基于PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的通信技術(shù)探究

張海韻

[摘? ? 要]對(duì)基于PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的通信技術(shù)進(jìn)行了分析，在具體分析中，從主要功能程序設(shè)計(jì)和通信技術(shù)應(yīng)用方面進(jìn)行了論述。以此來解決PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用中的通信問題，讓通信技術(shù)在PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)中得以良好應(yīng)用;并為此類系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域中的良好應(yīng)用與發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]工業(yè)生產(chǎn);PLC;自動(dòng)化控制系統(tǒng);通信技術(shù)

[中圖分類號(hào)]TP273;TN91 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）10–00–02

Research on Communication Technology Based on PLC Automation Control System

Zhang Hai-yun

[Abstract]The communication technology based on PLC automation control system is analyzed. In the specific analysis， the main function programming and communication technology application are discussed. In order to solve the communication problem in the application of PLC automatic control system， the communication technology can be well applied in the PLC automatic control system; and to lay a solid foundation for the good application and development of such systems in the industrial field.

[Keywords]industrial production; PLC; automatic control system; communication technology

在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，通信系統(tǒng)的好壞會(huì)對(duì)信息傳遞速度與質(zhì)量造成直接影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)PLC信號(hào)接收的時(shí)效性起到?jīng)Q定性作用。因此，在具體的PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)中，技術(shù)人員一定要對(duì)通信技術(shù)做到足夠重視，通過通信技術(shù)的良好應(yīng)用確保PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

1 項(xiàng)目概況

本次所研究的是某機(jī)械生產(chǎn)制造企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上的PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)。在該自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主站中，控制器應(yīng)用的PLC為西門子公司所研發(fā)的S7-315-2DP型設(shè)備;在系統(tǒng)從站中，控制器應(yīng)用的PLC為西門子公司所研發(fā)的S7-200型設(shè)備。該系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線所應(yīng)用的通信方式為Profibus。文章就是對(duì)該P(yáng)LC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的通信技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了分析。

2 PLC及其通信需求概述

2.1 PLC概述

PLC是一種可編程形式的邏輯運(yùn)算控制器。該裝置及其技術(shù)在當(dāng)今的工業(yè)領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。具體應(yīng)用中，PLC可以對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制，包括連接主站控制、從站控制和各個(gè)系統(tǒng)接入點(diǎn)的控制等，進(jìn)而達(dá)到整體工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制效果。

2.2 PLC通信需求概述

在通過PLC對(duì)工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制的過程中，其信息的及時(shí)發(fā)送和接收是一項(xiàng)首要內(nèi)容。基于此，在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，應(yīng)借助相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送與接收。在此過程中，應(yīng)借助相應(yīng)的程序設(shè)置保障各種信息傳輸效果。就目前來看，在該程序的具體應(yīng)用中，其構(gòu)成形式主要有兩種：①廠家在系統(tǒng)出廠后將相應(yīng)的應(yīng)用程序設(shè)置在其內(nèi)部;②企業(yè)按照實(shí)際生產(chǎn)需求在系統(tǒng)應(yīng)用中對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)置。具體設(shè)置中，最重要的一項(xiàng)內(nèi)容就是確保程序的穩(wěn)定性，這樣才可以達(dá)到良好的通信效果，有效確保工業(yè)生產(chǎn)的安全穩(wěn)定進(jìn)行;并進(jìn)一步確保產(chǎn)品的良好品質(zhì)，滿足用戶實(shí)際應(yīng)用需求，為用戶帶來最佳的應(yīng)用體驗(yàn)。同時(shí)，在具體的生產(chǎn)過程中，通過PLC的應(yīng)用，也可以讓用戶按照其實(shí)際的需求對(duì)相應(yīng)的程序進(jìn)行調(diào)整和控制，讓實(shí)際生產(chǎn)需求以及生產(chǎn)條件的變化得到及時(shí)有效的應(yīng)對(duì)，以此適應(yīng)生產(chǎn)廠家的實(shí)際生產(chǎn)與應(yīng)用需求，確保工業(yè)生產(chǎn)的靈活性。

