基于PLC自动化控制系统通信技术问题思考

2020-11-09赵军明

中国化工贸易·下旬刊 2020年5期

摘要：自动化技术是现代工业的发展主要推动力，而自动化技术的发展离不开通信技术的发展，基于PLC的现场总线控制技术对自动化控制系统通信技术的发展至关重要。本文基于PLC的研究，探讨了自动化生产线上的通信技术。

关键词：PLC自动化控制系统;通信技术;思考

信息技术、通信技术以及控制技术的整合发展，引起了自动化技术的深度改革，信息技术正在迅速覆盖到生产现场的各层设备上。为了更好实现几点一体化，优化基于PLC的自动化控制系统通信，是现阶段自动化流水线应解决的通讯问题。

1 可编程序控制器（PLC）概述

可编程序控制器（Programmable Logic Controller），也叫可编程序逻辑控制器，因为在其早期用途是开关的逻辑控制。可编程序控制器的核心是微处理器，同时融合了计算机技术、自动控制技术以及通信技术，是一种现代工业自动控制装置。它的优点包括体积小、易于编程、功能丰富、抗干扰能力强、灵活性强、可靠性高、维护简单等。可编程序控制器已经在现代工业中广泛应用，是现代工业自动化控制的支柱之一。

1.1 可编程序控制器的定义

根据国际电工委员会（IEC）在1987年对PLC的定义可知：可编程序控制器是一种数字化的电子运算操作系统，主要应用于工业中。可编程序控制器采用可编程的存储器，从而在其内存中执行逻辑运算、顺序调整、计时计数以及算数运算等操作，并通过数字化、模拟化的方式输出，进而控制机械设备的生产。可编程序控制器和其相关设备的设计原则是：与工业控制系统相结合。

1.2 可编程序控制器的工作原理

PLC通过循环扫描来进行工作，一个工作流程包含5个阶段，分别是：内部处理阶段、与编程器的通信阶段、输入扫描阶段、程序执行阶段、输出阶段。当PLC处于运行状态时，会执行所有的5各阶段，当PLC处于停止状态时，仅会执行前两个阶段，此时可进行通信处理。

可编程序控制器的输入扫描阶段、程序执行阶段、输出阶段的处理原理是：编程人员通过控制器上的按键进行编程，输入电路会将扫描输入信息并存入输入映像寄存器中，之后执行程序，输出电路将扫描执行结果，同时存入输出映像寄存器，最终输出到可视化界面上。

可编程序控制器工作特点是可靠性高，抗干扰能力强。但是，其缺点也比较明显，包括响应慢、执行慢等。因此可以说PLC是靠降低运行速度来获得高可靠性的。

2 PLC网络通信技术研究

2.1 PPI通信技术

西门子生产的PLC支持PPI协议、MPI协议等通信方式，比如西门子S7-200，其CPU支持PPI协议，也是默认的通信方式。

PPI通信协议是一种主站对从站的协议，主、从两站都在同一令牌环网中，当主站检测到网络环境良好时，会接受令牌，以此向网络上其他从站发出指令，实现PPI网络通信，这就意味着仅需进行主站侧的通信编程。当主站向从站发出请求和指令时，从站会进行相应，从站不会主动响应，尽在主站发出请求或轮询是在会响应。

PPI协议构件的主站网络数量上限是32个，在主站与从站通信中，PPI协议不会限制同时与一个从站通信的主站数量。然而，当网络中存在多个主站时，令牌传递时会进行主站站号的检测，因此过高的主站站号不利于信息传递。在添加一个新主站时，至少要经过两个令牌传递后才能建立网络，接收令牌，在PPI网络中，没有接收令牌的主站可以视为从站，从而响应其他主站。

2.2 PROFIBUS通信技术

PROFIBUS是一种应用范围比较广的开放数字通信系统，是分散自动化系统的朱啊哟表现。现阶段，PROFIBUS已被应用于制造业自动化（汽车制造、设备制造等）、过程自动化（石油产业、化工产业等）、楼宇自动化（空调供热等）、交通自动化以及输入自动化等行业。PROFIBUS能传递设备之间（传感器、执行器等）的数据信息，从而完成控制网络中的各项任务。

实质上，PROFIBUS是一种RS-485串口通讯，同时包含PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三种子通讯模式。RS-485串口通讯连接方式简单，串口上的节点可以任意添加减少，不会影响其他节点的操作，其传输特征包括：传输介质是屏蔽双绞电缆，每段节点在不带中继器的情况下上限为32个，带中继器可以达到127个，插头连接器使用的是9针D副插头连接器。

PROFIBUS适用于高速传输，其信号传输距离取决于传输速度。当电磁干扰较大时，可以选择光纤作为PROFIBUS信号传输载体，以提高最大传输距离。

2.3 PROFIBUS-DP通信技术

PROFIBUS-DP主要是为自动控制系统以及设备级分散输入输出之间的通信模式而设计的，即分布式控制系统设备的高速数据传输。PROFIBUS-DP可以实现DP主站和从站之间的用户数据传输，同时进行对从站的组态检查，实现三级信息诊断，保证数据的同步输入或输出。此外，能通过总线分配DP从站地质，配置DP主站的DPM1。

PROFIBUS-DP不仅支持多主站系统，也允许单主站构成主站系统，提高了系统配置组态的灵活度。在通信方面，PROFIBUS-DP一方面可以实现用户数据的点对点传输，另一方面可以实现广播形式的从站指令控制，在DPM1与DP从站之间有三个数据传输阶段：参数设定、组态配置、数据交换。

3 基于PLC的自動化系统通信设计思路

3.1 设计思想

PROFIBUS现场总线控制系统是符合现代工业控制通信理念的，而且PROFIBUS-DP不仅结构精简，传输速度较高，比较适合PLC与分散的现场I/O设备之间进行通信。具体的设计思路可以概括为：拟定现场总线控制系统的技术条件;选定电气传动心事、电机、电磁阀等执行设备;选定PLC型号;确定通信方式;编制PLC的I/O端子接线图;根据要求的编程语言进行程序设计;优化PLC界面的UI设计。

3.2 设计方案

拟定控制系统设计的技术条件，分析控制要求，这是整个工程控制通信系统的设计依据。确定I/O设备与PLC硬件的配置，设置好I/O点。

绘制流程图和设备安装图。流程图指导程序设计的梯形图设计，之后将设计好的程序深入PLC进行软件测试，对测试中出现的BUG进行程序修改;设备安装图指导控制通信系统设备的安装，之后对照安装图记性连线，安装主站、从站，所有设备安装完成后进行通信测试。

软件和通信全部就绪后进行整体测试，测试控制通信系统能否正常工作，是否符合控制要求和通信要求，不合格的要重新进行第二部的修改，整体测试通过后可以交付使用。

4 结束语

基于PLC自动化控制系统通信技术的核心是PLC的选择，不同PLC支持的通信协议不同，因此相应的控制通信系统也有一定差别。现阶段的现场总线控制技术仍存在不足，PLC相关的组态软件研究也不够深入，通信协议不互通，这些都是未来自动化控制系统通信技术应解决的问题。

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