基于PLC技術(shù)對通信網(wǎng)絡(luò)的研究

劉洋

摘 要：本文通過對PLC控制技術(shù)的理論說明，研究實(shí)現(xiàn)PLC網(wǎng)絡(luò)通信方法并加以論述，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用確定此項(xiàng)技術(shù)的研究方向。

關(guān)鍵詞：PLC控制技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)通信；通信方式；網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 概述

可編程控制器PLC（Programmable logic Controller）是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展起來的一種數(shù)字邏輯運(yùn)算控制裝置。由于PLC無法單獨(dú)構(gòu)建系統(tǒng)完成對設(shè)備的控制、管理、監(jiān)控，且無法進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算以及進(jìn)行人機(jī)交互。因此隨著PLC技術(shù)部不斷改進(jìn)、創(chuàng)新，從單一控制轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣刂?，使PLC與設(shè)備之間、計(jì)算機(jī)與PLC之間達(dá)到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信，因此構(gòu)成控制系統(tǒng)的PLC也面臨著高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信功能要求。

1 數(shù)據(jù)通信

通過以資源共享為目的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)形成，開辟了計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)新領(lǐng)域，通信網(wǎng)絡(luò)融入工業(yè)、生活、金融等行業(yè)設(shè)備中。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要任務(wù)是把不同區(qū)域位置、不同的數(shù)字設(shè)備通過信息化連接起來，高效、準(zhǔn)確地完成數(shù)據(jù)的處理、交換和傳送任務(wù)。 在工業(yè)控制系統(tǒng)中無論是計(jì)算機(jī)，還是PLC、變頻器及其他控制器都是數(shù)字化設(shè)備，它們之間交換的信息通過二進(jìn)制“0”和“1”的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析、傳遞。而PLC作為承上啟下的控制設(shè)備，必然要求具有數(shù)據(jù)通信功能。

為使得數(shù)據(jù)通信能夠通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)用化，因此國際對通信方式進(jìn)行統(tǒng)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(gè)字符的各數(shù)位用幾條線同時(shí)進(jìn)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(shù)據(jù)傳輸率較高的場合。串行通信是將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占一個(gè)固定的時(shí)間長度，這種情況只要少數(shù)幾條線就可以在控制系統(tǒng)中進(jìn)行信息交換，通常用于遠(yuǎn)距離通信，但傳輸速度比較慢，對于多通信系統(tǒng)連接形式方法，如圖1所示。

2 PLC通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

對于PLC所構(gòu)建的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)按其規(guī)模大小、控制環(huán)境以及地域影響分為單級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)和多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

單級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建主要是指以設(shè)定某一計(jì)算機(jī)為主站，連接多臺(tái)PLC控制器，并將其設(shè)定為從站，一臺(tái)計(jì)算機(jī)對多臺(tái)PLC進(jìn)行控制，組成單一扇形控制網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算對從站PLC進(jìn)行編程、操控顯示、監(jiān)控等操作，而多臺(tái)PLC負(fù)責(zé)執(zhí)行計(jì)算機(jī)傳輸?shù)闹噶钊蝿?wù)，并將執(zhí)行過程、結(jié)果數(shù)據(jù)反饋給主站計(jì)算，計(jì)算機(jī)與PLC之間通過RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)連接，當(dāng)遠(yuǎn)距離通信時(shí)可將RS-232接口變換為并行接口進(jìn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，通常以金字塔形式對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行逐級(jí)構(gòu)建，根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能不同網(wǎng)絡(luò)層數(shù)、傳輸形式均有所不同，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用3～4級(jí)網(wǎng)構(gòu)形式，在構(gòu)建中可增加互聯(lián)形式，每級(jí)結(jié)構(gòu)均有計(jì)算機(jī)與PLC連接組成，在多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中層級(jí)主站一般設(shè)定PLC執(zhí)行，通常采用計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)判斷運(yùn)算以及指令發(fā)出和層級(jí)間的互聯(lián)信息傳遞，PLC僅進(jìn)行指令執(zhí)行、反饋，而頂層網(wǎng)絡(luò)對整個(gè)計(jì)算機(jī)PLC互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)進(jìn)行管理或與其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)。