3 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要程序功能設(shè)計(jì)分析

3.1 主程序功能設(shè)計(jì)

PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主程序?yàn)镺BI搬運(yùn)站在該系統(tǒng)開啟后，其主程序會(huì)率先啟動(dòng)，并在一次程序完成后繼續(xù)進(jìn)行下一次程序的循環(huán)，一直到接收到終止命令為止。在主程序的執(zhí)行過程中，PLC將發(fā)送全局?jǐn)?shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會(huì)借助BOI一側(cè)朝著各個(gè)搬運(yùn)子程序、急停程序以及加工站程序等傳遞。在此過程中，主程序也會(huì)借助時(shí)間監(jiān)視器監(jiān)測(cè)大掃描所用的時(shí)間，并向PLC實(shí)時(shí)傳遞監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。本次設(shè)計(jì)中，將系統(tǒng)的最大掃描時(shí)間設(shè)置為200 ms，如果實(shí)際掃描中所用時(shí)間超過了這個(gè)限值，則表明該系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢，需重新對(duì)其進(jìn)行校正處理[1]。

3.2 啟動(dòng)中斷程序功能設(shè)計(jì)

該P(yáng)LC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中設(shè)置了暖啟動(dòng)、熱啟動(dòng)、冷啟動(dòng)3種啟動(dòng)模式。在系統(tǒng)通電之后，模式選擇器將會(huì)按照預(yù)設(shè)的指令在以上3種模式中自動(dòng)選擇一種來完成啟動(dòng)。在程序執(zhí)行期間，如果出現(xiàn)了時(shí)間錯(cuò)誤，程序便會(huì)自動(dòng)中斷，在做好時(shí)間校準(zhǔn)之后才會(huì)繼續(xù)返回上級(jí)程序，并對(duì)啟動(dòng)模式重新進(jìn)行選擇，最后再一次恢復(fù)正常運(yùn)行。

3.3 功能程序設(shè)計(jì)

根據(jù)該企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需求，本次設(shè)計(jì)的主要功能程序包括送料站、加工站、裝配站以及落料站等。在對(duì)這些程序進(jìn)行編寫的過程中，為實(shí)現(xiàn)編程人員操作的便利性，應(yīng)用了西門子公司所提供的面向該公司的PLC用戶編程操作指令庫。具體應(yīng)用中，用戶可直接對(duì)相關(guān)指令進(jìn)行調(diào)用，以此來實(shí)現(xiàn)編程操作的進(jìn)一步簡(jiǎn)化。例如：IN代表輸入?yún)?shù)指令;OUT代表輸出參數(shù)指令;STAT代表靜態(tài)參數(shù)指令。

4 通信技術(shù)在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，因?yàn)槲鏖T子公司所研發(fā)的S7系列PLC設(shè)備可以對(duì)多種通信模式提供支持，包括現(xiàn)場(chǎng)總線（profibus）、多點(diǎn)接口（MPI）以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口（PPI）等;所以在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)用到了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口通信協(xié)議以及現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)。

4.1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口通信協(xié)議的應(yīng)用

在S7系列的PLC中，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信協(xié)議最為常用，其信息的收發(fā)可直接借助PLC中原有的通信端口來實(shí)現(xiàn)。就本質(zhì)而言，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議為主從協(xié)議形式，可以對(duì)一級(jí)主站和二級(jí)主站提供支持，使其和各個(gè)從站之間進(jìn)行信息傳遞。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，系統(tǒng)主程序首先會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)占用情況進(jìn)行判斷，如果網(wǎng)絡(luò)處于暢通狀態(tài)，主程序就會(huì)立即進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)的建立，并將這個(gè)網(wǎng)絡(luò)自主站作為基礎(chǔ)，將相應(yīng)的請(qǐng)求指令發(fā)送到從站[2]。在從站響應(yīng)之后，便會(huì)將點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)作為依托來實(shí)現(xiàn)主站和從站之間的通信。在本次所應(yīng)用的PLC中，雖然僅提供了PORT0和PORT1這兩個(gè)通信端口，但是以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)的主站從站通信網(wǎng)絡(luò)最多可以建立32個(gè)，可充分滿足該自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用過程中的實(shí)際通信需求。

