通信網絡系統中PLC控制系統的應用

張治峰

摘要：從校園無線局域網目前所反映出的問題得知，校園無線局域網未來發展的方向為“根據無線網絡自身的技術特性和人們在管理和意識上的疏忽，來提高其安全性”。在未來的發展中，校園無線局域網必將更加普及，而有線網絡將逐漸退居二線，作為輔助方式，這是大勢所趨。網絡化、分布式、高速、高效以及高科可靠性是PLC通信網絡未來發展的一個方向，現場設備級朝著現場總線標準方向發展，工控管理級朝著051發向發展，控制級網絡自身不斷完善并取得進步，同時在這個過程中著力靠近現場總線，從而形成開放化、標準化的通信網絡。

關鍵詞：PLC；控制系統；通信網絡

PLC 網絡常用的通信方法。現階段，PLC 在各個領域中獲得了非常廣泛的應用，其相關研究也更加深入和具體，這在極大程度上推動了 PLC 的應用和發展。PLC 網絡通信方式大體可以分為并行通信和串行通信兩類，前者具體是指多處理器間的相互通信，多發生在 PLC 的內部，而本文重點分析后者即 PLC 網絡的串行通信方式。根據PLC 網絡的實際功能，可將其分為控制網和通信網兩種類型，其中控制網一般只負責開關量的傳送，即 on/off。該網絡形式的特點是傳輸的數據量相對較少。通信網又被稱為數據高速公路，其與一般的局域網較為類似，既可以傳輸開關量，也可以傳輸數字量，傳輸的數據量相對較大。PLC，即可編程控制器的英文縮寫，它是一種將微機技術、通信技術以及自動化技術進行綜合運用的常用的工業上的控制裝置。一般比較常見的包括日本生產的三菱、歐姆龍等，我們本國生產的主要有永宏、匯川和臺達等，其中很多是以日系三菱為參照生產的，而且編程幾乎都屬于按順序編程，歐系中則主要有施耐德和西門子等。隨著我國工業自動化的不斷快速發展，PLC在工業控制領域中應用范圍越來越廣，涉及到的應用面也越來越多。針對目前主要使用的S7-300、OMRON等通信網絡，參照其特點、性能， 本文將結合目前我國工業領域當中PLC應用的現實情況對PLC進行探究分析。

一、PLC控制系統

（一）控制好PLC的基本要點

PLC實現控制的基本點主要有兩個，一個是可靠物理實現，另一個是輸入以及輸出信息的信息交換。輸入輸出信息的交換的前提是運行程序運行，這個程序是存儲在內存中的。這個程序也分兩種，一種是PLC的生產廠家自行提供的原始系統，另一種則屬于自助開發的應用程序。通常，系統程序有兩個優點，首先，可以為用戶提供一個可靠的運行平臺；其次，可以很好的保障PLC用戶自行編輯的程序順利運行，并對程序運行是產生的信號與信息進行及時處理。

可靠物理實現對于輸入（INPUT）與輸出（OUTPUT）電路依賴性很強。在PLC進行輸入電路的時候，首先是進行輸入信號的濾波處理，將高頻率的干擾過濾掉；第二步是依靠繼電器或者光耦元件連接起來，在PLC內部和計算機的電路執行光隔離。關于輸出電路，一定需要注意的是輸出電路必須擴大多倍的輸出功率，其主要目的是把接觸器、繼電器或者其他的工業控制元器件很好的帶動起來。

（二）PLC運行過程中的控制過程

在PLC的實際應用過程中其主要的控制步驟一般有6個，包括輸入刷新、運行用戶程序、輸出刷新、再輸入刷新、再運行用戶程序以及再輸出刷新。在這個過程中，系統會不斷反復進行循環運行，并且在這個運行的過程中系統會對程序作公共處理，公共處理包括了對循環的時間進行監控，通信處理和外設服務等。

（三）PLC運行過程中的控制方式

PLC的不同決定著其控制方式上也千差萬別，當前PLC的控制方式根據PLC的不同主要分為4種，首先是開關量的邏輯控制，其次是運動控制，再有是模擬量控制，還有是過程控制，這4種就是當前主要的PLC控制方式。

