiàn)整體PLC自動化控制系統(tǒng)通信能力的顯著提升。因此，在該系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)中，將現(xiàn)場總線通信技術(shù)用作備用通信模式。圖1是該系統(tǒng)中的現(xiàn)場總線通信協(xié)議結(jié)構(gòu)示意圖。

由圖1可知，現(xiàn)場總線通信協(xié)議中有5個主要層次，其中人機交互界面屬于頂層，借助于這一層次，用戶可進行相關(guān)控制指令的手動輸入，可進行各種運行數(shù)據(jù)的調(diào)用，進而實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)運行情況與生產(chǎn)進度的實時掌握[3]。應(yīng)用層主要按基本功能以及擴展功能進行劃分，并進行了用戶DP接口的提供。3～6層的概念并未定義，具體應(yīng)用中，用戶可根據(jù)實際的生產(chǎn)需求進行自主定義，同時也可以用來進行后續(xù)的功能擴展。數(shù)據(jù)鏈路層中的主要組成部分是現(xiàn)場總線中的所有數(shù)據(jù)鏈路，同時也為系統(tǒng)進行了IEC接口提供，借助于IEC接口，可以讓現(xiàn)場總線與各個從站中的設(shè)備之間建立起良好的通信連接。物理層的主要組成部分是RS-485型光纖，其主要的光纖參數(shù)如表2所示。

在通過現(xiàn)場總線通信協(xié)議進行PLC自動化控制系統(tǒng)的通信過程中，為達到良好的通信效果，可以對起始定界符以及結(jié)束定界符加以合理應(yīng)用，并對各個字節(jié)做好奇偶校驗，這樣便可進一步提升通信數(shù)據(jù)可靠性。

5 結(jié)束語

在當(dāng)今的工業(yè)自動化發(fā)展中，PLC自動化控制線系統(tǒng)發(fā)揮著不可或缺的作用。而作為整個系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)與控制指令的傳輸媒介，通信系統(tǒng)的應(yīng)用質(zhì)量將會對整體PLC自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果產(chǎn)生決定性作用。因此，在對此類系統(tǒng)進行應(yīng)用和研究的過程中，相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員一定要加強其中的通信技術(shù)研究，根據(jù)系統(tǒng)的實際應(yīng)用需求，結(jié)合實際情況，對相應(yīng)的通信技術(shù)進行合理選擇與應(yīng)用。通過這樣的方式，才可以滿足系統(tǒng)運行中的實際通信需求，促進PLC自動化控制系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域中的良好應(yīng)用與發(fā)展。

參考文獻

[1] 張玉伽.通信技術(shù)在PLC自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2021（6）：113-114.

[2] 高?？?對基于PLC自動化控制系統(tǒng)的通信技術(shù)分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2021（1）：4-6.

[3] 王兆遠(yuǎn).淺議PROFIBUS通信技術(shù)在PLC冶金自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子測試，2020（9）：90-91.