基于PLC技術對通信網絡的研究

劉洋

摘 要：本文通過對PLC控制技術的理論說明，研究實現PLC網絡通信方法并加以論述，根據實際應用確定此項技術的研究方向。

關鍵詞：PLC控制技術；網絡通信；通信方式；網絡構建

中圖分類號：TM76 文獻標志碼：A

0 概述

可編程控制器PLC（Programmable logic Controller）是一種以計算機技術和自動控制技術發展起來的一種數字邏輯運算控制裝置。由于PLC無法單獨構建系統完成對設備的控制、管理、監控，且無法進行復雜的運算以及進行人機交互。因此隨著PLC技術部不斷改進、創新，從單一控制轉變為多元化控制，使PLC與設備之間、計算機與PLC之間達到遠程數據通信，因此構成控制系統的PLC也面臨著高速、穩定的網絡通信功能要求。

1 數據通信

通過以資源共享為目的計算機通信網形成，開辟了計算機技術的一個新領域，通信網絡融入工業、生活、金融等行業設備中。數據通信系統主要任務是把不同區域位置、不同的數字設備通過信息化連接起來，高效、準確地完成數據的處理、交換和傳送任務。 在工業控制系統中無論是計算機，還是PLC、變頻器及其他控制器都是數字化設備，它們之間交換的信息通過二進制“0”和“1”的數字信號進行分析、傳遞。而PLC作為承上啟下的控制設備，必然要求具有數據通信功能。

為使得數據通信能夠通用化、標準化、實用化，因此國際對通信方式進行統一。PLC常用的通信方式有并行通信和串行通信，并行通信是把一個字符的各數位用幾條線同時進行傳輸，傳輸速度快，信息率高，但它比串行通信所用的電纜多，因此串行通信常在傳輸距離較短和數據傳輸率較高的場合。串行通信是將數據一位一位地依次傳輸，每一位數據占一個固定的時間長度，這種情況只要少數幾條線就可以在控制系統中進行信息交換，通常用于遠距離通信，但傳輸速度比較慢，對于多通信系統連接形式方法，如圖1所示。

2 PLC通信網絡構建

對于PLC所構建的數據網絡按其規模大小、控制環境以及地域影響分為單級控制網絡和多級互聯網絡。

單級控制網絡構建主要是指以設定某一計算機為主站，連接多臺PLC控制器，并將其設定為從站，一臺計算機對多臺PLC進行控制，組成單一扇形控制網絡，在網絡中計算對從站PLC進行編程、操控顯示、監控等操作，而多臺PLC負責執行計算機傳輸的指令任務，并將執行過程、結果數據反饋給主站計算，計算機與PLC之間通過RS-232接口標準連接，當遠距離通信時可將RS-232接口變換為并行接口進行進行數據傳輸。

多級互聯網絡構建，通常以金字塔形式對網絡進行逐級構建，根據實現功能不同網絡層數、傳輸形式均有所不同，在實際應用中一般采用3～4級網構形式，在構建中可增加互聯形式，每級結構均有計算機與PLC連接組成，在多級互聯網絡構建中層級主站一般設定PLC執行，通常采用計算機負責判斷運算以及指令發出和層級間的互聯信息傳遞，PLC僅進行指令執行、反饋，而頂層網絡對整個計算機PLC互聯網構進行管理或與其他網絡進行互聯。

3 PLC網絡的常用通信方式

PLC網絡各層級間的通信過程是依照通信協議決定的，而通信方式包括數據傳送方式和訪問控制方式，所謂訪問控制就是數據存取控制方式，是指通信介質使用權分配控制方式，而數據傳送方式是在獲得通信介質使用權后對數據傳送、接收的控制方式。其主要包括周期I/O通信方式、全局I/O通信方式、主從總線通信方式、浮動主站通信方式、CSMA/CD通信方式、令牌總線通信方式等。

4 西門子S7-200系列PLC的網絡通信模式

在工業控制系統中通常采用西門子S7-200系列PLC進行網絡通信，其支持多種通信協議，主要有：（1）點對點接口協議（PPI），用PPI協議進行PLC通信網絡連接中，采用一根PC/PPI電纜，將計算機與PLC連接在一個網絡中，PLC之間的連接則通過網絡連接器來完成，也可將人機界面（HMI）設備與PLC相連，計算機或HMI設備設定為主站。在這兩個網絡中，S7-200 CPU是從站，響應來自主站的要求。（2）多點接口協議（MPI），是集成在西門子公司的PLC、操作員界面和編程器上的集成通信接口，用于建立小型的通信網絡，是一種比較簡單的通信方式。MPI協議可以是主/主協議或主/從協議。（3）Profibus總線協議是一種開放式現場總線系統，符合歐洲標準和國際標準。Profibus協議是用于分布式I/O設備（遠程I/O）的高速通信，可以使用不同廠家的PROFIBUS設備，許多廠家生產類型眾多的PROFIBUS設備，如簡單的輸入/輸出模塊、電機控制器和PLC等。（4）TCP/IP協議利用通信處理器，可以將S7-200系統連接到工業以太網（IE）中。通過工業以太網，一臺S7-200 CPU可以與另一臺S7-200、S7-300或S7-400 CPU進行通信，也可與OPC服務器及PC機進行通信。還可以通過CP-243-1 IT通信處理器的IT功能，非常容易與其他計算機以及控制器系統交換文件。

5 PLC通信技術的實際應用

PLC通信技術目前利用低壓配電網絡基礎設施構建組成，通信節點設置靈活性較強，且利用現有資源可保證數據傳輸的穩定性、可靠性，另需投入資源較少，且由于PLC技術的廣泛使用，PLC通信網絡將不斷擴大，因此此項技術將會有較大的發展空間。但是由于網絡拓撲技術的地域性差別，導致電力結構復雜，不可控因素較多，因此如何對通信網絡結構優化是有待解決的問題。

結語

隨著PLC控制技術的不斷提高、完善，越來越多的設備采用PLC進行遠程控制，對PLC與外部設備通信能力提出更高的要求，因此不斷研究、發展PLC通信技術來提高工業自動化控制水平，為設備運行提供更有力保障。

參考文獻

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