基于PLC技术对通信网络的研究

刘洋

摘 要：本文通过对PLC控制技术的理论说明，研究实现PLC网络通信方法并加以论述，根据实际应用确定此项技术的研究方向。

关键词：PLC控制技术；网络通信；通信方式；网络构建

中图分类号：TM76 文献标志码：A

0 概述

可编程控制器PLC（Programmable logic Controller）是一种以计算机技术和自动控制技术发展起来的一种数字逻辑运算控制装置。由于PLC无法单独构建系统完成对设备的控制、管理、监控，且无法进行复杂的运算以及进行人机交互。因此随着PLC技术部不断改进、创新，从单一控制转变为多元化控制，使PLC与设备之间、计算机与PLC之间达到远程数据通信，因此构成控制系统的PLC也面临着高速、稳定的网络通信功能要求。

1 数据通信

通过以资源共享为目的计算机通信网形成，开辟了计算机技术的一个新领域，通信网络融入工业、生活、金融等行业设备中。数据通信系统主要任务是把不同区域位置、不同的数字设备通过信息化连接起来，高效、准确地完成数据的处理、交换和传送任务。 在工业控制系统中无论是计算机，还是PLC、变频器及其他控制器都是数字化设备，它们之间交换的信息通过二进制“0”和“1”的数字信号进行分析、传递。而PLC作为承上启下的控制设备，必然要求具有数据通信功能。

为使得数据通信能够通用化、标准化、实用化，因此国际对通信方式进行统一。PLC常用的通信方式有并行通信和串行通信，并行通信是把一个字符的各数位用几条线同时进行传输，传输速度快，信息率高，但它比串行通信所用的电缆多，因此串行通信常在传输距离较短和数据传输率较高的场合。串行通信是将数据一位一位地依次传输，每一位数据占一个固定的时间长度，这种情况只要少数几条线就可以在控制系统中进行信息交换，通常用于远距离通信，但传输速度比较慢，对于多通信系统连接形式方法，如图1所示。

2 PLC通信网络构建

对于PLC所构建的数据网络按其规模大小、控制环境以及地域影响分为单级控制网络和多级互联网络。

单级控制网络构建主要是指以设定某一计算机为主站，连接多台PLC控制器，并将其设定为从站，一台计算机对多台PLC进行控制，组成单一扇形控制网络，在网络中计算对从站PLC进行编程、操控显示、监控等操作，而多台PLC负责执行计算机传输的指令任务，并将执行过程、结果数据反馈给主站计算，计算机与PLC之间通过RS-232接口标准连接，当远距离通信时可将RS-232接口变换为并行接口进行进行数据传输。

多级互联网络构建，通常以金字塔形式对网络进行逐级构建，根据实现功能不同网络层数、传输形式均有所不同，在实际应用中一般采用3～4级网构形式，在构建中可增加互联形式，每级结构均有计算机与PLC连接组成，在多级互联网络构建中层级主站一般设定PLC执行，通常采用计算机负责判断运算以及指令发出和层级间的互联信息传递，PLC仅进行指令执行、反馈，而顶层网络对整个计算机PLC互联网构进行管理或与其他网络进行互联。

3 PLC网络的常用通信方式

PLC网络各层级间的通信过程是依照通信协议决定的，而通信方式包括数据传送方式和访问控制方式，所谓访问控制就是数据存取控制方式，是指通信介质使用權分配控制方式，而数据传送方式是在获得通信介质使用权后对数据传送、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、主从总线通信方式、浮动主站通信方式、CSMA/CD通信方式、令牌总线通信方式等。

4 西门子S7-200系列PLC的网络通信模式

在工业控制系统中通常采用西门子S7-200系列PLC进行网络通信，其支持多种通信协议，主要有：（1）点对点接口协议（PPI），用PPI协议进行PLC通信网络连接中，采用一根PC/PPI电缆，将计算机与PLC连接在一个网络中，PLC之间的连接则通过网络连接器来完成，也可将人机界面（HMI）设备与PLC相连，计算机或HMI设备设定为主站。在这两个网络中，S7-200 CPU是从站，响应来自主站的要求。（2）多点接口协议（MPI），是集成在西门子公司的PLC、操作员界面和编程器上的集成通信接口，用于建立小型的通信网络，是一种比较简单的通信方式。MPI协议可以是主/主协议或主/从协议。（3）Profibus总线协议是一种开放式现场总线系统，符合欧洲标准和国际标准。Profibus协议是用于分布式I/O设备（远程I/O）的高速通信，可以使用不同厂家的PROFIBUS设备，许多厂家生产类型众多的PROFIBUS设备，如简单的输入/输出模块、电机控制器和PLC等。（4）TCP/IP协议利用通信处理器，可以将S7-200系统连接到工业以太网（IE）中。通过工业以太网，一台S7-200 CPU可以与另一台S7-200、S7-300或S7-400 CPU进行通信，也可与OPC服务器及PC机进行通信。还可以通过CP-243-1 IT通信处理器的IT功能，非常容易与其他计算机以及控制器系统交换文件。

5 PLC通信技术的实际应用

PLC通信技术目前利用低压配电网络基础设施构建组成，通信节点设置灵活性较强，且利用现有资源可保证数据传输的稳定性、可靠性，另需投入资源较少，且由于PLC技术的广泛使用，PLC通信网络将不断扩大，因此此项技术将会有较大的发展空间。但是由于网络拓扑技术的地域性差别，导致电力结构复杂，不可控因素较多，因此如何对通信网络结构优化是有待解决的问题。

结语

随着PLC控制技术的不断提高、完善，越来越多的设备采用PLC进行远程控制，对PLC与外部设备通信能力提出更高的要求，因此不断研究、发展PLC通信技术来提高工业自动化控制水平，为设备运行提供更有力保障。

参考文献

[1]丁莉君，邓莎萍.浅谈PLC通信技术[J].电气传动自动化，2007（29）：64-66.

[2]张研.PLC通信技术[J].西部广播电视，2015（14）：250.

[3]雷霖.PLC通信技术及其应用研究[J].自动化与仪器仪表，1999（5）：25-27.