基于PLC自動化控制系統的通信技術探究

張彬 朱麗麗

摘要：基于PLC的基礎自動化控制系統主要由PLC（可編程序控制器）、過程檢測儀表、HMI（人機接口設備）等組成，是直接面向生產過程設備控制的基礎自動化系統。PLC自動化控制系統的主要任務是：狀態檢測、數據采集、數值給定、控制運行、故障診斷和人機接口，其最大的優點是能夠在不改變電氣系統硬件的情況下按生產過程需要對PLC進行具體編程實現不同控制邏輯的自動化生產運行，減少了在生產過程中對電氣系統的人工操作。基于其顯著優勢，PLC自動化控制系統在現代工業生產過程中得到了的廣泛的應用。而一個實用、穩定的PLC自動化控制系統應是綜合考慮設計的，個人總結有如下幾點想法。

關鍵詞：自動化;PLC;電磁干擾

引言

基于PLC的自動化控制生產線，主要包括自動送料、物料加工、產品裝配、定向輸送、快速分揀五道工序。這些工序之間有著密切的邏輯關系，為保證前后兩道工序緊密銜接，必須提高PLC的響應速率和控制水平。而通信系統通過影響信號傳遞速度，進而直接決定了PLC接收信號的時效。因此，要想提高工業自動化控制水平，必須要對PLC自動化控制系統的通信技術上進行創新、優化。

1PLC自動化控制系統

PLC自動控制系統是目前控制系統中最為重要的組成部分，它的運行質量決定著企業整個生產系統的運行質量，對于企業整體的運行有著至關重要的作用，如果在PLC自動控股系統的運行過程中出現問題，就會導致整個生產系統無法正常運轉，從而導致企業相關系統陷入癱瘓。PLC自動控制系統的運行程序需要專業的技術人員進行編程，同時要對整個系統進行詳細的檢查，并且要根據企業的實際需要，對PLC自動控制系統中的數據進行調整。通信技術在PLC自動化技術中的應用可以進行人為的選擇，其中目前使用比較多的是西門子57--200系列，該技術是在實際的應用工程中已經充分的展現了其特有的優勢，它的中央處理器可以滿足系統當中不同接口的需求，同時也支持現場總線的技術要求。

2基于PLC自動化控制系統的通信技術探究

2.1PPI通信技術

PPI通信技術是西門子S7-200系列PLC中最基礎的通信方式，其實現通信依靠的是PORT0或PORT1端口。這里的PPI是指主站-從站協議。由于主、從站存在于同一令牌環網中，因此，主站通過接收令牌來獲得向其他從站發指令的權限，從而形成1個PPI網絡。在該協議下，主站是請求與指令的發出者，從站則是相應者。以PPI為基礎構建的主站網絡最多可以支持32個主站，所有主站都通過PPI協議所管理的連接來進行與從站的通信。在同一網絡中，主站如果沒有接收令牌，則與從站一樣，也可以對其他主站進行響應。其中主站設備主要包括自帶系統的編程設備、觸摸面板以及文本現實等HMI設備。從站設備則主要有CPU和擴展機架等。對S7-200來說，其從站由于包括CPU，因此，在用戶程序為PPI主站模式的情況下，其從站也可以充當主站，進而獲取讀取或寫入其他CPU數據的權限。此外，在PPI通信技術中還有1種更高級的PPI協議，即在網絡設備間建立邏輯連接的協議。但該協議所支持的設備是十分有限的。在S7-200CPU中，僅有EM277模塊可以支持該協議。PPI的傳輸速率一般在1.2kbps～115.2kpbs。PPI在網絡組態的構建上主要以PROFIBUS標準為基礎，以總線型拓撲為基本結構形式。實踐中，企業可以根據需求建設不同的PPI網絡，例如單主站PPI網絡、多主站PPI網絡以及復雜PPI網絡等。

2.2合時合理系統化地選擇PLC

基礎自動化控制系統中的PLC技術成熟，產品品牌種類繁多，市面上推廣做的較好的有AB、施耐德、西門子、歐母龍等等這些國外品牌。通過市場和技術實踐，同檔次的PLC技術性能基本相當，個人認為品牌并不重要，設計時更為關鍵的是合時、合理、系統化地選擇推薦可編程控制器。合時：隨著計算機技術的飛速發展，PLC產品也在更新換代，有的產品正逐漸退出市場，由于這種信息表現的不是很明顯，所以設計人員不能第一時間掌握，例如AB的SLC500系列、施耐德的Premium系列已經退出市場，因此設計人員應根據當下市場現行的產品進行推薦選擇，提高設計的時效性。合理：PLC有大型、中型、小型三個檔次的選擇，每個檔次所能配置的模塊數量不同、內存容量不同、程序運行響應時間不同。一般來說，大型PLC在這些方面都占有很大的優勢，但大型PLC造價也相對要高很多。如果不是一個連續協調性非常強的大系統，建議將大型系統分解成多個中型和小型的PLC子站通過通訊協調來完成，在節約成本的同時也可以分散控制系統的風險，布線也相對簡單明了。系統化：有很多的項目需要分階段設計和實施，為有助于減少備品備件的種類和數量，降低操作人員和管理人員的強度和難度，建議前期設計時不考慮即將換代的產品，后期工程設計應根據前期自動化系統選擇推薦同品牌同系列產品。現在各個廠家對這種前后期工程也有相對應的解決方案，如果后期工程設計時，前期工程的PLC已經退市了，設計人員應主動和前期工程PLC產廠聯系，合時合理配置PLC。

2.3PROFIBUS通信協議

PROFIBUS通信協議的研究需要從物理、網絡連接以及數據鏈路層等方面進行分析。其中PROFIBUS的物理層主要采用RS-485物理連接的方式進行連接，例如DP與FMS都采用該種連接方式。同時RS-485又采用平衡差分傳輸的方式。同時PROFIBUS中RS-485總線段結構中利用有屏蔽層的雙絞電纜來傳輸相同大小但方向相反的信號，該方式可以有效降低環境噪聲對信號的影響。基于該物理連接所構建出的拓撲結構，其單一網段最大可接入32臺設備，且網段距離最高可達1200m。同時其傳輸速率可以在9.6Kb/s～12Mb/s進行自由選擇。PROFIBUS數據鏈路層以OSI參考模型為基礎，對總線存取控制、數據安全、傳輸協議以及報文處理等進行規定，進而建立、維持及拆除鏈路連接，最終保證傳輸的準確性。

結語

PLC在工業自動化控制方面有著廣泛運用，但是由于工業生產現場環境復雜，加上對系統運行的時效性、協調性等均有較高要求，這就需要對通信技術進行改良和創新。從實踐來看，基于Profibus通信技術的PLC自動化控制系統，顯著提高了通信效率，解決了指令丟失、響應延遲的問題，對進一步提高PLC自動化控制系統的實用效果有良好作用。

參考文獻

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