基于PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)通信技術(shù)問(wèn)題思考

摘 要：自動(dòng)化技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展主要推動(dòng)力，而自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展離不開通信技術(shù)的發(fā)展，基于PLC的現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)通信技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。本文基于PLC的研究，探討了自動(dòng)化生產(chǎn)線上的通信技術(shù)。

關(guān)鍵詞：PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng);通信技術(shù);思考

信息技術(shù)、通信技術(shù)以及控制技術(shù)的整合發(fā)展，引起了自動(dòng)化技術(shù)的深度改革，信息技術(shù)正在迅速覆蓋到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各層設(shè)備上。為了更好實(shí)現(xiàn)幾點(diǎn)一體化，優(yōu)化基于PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)通信，是現(xiàn)階段自動(dòng)化流水線應(yīng)解決的通訊問(wèn)題。

1 可編程序控制器（PLC）概述

可編程序控制器（Programmable Logic Controller），也叫可編程序邏輯控制器，因?yàn)樵谄湓缙谟猛臼情_關(guān)的邏輯控制。可編程序控制器的核心是微處理器，同時(shí)融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及通信技術(shù)，是一種現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它的優(yōu)點(diǎn)包括體積小、易于編程、功能豐富、抗干擾能力強(qiáng)、靈活性強(qiáng)、可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)單等。可編程序控制器已經(jīng)在現(xiàn)代工業(yè)中廣泛應(yīng)用，是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制的支柱之一。

1.1 可編程序控制器的定義

根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1987年對(duì)PLC的定義可知：可編程序控制器是一種數(shù)字化的電子運(yùn)算操作系統(tǒng)，主要應(yīng)用于工業(yè)中。可編程序控制器采用可編程的存儲(chǔ)器，從而在其內(nèi)存中執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序調(diào)整、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)以及算數(shù)運(yùn)算等操作，并通過(guò)數(shù)字化、模擬化的方式輸出，進(jìn)而控制機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)。可編程序控制器和其相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)原則是：與工業(yè)控制系統(tǒng)相結(jié)合。

1.2 可編程序控制器的工作原理

PLC通過(guò)循環(huán)掃描來(lái)進(jìn)行工作，一個(gè)工作流程包含5個(gè)階段，分別是：內(nèi)部處理階段、與編程器的通信階段、輸入掃描階段、程序執(zhí)行階段、輸出階段。當(dāng)PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，會(huì)執(zhí)行所有的5各階段，當(dāng)PLC處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，僅會(huì)執(zhí)行前兩個(gè)階段，此時(shí)可進(jìn)行通信處理。

可編程序控制器的輸入掃描階段、程序執(zhí)行階段、輸出階段的處理原理是：編程人員通過(guò)控制器上的按鍵進(jìn)行編程，輸入電路會(huì)將掃描輸入信息并存入輸入映像寄存器中，之后執(zhí)行程序，輸出電路將掃描執(zhí)行結(jié)果，同時(shí)存入輸出映像寄存器，最終輸出到可視化界面上。

可編程序控制器工作特點(diǎn)是可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。但是，其缺點(diǎn)也比較明顯，包括響應(yīng)慢、執(zhí)行慢等。因此可以說(shuō)PLC是靠降低運(yùn)行速度來(lái)獲得高可靠性的。

2 PLC網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)研究

2.1 PPI通信技術(shù)

西門子生產(chǎn)的PLC支持PPI協(xié)議、MPI協(xié)議等通信方式，比如西門子S7-200，其CPU支持PPI協(xié)議，也是默認(rèn)的通信方式。

PPI通信協(xié)議是一種主站對(duì)從站的協(xié)議，主、從兩站都在同一令牌環(huán)網(wǎng)中，當(dāng)主站檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境良好時(shí)，會(huì)接受令牌，以此向網(wǎng)絡(luò)上其他從站發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)PPI網(wǎng)絡(luò)通信，這就意味著僅需進(jìn)行主站側(cè)的通信編程。當(dāng)主站向從站發(fā)出請(qǐng)求和指令時(shí)，從站會(huì)進(jìn)行相應(yīng)，從站不會(huì)主動(dòng)響應(yīng)，盡在主站發(fā)出請(qǐng)求或輪詢是在會(huì)響應(yīng)。

PPI協(xié)議構(gòu)件的主站網(wǎng)絡(luò)數(shù)量上限是32個(gè)，在主站與從站通信中，PPI協(xié)議不會(huì)限制同時(shí)與一個(gè)從站通信的主站數(shù)量。然而，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)主站時(shí)，令牌傳遞時(shí)會(huì)進(jìn)行主站站號(hào)的檢測(cè)，因此過(guò)高的主站站號(hào)不利于信息傳遞。在添加一個(gè)新主站時(shí)，至少要經(jīng)過(guò)兩個(gè)令牌傳遞后才能建立網(wǎng)絡(luò)，接收令牌，在PPI網(wǎng)絡(luò)中，沒(méi)有接收令牌的主站可以視為從站，從而響應(yīng)其他主站。

