PLC與計(jì)算機(jī)通信的離心機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用

（蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅蘭州市,730070）李 想

（江蘇海洋大學(xué)，江蘇連云港市，222005） 徐 蘇 許金綱 孫 琦 禹 健

PLC是可編程邏輯控制器的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，也就是早期的可編程控制器，主要是將其代替繼電器，從而能夠更好的進(jìn)行邏輯控制。隨著現(xiàn)代化信息社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，PLC的功能范圍越來(lái)越廣，不僅局限于邏輯控制范圍，在更多領(lǐng)域中都會(huì)有所涉及。PLC在電子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上可應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作中的電控制器，可通過(guò)掃描方式與中斷方式實(shí)現(xiàn)有效的控制。將PLC與計(jì)算機(jī)通信相結(jié)合，在開(kāi)發(fā)與應(yīng)用離心機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)具有非常重要的作用，有利于將信息管理與決策水平提高，還能夠促進(jìn)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)以及控制質(zhì)量的不斷提高，使其停機(jī)維修維護(hù)時(shí)間減少，符合現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展的需要。

1 PLC控制系統(tǒng)概述

可編程控制器實(shí)際上是一種計(jì)算機(jī)技術(shù)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)制造時(shí)主要是為了能夠有效的進(jìn)行工業(yè)控制，在早期可編程控制器也被叫做可編程邏輯控制器模式，在使用過(guò)程中可替換繼電器，將邏輯控制目標(biāo)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。在當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展中，PLC與機(jī)器人、CAD（或CAM）組成了現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。PLC集電控、電儀、電傳等三電于一體，在邏輯控制、過(guò)程控制與運(yùn)動(dòng)控制中都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)這一物質(zhì)基礎(chǔ)。要想實(shí)現(xiàn)三電一體，可以通過(guò)兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，一種是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)一級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，雖然不同的控制裝置有著極大的差異，但是都可以在網(wǎng)絡(luò)載體的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)三電一體化。另一種是通過(guò)控制裝置一級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，每臺(tái)控制裝置不僅具有邏輯控制功能，而且還具備過(guò)程控制功能與運(yùn)動(dòng)控制功能

等[1]。

2 PLC在離心機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的通信原理

PLC在選擇自由端口模式時(shí)，程序能夠通過(guò)相應(yīng)的指令控制通訊端口操作，比如接收中斷、傳輸指令、傳輸中斷、接收指令等。一般只有在自由端口模式下通訊協(xié)議才會(huì)受到梯形圖程度的完全控制，而自由端口只有在（RUN）運(yùn)行模式中才能使用，在自由端口模式中，不能與編程設(shè)備通訊，如果PLC處于（STOP）停止模式時(shí)，就會(huì)禁用自由端口模式，并重新建立正常通訊。

2.1 硬件連接原理

在系統(tǒng)控制范疇中，串行通訊端口始終都占有非常重要的地位，即使時(shí)代在不斷進(jìn)步，該通訊端口也沒(méi)有被淘汰，而是在不斷的進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化?，F(xiàn)階段計(jì)算機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)配置為（RS-232）串行通訊端口，最為常見(jiàn)的用途就是與Modem連接作為通訊傳輸。任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)都需要配備RS-232通訊端口，其信道通常情況下都有兩個(gè)，分別為COM1和COM2；接頭方式也有兩種為9Pin和25Pin。PPI接口是由PLC內(nèi)部集成的，能夠?yàn)橄鄳?yīng)用戶(hù)提供非常強(qiáng)大的通訊功能，RS485是PPI接口的物理特性，RS232則是上位機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串口，要想實(shí)現(xiàn)二者的通訊，就一定要進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。倘若PC/PPI電纜自帶電平轉(zhuǎn)換器的話(huà)，那么RS232、RS485在進(jìn)行互聯(lián)以及協(xié)議轉(zhuǎn)換時(shí)就不需要增加任何軟件。

2.2 離心機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)與PLC之間的通訊

離心機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)與PLC之間在進(jìn)行通訊時(shí)，需要通過(guò)主從應(yīng)答的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中主叫方為上位機(jī)、應(yīng)答方為下位機(jī)。PLC會(huì)接收到來(lái)自于上位機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)指令，對(duì)該指令進(jìn)行判斷。上位機(jī)對(duì)于PLC傳來(lái)的數(shù)據(jù)也要進(jìn)行判斷，如果正確就接收，不正確就拒絕接收。

3 PLC與計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)

3.1 周期I/O方式通信

PLC控制網(wǎng)絡(luò)中PLC遠(yuǎn)程I/O鏈路，在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)主要是利用周期I/O的方式通信來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得遠(yuǎn)程I/O鏈路在運(yùn)行過(guò)程中始終都處于主站地位，從站地位一般都是其他遠(yuǎn)程I/O單元。采用周期掃描方式完成各從站與通信處理器之間的數(shù)據(jù)交換，這是主站的主要作用。除此之外，主站還需要將對(duì)應(yīng)的命令數(shù)據(jù)發(fā)送給從站。