二、PLC通信網絡

（一）全局 I/O 通信

該通信方式歸屬于串行通信的范疇，常被用于帶有連接存儲區的 PLC 之間的通信，該方式的基本通信原理如圖 1 所示。

在圖 1 中，編號相同的發送與接收區域的容量大小完全相等，所占用的地址段也相同，其中只有一個區域為發送區，而其他區域全部都是接收區。全局 I/O 采用廣播通信方式，即由PLC1 將位于 1#發送區內的數據信息經由 PLC 網絡廣播出去，然后由 PLC2 和 PLC3 將該數據信息接收下來，并存儲在各自 的接收區域當中。同理，由 PLC2 廣播出來的數據信息，則由PLC1 和 PLC3 負責接收和存儲。由于在全局網絡中各個 PLC鏈接區的大小都相同，加之所占用的地址段也一致，所以，當其中某一臺 PLC 對自己所在的鏈接區進行訪問時，便相當于訪問了其他 PLC 的鏈接區，該過程實質上是 PLC 之間交換數據的過程。在全局網絡中，鏈接區的劃分是以 PLC 的 I/O 區為基礎，通過等值化通信轉換成為網絡內所有 PLC 的共享區域。該通信方式可用讀寫指令對鏈接區內的數據信息進行讀寫，其特點是簡單、快速和方便。

（二）控制級網絡

控制級網絡不同于工控管理級網絡的不同點在兩個地方，控制級網絡有著兩個特別鮮明的特點，一是控制級網絡的運用范圍是生產設備的控制，主要對生產過程的狀態監測、監視和控制。二是對于安全性、實時性以及可靠性的要求非常高，數據量的傳輸一般不大。具體以歐系的SINECL1為例子，雖然SINECL1的拓撲結構為總線型，可是他的主要功能卻是PLC之間的互連。連接設備有PLC，并以雙絞線為連接介質，節點只要僅僅的31，速率為9.6kbPs?？刂频木嚯x只有50km左右?？刂萍壘W絡一般所具有的特點是，通信的速率相對更高，網絡傳播范圍更加廣泛，結構比較靈活，介質簡單、擴展性更好。

（三）工控管理級網絡

為了是企業的管理需求的到充分滿足，工控管理級網絡一般提供高速、大容量并且實時準確的數據交換，與企業各個管理部門之間相互連接，同時為企業的MIS提供最基礎的數據，按照上層決策實施控制系統的優化工作。還是以歐系西門子的SINECL1作為例子進行分析，SINECL1的最主要的功能是PLC及其和上位機見的相互連接。連接的設備主要是PLC與PC，并以光纖、同軸電纜作為連接介質，節點為1024，速率為10Mbps。控制的距離一般有兩種情況，光纖和同軸電纜，光纖的控制距離是4600m，同軸電纜的控制距離是1500m，與控制級網絡結構一樣，同為總線型拓撲型結構。工控管理級網絡在發展上的特點主要有標準化、開放性、高速性、光纖介質、拓撲結構的靈活以及WEB技術支持。

（四）現場設備級網絡

在現場設備級網絡當中，一定要應用到現場總線。簡單來講，現場總線是通信網絡，它是一種囊括了通信技術、計算機技術、控制技術以及儀表技術高度集成起來的串行、雙向、多站并且全數字化的通信網絡?，F場總線是當今控制系統中的一個發展趨勢，其功能是PLC和現場設備相互之間的連接，目前工業領域中運用非常廣泛的現場總線當屬歐系西門子的PROFIBUS以及A-B廠家的DEVICENET ，這兩種現場總線運用率要高于其他現場總線（圖2）。

三、結語

綜上所述，網絡化、分布式、高速、高效以及高科可靠性是PLC未來發展的一個方向，與此同時，PLC通信網絡也走在標準化、開放化的道路上。現場設備級朝著現場總線標準方向發展，工控管理級朝著051發向發展，控制級網絡自身不斷完善并取得進步，同時在這個過程中著力靠近現場總線，從而形成開放化、標準化的通信網絡。

現階段，我國的PLC技術雖然有一定的成就，但是發展水平仍然落后于西方發達國家，這種局面要得到改善就必須堅持樹立開放系統的設計理念，嚴格按照國際標準，把通信網絡技術結合實際融入到PLC技術當中。另外，牢牢把握PLC通信網絡技術目前發展的潮流，不斷加強現場總線技術以及企業級的開發投入。計算機網絡技術的飛速發展帶動了PLC控制系統通信網絡的飛速發展，所以，未來性能更高的網絡技術和總線一定會不斷出現，當前現有的網絡技術也將不斷提高、改進。

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