基于PLC自動化控制系統(tǒng)的通信技術(shù)探究

張彬 朱麗麗

摘要：基于PLC的基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)主要由PLC（可編程序控制器）、過程檢測儀表、HMI（人機(jī)接口設(shè)備）等組成，是直接面向生產(chǎn)過程設(shè)備控制的基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)。PLC自動化控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是：狀態(tài)檢測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)值給定、控制運(yùn)行、故障診斷和人機(jī)接口，其最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠在不改變電氣系統(tǒng)硬件的情況下按生產(chǎn)過程需要對PLC進(jìn)行具體編程實(shí)現(xiàn)不同控制邏輯的自動化生產(chǎn)運(yùn)行，減少了在生產(chǎn)過程中對電氣系統(tǒng)的人工操作?；谄滹@著優(yōu)勢，PLC自動化控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了的廣泛的應(yīng)用。而一個實(shí)用、穩(wěn)定的PLC自動化控制系統(tǒng)應(yīng)是綜合考慮設(shè)計(jì)的，個人總結(jié)有如下幾點(diǎn)想法。

關(guān)鍵詞：自動化;PLC;電磁干擾

引言

基于PLC的自動化控制生產(chǎn)線，主要包括自動送料、物料加工、產(chǎn)品裝配、定向輸送、快速分揀五道工序。這些工序之間有著密切的邏輯關(guān)系，為保證前后兩道工序緊密銜接，必須提高PLC的響應(yīng)速率和控制水平。而通信系統(tǒng)通過影響信號傳遞速度，進(jìn)而直接決定了PLC接收信號的時效。因此，要想提高工業(yè)自動化控制水平，必須要對PLC自動化控制系統(tǒng)的通信技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新、優(yōu)化。

1PLC自動化控制系統(tǒng)

PLC自動控制系統(tǒng)是目前控制系統(tǒng)中最為重要的組成部分，它的運(yùn)行質(zhì)量決定著企業(yè)整個生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，對于企業(yè)整體的運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用，如果在PLC自動控股系統(tǒng)的運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致整個生產(chǎn)系統(tǒng)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致企業(yè)相關(guān)系統(tǒng)陷入癱瘓。PLC自動控制系統(tǒng)的運(yùn)行程序需要專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行編程，同時要對整個系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的檢查，并且要根據(jù)企業(yè)的實(shí)際需要，對PLC自動控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。通信技術(shù)在PLC自動化技術(shù)中的應(yīng)用可以進(jìn)行人為的選擇，其中目前使用比較多的是西門子57--200系列，該技術(shù)是在實(shí)際的應(yīng)用工程中已經(jīng)充分的展現(xiàn)了其特有的優(yōu)勢，它的中央處理器可以滿足系統(tǒng)當(dāng)中不同接口的需求，同時也支持現(xiàn)場總線的技術(shù)要求。

2基于PLC自動化控制系統(tǒng)的通信技術(shù)探究

2.1PPI通信技術(shù)

PPI通信技術(shù)是西門子S7-200系列PLC中最基礎(chǔ)的通信方式，其實(shí)現(xiàn)通信依靠的是PORT0或PORT1端口。這里的PPI是指主站-從站協(xié)議。由于主、從站存在于同一令牌環(huán)網(wǎng)中，因此，主站通過接收令牌來獲得向其他從站發(fā)指令的權(quán)限，從而形成1個PPI網(wǎng)絡(luò)。在該協(xié)議下，主站是請求與指令的發(fā)出者，從站則是相應(yīng)者。以PPI為基礎(chǔ)構(gòu)建的主站網(wǎng)絡(luò)最多可以支持32個主站，所有主站都通過PPI協(xié)議所管理的連接來進(jìn)行與從站的通信。在同一網(wǎng)絡(luò)中，主站如果沒有接收令牌，則與從站一樣，也可以對其他主站進(jìn)行響應(yīng)。其中主站設(shè)備主要包括自帶系統(tǒng)的編程設(shè)備、觸摸面板以及文本現(xiàn)實(shí)等HMI設(shè)備。從站設(shè)備則主要有CPU和擴(kuò)展機(jī)架等。對S7-200來說，其從站由于包括CPU，因此，在用戶程序?yàn)镻PI主站模式的情況下，其從站也可以充當(dāng)主站，進(jìn)而獲取讀取或?qū)懭肫渌鸆PU數(shù)據(jù)的權(quán)限。此外，在PPI通信技術(shù)中還有1種更高級的PPI協(xié)議，即在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間建立邏輯連接的協(xié)議。但該協(xié)議所支持的設(shè)備是十分有限的。在S7-200CPU中，僅有EM277模塊可以支持該協(xié)議。PPI的傳輸速率一般在1.2kbps～115.2kpbs。PPI在網(wǎng)絡(luò)組態(tài)的構(gòu)建上主要以PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，以總線型拓?fù)錇榛窘Y(jié)構(gòu)形式。實(shí)踐中，企業(yè)可以根據(jù)需求建設(shè)不同的PPI網(wǎng)絡(luò)，例如單主站PPI網(wǎng)絡(luò)、多主站PPI網(wǎng)絡(luò)以及復(fù)雜PPI網(wǎng)絡(luò)等。