3.2 全局I/O方式通信

全局I/O方式通信是一種共享存儲(chǔ)區(qū)串行通信方式，一般情況下都是在具有連接存儲(chǔ)功能的PLC之間完成通信工作。全局I/O方式通信中的連接區(qū)是PLCI/O中非常重要的組成部分之一，通過(guò)等值化通信處理方式，達(dá)成整體共享目標(biāo)。因此，又被稱(chēng)之為全局I/O方式。這樣的通信方式具有極大的優(yōu)勢(shì)，比如通信快速、操作簡(jiǎn)單且極為方便。

4 離心機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

從現(xiàn)場(chǎng)端的角度對(duì)PLC進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析時(shí)，可將其作為主控制系統(tǒng)，對(duì)離心機(jī)控制系統(tǒng)中的各個(gè)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行控制。將PLC應(yīng)用于控制系統(tǒng)與自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)中時(shí)，通常情況下都應(yīng)該有機(jī)結(jié)合計(jì)算機(jī)通信技術(shù)。相應(yīng)數(shù)據(jù)通過(guò)PLC被發(fā)送到計(jì)算機(jī)中，再由計(jì)算機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行具體的分析與處理，PLC在接收到相應(yīng)的指令時(shí)就要按照指令任務(wù)進(jìn)行運(yùn)行控制。在開(kāi)發(fā)離心機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)聯(lián)合應(yīng)用PLC與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，具有非常高的可靠性，在設(shè)計(jì)電氣硬件時(shí)會(huì)更加簡(jiǎn)單、便捷，適合批量生產(chǎn)，可以實(shí)現(xiàn)高效的程序復(fù)制。除此之外，只需要進(jìn)行軟件修改，就能夠有效的更改控制邏輯，而不用進(jìn)行硬件改動(dòng)[4]。

4.1 當(dāng)其擴(kuò)展配置

一般情況下，箱體式PLC擴(kuò)展配置都是非常的簡(jiǎn)單，主要是結(jié)合實(shí)際需要增加的不同I/O點(diǎn)數(shù)，將擴(kuò)展箱體進(jìn)行不斷增加。擴(kuò)展箱體與主箱體的外形上基本完全一致，擴(kuò)展箱體并不具備CPU以及內(nèi)存，只會(huì)出現(xiàn)相關(guān)顯示以及I/O電路，有些擴(kuò)展箱體會(huì)根據(jù)實(shí)際需要配置相應(yīng)的電源。

4.2 遠(yuǎn)程擴(kuò)展配置

為了能夠有效的增加I/O點(diǎn)數(shù)就采用遠(yuǎn)程擴(kuò)展配置，在進(jìn)行遠(yuǎn)程擴(kuò)展配置時(shí)，所擴(kuò)展的部分一般都位于遠(yuǎn)處，要想進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)交換就需要在主體部分與擴(kuò)展部分之間配備相應(yīng)的通訊設(shè)備，進(jìn)而將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸與交換。對(duì)于PLC之間的主從控制也可通過(guò)遠(yuǎn)程擴(kuò)展配置來(lái)實(shí)現(xiàn)，而下位PLC也可以作為擴(kuò)展部分，在對(duì)其進(jìn)行控制時(shí)需要通過(guò)主機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。遠(yuǎn)程擴(kuò)展具有較高的可靠性?xún)?yōu)勢(shì)，在操作時(shí)非常簡(jiǎn)單便捷，對(duì)于地域廣泛分布系統(tǒng)也能夠進(jìn)行有效的綜合性控制，還能夠達(dá)到對(duì)控制目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的效果。遠(yuǎn)程擴(kuò)展的種類(lèi)繁多，根據(jù)不同的遠(yuǎn)程部分可以劃分四大類(lèi)，分別是混合的遠(yuǎn)程系統(tǒng)、遠(yuǎn)程終端、PLC與機(jī)架。根據(jù)不同的傳輸介質(zhì)可將其劃分為三大類(lèi)，分別是同軸線(xiàn)、光纖、雙絞線(xiàn)。