2.2 PROFIBUS通信技術(shù)

PROFIBUS是一種應(yīng)用范圍比較廣的開放數(shù)字通信系統(tǒng)，是分散自動(dòng)化系統(tǒng)的朱啊喲表現(xiàn)。現(xiàn)階段，PROFIBUS已被應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化（汽車制造、設(shè)備制造等）、過(guò)程自動(dòng)化（石油產(chǎn)業(yè)、化工產(chǎn)業(yè)等）、樓宇自動(dòng)化（空調(diào)供熱等）、交通自動(dòng)化以及輸入自動(dòng)化等行業(yè)。PROFIBUS能傳遞設(shè)備之間（傳感器、執(zhí)行器等）的數(shù)據(jù)信息，從而完成控制網(wǎng)絡(luò)中的各項(xiàng)任務(wù)。

實(shí)質(zhì)上，PROFIBUS是一種RS-485串口通訊，同時(shí)包含PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三種子通訊模式。RS-485串口通訊連接方式簡(jiǎn)單，串口上的節(jié)點(diǎn)可以任意添加減少，不會(huì)影響其他節(jié)點(diǎn)的操作，其傳輸特征包括：傳輸介質(zhì)是屏蔽雙絞電纜，每段節(jié)點(diǎn)在不帶中繼器的情況下上限為32個(gè)，帶中繼器可以達(dá)到127個(gè)，插頭連接器使用的是9針D副插頭連接器。

PROFIBUS適用于高速傳輸，其信號(hào)傳輸距離取決于傳輸速度。當(dāng)電磁干擾較大時(shí)，可以選擇光纖作為PROFIBUS信號(hào)傳輸載體，以提高最大傳輸距離。

2.3 PROFIBUS-DP通信技術(shù)

PROFIBUS-DP主要是為自動(dòng)控制系統(tǒng)以及設(shè)備級(jí)分散輸入輸出之間的通信模式而設(shè)計(jì)的，即分布式控制系統(tǒng)設(shè)備的高速數(shù)據(jù)傳輸。PROFIBUS-DP可以實(shí)現(xiàn)DP主站和從站之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)進(jìn)行對(duì)從站的組態(tài)檢查，實(shí)現(xiàn)三級(jí)信息診斷，保證數(shù)據(jù)的同步輸入或輸出。此外，能通過(guò)總線分配DP從站地質(zhì)，配置DP主站的DPM1。

PROFIBUS-DP不僅支持多主站系統(tǒng)，也允許單主站構(gòu)成主站系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)配置組態(tài)的靈活度。在通信方面，PROFIBUS-DP一方面可以實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，另一方面可以實(shí)現(xiàn)廣播形式的從站指令控制，在DPM1與DP從站之間有三個(gè)數(shù)據(jù)傳輸階段：參數(shù)設(shè)定、組態(tài)配置、數(shù)據(jù)交換。

3 基于PLC的自動(dòng)化系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)思路

3.1 設(shè)計(jì)思想

PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是符合現(xiàn)代工業(yè)控制通信理念的，而且PROFIBUS-DP不僅結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，傳輸速度較高，比較適合PLC與分散的現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備之間進(jìn)行通信。具體的設(shè)計(jì)思路可以概括為：擬定現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的技術(shù)條件;選定電氣傳動(dòng)心事、電機(jī)、電磁閥等執(zhí)行設(shè)備;選定PLC型號(hào);確定通信方式;編制PLC的I/O端子接線圖;根據(jù)要求的編程語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì);優(yōu)化PLC界面的UI設(shè)計(jì)。

3.2 設(shè)計(jì)方案

擬定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)條件，分析控制要求，這是整個(gè)工程控制通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)。確定I/O設(shè)備與PLC硬件的配置，設(shè)置好I/O點(diǎn)。

繪制流程圖和設(shè)備安裝圖。流程圖指導(dǎo)程序設(shè)計(jì)的梯形圖設(shè)計(jì)，之后將設(shè)計(jì)好的程序深入PLC進(jìn)行軟件測(cè)試，對(duì)測(cè)試中出現(xiàn)的BUG進(jìn)行程序修改;設(shè)備安裝圖指導(dǎo)控制通信系統(tǒng)設(shè)備的安裝，之后對(duì)照安裝圖記性連線，安裝主站、從站，所有設(shè)備安裝完成后進(jìn)行通信測(cè)試。

軟件和通信全部就緒后進(jìn)行整體測(cè)試，測(cè)試控制通信系統(tǒng)能否正常工作，是否符合控制要求和通信要求，不合格的要重新進(jìn)行第二部的修改，整體測(cè)試通過(guò)后可以交付使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)通信技術(shù)的核心是PLC的選擇，不同PLC支持的通信協(xié)議不同，因此相應(yīng)的控制通信系統(tǒng)也有一定差別。現(xiàn)階段的現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)仍存在不足，PLC相關(guān)的組態(tài)軟件研究也不夠深入，通信協(xié)議不互通，這些都是未來(lái)自動(dòng)化控制系統(tǒng)通信技術(shù)應(yīng)解決的問(wèn)題。

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作者簡(jiǎn)介：

趙軍明（1974- ），男，山西平定人，助理工程師，主要從事工業(yè)企業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)改造工作。