2.2合時合理系統(tǒng)化地選擇PLC

基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)中的PLC技術(shù)成熟，產(chǎn)品品牌種類繁多，市面上推廣做的較好的有AB、施耐德、西門子、歐母龍等等這些國外品牌。通過市場和技術(shù)實(shí)踐，同檔次的PLC技術(shù)性能基本相當(dāng)，個人認(rèn)為品牌并不重要，設(shè)計(jì)時更為關(guān)鍵的是合時、合理、系統(tǒng)化地選擇推薦可編程控制器。合時：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC產(chǎn)品也在更新?lián)Q代，有的產(chǎn)品正逐漸退出市場，由于這種信息表現(xiàn)的不是很明顯，所以設(shè)計(jì)人員不能第一時間掌握，例如AB的SLC500系列、施耐德的Premium系列已經(jīng)退出市場，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)當(dāng)下市場現(xiàn)行的產(chǎn)品進(jìn)行推薦選擇，提高設(shè)計(jì)的時效性。合理：PLC有大型、中型、小型三個檔次的選擇，每個檔次所能配置的模塊數(shù)量不同、內(nèi)存容量不同、程序運(yùn)行響應(yīng)時間不同。一般來說，大型PLC在這些方面都占有很大的優(yōu)勢，但大型PLC造價也相對要高很多。如果不是一個連續(xù)協(xié)調(diào)性非常強(qiáng)的大系統(tǒng)，建議將大型系統(tǒng)分解成多個中型和小型的PLC子站通過通訊協(xié)調(diào)來完成，在節(jié)約成本的同時也可以分散控制系統(tǒng)的風(fēng)險，布線也相對簡單明了。系統(tǒng)化：有很多的項(xiàng)目需要分階段設(shè)計(jì)和實(shí)施，為有助于減少備品備件的種類和數(shù)量，降低操作人員和管理人員的強(qiáng)度和難度，建議前期設(shè)計(jì)時不考慮即將換代的產(chǎn)品，后期工程設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)前期自動化系統(tǒng)選擇推薦同品牌同系列產(chǎn)品?，F(xiàn)在各個廠家對這種前后期工程也有相對應(yīng)的解決方案，如果后期工程設(shè)計(jì)時，前期工程的PLC已經(jīng)退市了，設(shè)計(jì)人員應(yīng)主動和前期工程PLC產(chǎn)廠聯(lián)系，合時合理配置PLC。

2.3PROFIBUS通信協(xié)議

PROFIBUS通信協(xié)議的研究需要從物理、網(wǎng)絡(luò)連接以及數(shù)據(jù)鏈路層等方面進(jìn)行分析。其中PROFIBUS的物理層主要采用RS-485物理連接的方式進(jìn)行連接，例如DP與FMS都采用該種連接方式。同時RS-485又采用平衡差分傳輸?shù)姆绞?。同時PROFIBUS中RS-485總線段結(jié)構(gòu)中利用有屏蔽層的雙絞電纜來傳輸相同大小但方向相反的信號，該方式可以有效降低環(huán)境噪聲對信號的影響?；谠撐锢磉B接所構(gòu)建出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其單一網(wǎng)段最大可接入32臺設(shè)備，且網(wǎng)段距離最高可達(dá)1200m。同時其傳輸速率可以在9.6Kb/s～12Mb/s進(jìn)行自由選擇。PROFIBUS數(shù)據(jù)鏈路層以O(shè)SI參考模型為基礎(chǔ)，對總線存取控制、數(shù)據(jù)安全、傳輸協(xié)議以及報文處理等進(jìn)行規(guī)定，進(jìn)而建立、維持及拆除鏈路連接，最終保證傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

結(jié)語

PLC在工業(yè)自動化控制方面有著廣泛運(yùn)用，但是由于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，加上對系統(tǒng)運(yùn)行的時效性、協(xié)調(diào)性等均有較高要求，這就需要對通信技術(shù)進(jìn)行改良和創(chuàng)新。從實(shí)踐來看，基于Profibus通信技術(shù)的PLC自動化控制系統(tǒng)，顯著提高了通信效率，解決了指令丟失、響應(yīng)延遲的問題，對進(jìn)一步提高PLC自動化控制系統(tǒng)的實(shí)用效果有良好作用。

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