4.3 PLC控制系統(tǒng)的個(gè)性化配置

不同的配置單元可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，如果配置單元比較特殊，那么也能實(shí)現(xiàn)特殊化的功能，將個(gè)性化配置按照功能進(jìn)行劃分時(shí)一般都會(huì)涉及到高速計(jì)數(shù)器、溫度檢測(cè)、位置控制以及模入模出等4個(gè)不同的單元。首先是高速計(jì)數(shù)器單元。在處理中型高速計(jì)數(shù)信號(hào)與大型高速計(jì)數(shù)信號(hào)時(shí)，可以利用高速計(jì)數(shù)的特殊處理單元來(lái)完成，在這一單元中可以對(duì)CPU進(jìn)行自行配置，有利于將輸出中斷并進(jìn)行獨(dú)立的技術(shù)處理，因此，CPU可以實(shí)現(xiàn)有效的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)傳輸，從而能夠控制高速計(jì)數(shù)。其次是溫度檢測(cè)單元。溫度量是一種模擬量，利用變送器將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)時(shí)，通過(guò)模入單元就能夠進(jìn)行有效的處理工作。相比于沒(méi)入單元，溫度檢測(cè)單元具有三個(gè)優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)：①溫度檢測(cè)單元可以不用借助變送器，就能夠直接從熱電偶或者是熱電阻上進(jìn)行信號(hào)讀??；②可以直接將讀入的BCD碼溫度值用于顯示；③在對(duì)冷端補(bǔ)償或者導(dǎo)線(xiàn)阻值影響等問(wèn)題的解決中可以在接線(xiàn)上直接完成。通過(guò)運(yùn)動(dòng)與位置控制單元能夠?qū)\(yùn)動(dòng)部件的速度以及位置進(jìn)行精準(zhǔn)、有效的控制，這體現(xiàn)了在PLC系統(tǒng)中數(shù)控技術(shù)的有效應(yīng)用。最后就是模入模出單元。在初期階段，PLC只在處理開(kāi)關(guān)量時(shí)間使用，當(dāng)成功開(kāi)發(fā)出模出與模入之后，使得模擬量處理也逐漸能夠成為現(xiàn)實(shí)[5]。

4.4 PLC控制系統(tǒng)的擴(kuò)展配置

PLC控制系統(tǒng)的配置擴(kuò)展基礎(chǔ)是原有配置，在原有配置基礎(chǔ)上將擴(kuò)展機(jī)箱以及機(jī)架加設(shè)其中，使得I/O點(diǎn)數(shù)增加的配置目標(biāo)能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)展配置與遠(yuǎn)程擴(kuò)展配置都屬于擴(kuò)展配置中非常重要的組成部分。在實(shí)際的擴(kuò)展配置中，充分的利用各種資源，如外設(shè)資源、內(nèi)存資源以及CPU資源等，使得PLC的單點(diǎn)費(fèi)用能夠有效的降低，更加方便、快捷的進(jìn)行擴(kuò)展配置的維護(hù)，使得接線(xiàn)能夠簡(jiǎn)化，進(jìn)而達(dá)到更高效的遠(yuǎn)程安裝目標(biāo)。

4.5 PLC控制系統(tǒng)的基本配置

PLC控制系統(tǒng)的基本配置按照其類(lèi)型劃分箱體式和模板式，這是主流配置，一般情況下是由編程器、CPU模板、內(nèi)存模板、電源模板以及I/O模板等組成。其中CPU模板在一定程度上能夠決定可控規(guī)模、具體的工作速度以及實(shí)際的內(nèi)存容量等，所以在進(jìn)行選擇時(shí)，一定要科學(xué)合理，這關(guān)系著系統(tǒng)配置的后續(xù)運(yùn)行。內(nèi)存模板的選擇一定要在CPU規(guī)定范圍之內(nèi)，這樣存儲(chǔ)用戶(hù)程序的容量以及各種相應(yīng)的性能要求才能夠得到極大的滿(mǎn)足。電源模板與CPU模板聯(lián)合應(yīng)用，也可以分開(kāi)應(yīng)用，是分是合需要將PLC用的電源種類(lèi)、規(guī)格以及其他具體要求作為依據(jù)。I/O點(diǎn)數(shù)是I/O模板規(guī)格與數(shù)量的確定依據(jù)，I/O點(diǎn)數(shù)多一點(diǎn)、少一點(diǎn)都不會(huì)有太大影響，不過(guò)需要在CPU所能管理的基本配置能力之內(nèi)[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在PLC與計(jì)算機(jī)通信背景下，研發(fā)與應(yīng)用離心機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，需要對(duì)下位控制機(jī)進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，這樣有利于將其控制精度與可靠性不斷提高。在系統(tǒng)中利用相應(yīng)型號(hào)的PLC以及各種輔助功能模塊，能夠更加方便靈活的進(jìn)行設(shè)計(jì)，接口、性?xún)r(jià)比與可靠性高，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制時(shí)，還可以大幅度提高控制精度，與現(xiàn)代化工業(yè)控制系統(tǒng)的實(shí)際需要完全相符。與此同時(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的更高效、有序的運(yùn)行，就需要重視起計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與PLC的有機(jī)結(jié)合，有利于及時(shí)監(jiān)控與修改現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)，再加上delphi語(yǔ)言可以完善相應(yīng)的功能，使得系統(tǒng)監(jiān)控畫(huà)面的可視化程度會(huì)更高，而人機(jī)交互也會(huì)更方便。監(jiān)控技術(shù)不僅需要用到計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，還會(huì)涉及到自動(dòng)控制技術(shù)，將這些技術(shù)進(jìn)行綜合運(yùn)用，有利于監(jiān)控系統(tǒng)的不斷完善，再加上PLC與計(jì)算機(jī)通信的有機(jī)結(jié)合，能夠促進(jìn)離心機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控的基本功能更加健全。