同時(shí)，該P(yáng)LC中的高級(jí)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信協(xié)議也可以為各個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的聯(lián)系建立提供支持，但每一臺(tái)設(shè)備能夠連接的設(shè)備數(shù)量比較有限。表1是該系統(tǒng)PLC中各個(gè)模塊對(duì)于設(shè)備連接數(shù)量的支持情況。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線通信系統(tǒng)具有開放式特征，它在當(dāng)今的樓宇自動(dòng)化以及工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。相比較點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信技術(shù)而言，該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以在更加復(fù)雜的通信任務(wù)中具有良好的適應(yīng)性，且能夠?qū)?fù)雜網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的信息堵塞問題加以有效解決，以此實(shí)現(xiàn)整體PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)通信能力的顯著提升。因此，在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)中，將現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)用作備用通信模式。圖1是該系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議結(jié)構(gòu)示意圖。

由圖1可知，現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議中有5個(gè)主要層次，其中人機(jī)交互界面屬于頂層，借助于這一層次，用戶可進(jìn)行相關(guān)控制指令的手動(dòng)輸入，可進(jìn)行各種運(yùn)行數(shù)據(jù)的調(diào)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行情況與生產(chǎn)進(jìn)度的實(shí)時(shí)掌握[3]。應(yīng)用層主要按基本功能以及擴(kuò)展功能進(jìn)行劃分，并進(jìn)行了用戶DP接口的提供。3～6層的概念并未定義，具體應(yīng)用中，用戶可根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需求進(jìn)行自主定義，同時(shí)也可以用來進(jìn)行后續(xù)的功能擴(kuò)展。數(shù)據(jù)鏈路層中的主要組成部分是現(xiàn)場(chǎng)總線中的所有數(shù)據(jù)鏈路，同時(shí)也為系統(tǒng)進(jìn)行了IEC接口提供，借助于IEC接口，可以讓現(xiàn)場(chǎng)總線與各個(gè)從站中的設(shè)備之間建立起良好的通信連接。物理層的主要組成部分是RS-485型光纖，其主要的光纖參數(shù)如表2所示。

在通過現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議進(jìn)行PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的通信過程中，為達(dá)到良好的通信效果，可以對(duì)起始定界符以及結(jié)束定界符加以合理應(yīng)用，并對(duì)各個(gè)字節(jié)做好奇偶校驗(yàn)，這樣便可進(jìn)一步提升通信數(shù)據(jù)可靠性。

5 結(jié)束語

在當(dāng)今的工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展中，PLC自動(dòng)化控制線系統(tǒng)發(fā)揮著不可或缺的作用。而作為整個(gè)系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)與控制指令的傳輸媒介，通信系統(tǒng)的應(yīng)用質(zhì)量將會(huì)對(duì)整體PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果產(chǎn)生決定性作用。因此，在對(duì)此類系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用和研究的過程中，相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員一定要加強(qiáng)其中的通信技術(shù)研究，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需求，結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)相應(yīng)的通信技術(shù)進(jìn)行合理選擇與應(yīng)用。通過這樣的方式，才可以滿足系統(tǒng)運(yùn)行中的實(shí)際通信需求，促進(jìn)PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域中的良好應(yīng)用與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 張玉伽.通信技術(shù)在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2021（6）：113-114.

[2] 高專科.對(duì)基于PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的通信技術(shù)分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2021（1）：4-6.

[3] 王兆遠(yuǎn).淺議PROFIBUS通信技術(shù)在PLC冶金自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子測(cè)試，2020（9）：90-91.