3 PLC網(wǎng)絡(luò)的常用通信方式

PLC網(wǎng)絡(luò)各層級(jí)間的通信過程是依照通信協(xié)議決定的，而通信方式包括數(shù)據(jù)傳送方式和訪問控制方式，所謂訪問控制就是數(shù)據(jù)存取控制方式，是指通信介質(zhì)使用權(quán)分配控制方式，而數(shù)據(jù)傳送方式是在獲得通信介質(zhì)使用權(quán)后對數(shù)據(jù)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(dòng)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(wǎng)絡(luò)通信模式

在工業(yè)控制系統(tǒng)中通常采用西門子S7-200系列PLC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，其支持多種通信協(xié)議，主要有：（1）點(diǎn)對點(diǎn)接口協(xié)議（PPI），用PPI協(xié)議進(jìn)行PLC通信網(wǎng)絡(luò)連接中，采用一根PC/PPI電纜，將計(jì)算機(jī)與PLC連接在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，PLC之間的連接則通過網(wǎng)絡(luò)連接器來完成，也可將人機(jī)界面（HMI）設(shè)備與PLC相連，計(jì)算機(jī)或HMI設(shè)備設(shè)定為主站。在這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，S7-200 CPU是從站，響應(yīng)來自主站的要求。（2）多點(diǎn)接口協(xié)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(wǎng)絡(luò)，是一種比較簡單的通信方式。MPI協(xié)議可以是主/主協(xié)議或主/從協(xié)議。（3）Profibus總線協(xié)議是一種開放式現(xiàn)場總線系統(tǒng)，符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)。Profibus協(xié)議是用于分布式I/O設(shè)備（遠(yuǎn)程I/O）的高速通信，可以使用不同廠家的PROFIBUS設(shè)備，許多廠家生產(chǎn)類型眾多的PROFIBUS設(shè)備，如簡單的輸入/輸出模塊、電機(jī)控制器和PLC等。（4）TCP/IP協(xié)議利用通信處理器，可以將S7-200系統(tǒng)連接到工業(yè)以太網(wǎng)（IE）中。通過工業(yè)以太網(wǎng)，一臺(tái)S7-200 CPU可以與另一臺(tái)S7-200、S7-300或S7-400 CPU進(jìn)行通信，也可與OPC服務(wù)器及PC機(jī)進(jìn)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(jì)算機(jī)以及控制器系統(tǒng)交換文件。

5 PLC通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

PLC通信技術(shù)目前利用低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建組成，通信節(jié)點(diǎn)設(shè)置靈活性較強(qiáng)，且利用現(xiàn)有資源可保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、可靠性，另需投入資源較少，且由于PLC技術(shù)的廣泛使用，PLC通信網(wǎng)絡(luò)將不斷擴(kuò)大，因此此項(xiàng)技術(shù)將會(huì)有較大的發(fā)展空間。但是由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)的地域性差別，導(dǎo)致電力結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不可控因素較多，因此如何對通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化是有待解決的問題。

結(jié)語

隨著PLC控制技術(shù)的不斷提高、完善，越來越多的設(shè)備采用PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，對PLC與外部設(shè)備通信能力提出更高的要求，因此不斷研究、發(fā)展PLC通信技術(shù)來提高工業(yè)自動(dòng)化控制水平，為設(shè)備運(yùn)行提供更有力保障。

參考文獻(xiàn)

[1]丁莉君，鄧莎萍.淺談PLC通信技術(shù)[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2007（29）：64-66.

[2]張研.PLC通信技術(shù)[J].西部廣播電視，2015（14）：250.

[3]雷霖.PLC通信技術(shù)及其應(yīng)用研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，1999（5）：25-27.