PLC间通讯的设计与实现

辽宁科技大学 许荣坤 彭安娜 崔建一 孙上千 邹 朋 朱翔宇

在工业产业链日益完善的今天，单个PLC的工作能力已经远远无法满足一条生产链的需求，往往需要多个PLC间的协同配合，共同来完成某一任务。因此PLC间的通讯就尤为重要。它不仅可以大大降低单个PLC的工作量，还能提高PLC的稳定性，从而提高该生产线的稳定性和生产效率。在工业自动化等多个领域，对PLC间数据传输的要求更高，需要PLC间满足实时性和确定性。

1 PLC间通讯

单个PLC自身的数据处理量和处理速度和电脑一样有极限点，所以要各个点分担数据处理量，利用PLC之间的通讯，来加快程序的运行速度。在当今的工业生产中，需要处理的数据量越来越多且越来越复杂，因此通过PLC间的通讯，来增加数据处理的点，防止由于数据过多导致数据处理缓慢甚至PLC损坏，造成不必要的工业事故。

为确保数据处理的及时性，PLC间必须采用实时通讯保证数据处理的流畅性，实时是指系统在定义的时间内处理外部事件。通过PLC之间的实时通讯可解决许多问题，比如在极端环境下保持可靠的通讯网络、在全天候保持可靠的数据交换、保证高效通讯的最大可用性等，这些都是在工业网络中不可缺少的条件，所以，PLC之间的实时通讯在现在的工业中是非常必要的，在提高产量以及提高安全性方面都有着巨大的作用。

2 通过PROFINET IO系统来实现PLC间实时通信

实时通信要求系统满足两个条件：实时性和确定性。实时要求系统在规定的时间内处理外部事件。确定性是指系统以可预测（确定的）方式进行反馈响应。PROFINET不仅符合工业以太网所要求具备的实时的确定性传输，还为实时通信提供了优化通道。用PROFINET来做确定的实时通信的优点：在规定的时间周期内传输对时间要求严格的数据，以及其他标准协议的通讯可以在同一网络中不掉帧传输。PROFINET通信支持工程组态数据和诊断数据及中断的非循环传输，以及用户数据的循环传输。PROFINET 8个主要功能模块之一，PROFINET分布式现场设备（PROFINET IO）。具有实时通信功能的PROFINET IO是集成I/O系统的最优解决方案。作为PROFINET的一部分，PROFINET IO更多的用于模块化和分布式应用上。PROFINET IO也适用于符合PROFINET标准（IEC 61158-x-10）的可编程控制器之间。PROFINET IO在组态、编程和诊断方法上和PROFIBUS DP基本上相同，但PROFINET IO比PROFIBUS的性能更好。

在这里介绍一种PROFINET IO系统的搭建。如图1所示，选定S7 1200（A）为IO控制器，S7 1200（B）为IO设备。图中交换机选择的是SCALANCE XB208，因为它是根据标准IEC 61158支持PROFINET标准的交换机。

图1 网络结构图

首先用工业以太网线缆按照图中所示，将各个设备连接起来，接通电源。将上位机的IP地址配置为192.168.10.254，子网掩码改为255.255.255.0；利用PST工具将XB208的IP地址改为192.168.10.10。

在Portal软件中创建一个项目，添加S7 1200 PLC，在项目信息中将名称修改为“IOController”；在以太网地址中设置其IP地址和子网掩码；在操作模式中，使用默认配置，即IO控制器；添加两个BYTE数据类型变量，分别命名为Tag_1和Tag_2，地址分别为%QB2和%IB2；并将这两个变量添加到监控表中，将格式分别设置为二进制和字符。

再添加一个S7 1200 PLC，命名为“IO-Device”；改地址，在操作模式中勾选”IO设备“，在”已分配的IO控制器“一栏下拉列表选择IO控制器”IO-Controller.PROFINET接口_1“；添加两个BYTE数据类型变量，分别命名为Tag_3和Tag_4，地址分别为%IB2和%QB3；并将这两个变量添加到监控表中，将格式分别设置为二进制和字符。

最后设置传输区。在智能设备通信中双击两次“新增“，添加两个传输区，如图2所示，单机箭头，可改变传输方向。

图2 传输区设置

通信测试。将IO-Controller和IO-Device分别下载并运行，点击监控表中的“全部监视“按钮；在IO控制器中，将Tag_1所在行的修改值的地方右击，将其修改为1，则监视值变为与修改值一样的数据，切换到IO设备的监控表中可以看到IO设备的%IB2地址的值也改变为一样的值；将”Tag_4”的修改值设置为”w“，右击，立即修改，则监视值变为与修改值一样的数据，切换到IO控制器的监控表中可以看到IO控制器的%IB2地址的值也改变为一样的值。

3 该方法的优势

S7-1200 CPU的PROFINET通信口除了PROFINET IO，还支持以下通信协议及服务：S7通信，TCP，ISO on TCP，UDP，Modbus TCP，HMI通信，Web通信，OPC UA服务器，Email，安全TCP等。

以S7通讯为例，S7通讯在博途软件中添加两个S7-1200后，进行网络配置，注意为同一子网下的不同IP，接着进行S7连接，在设备视图的网络视图中选择连接方式为S7连接，编译下载，确保连接的在线状态。在两个PLC的程序块中都需要创建两个DB模块，一个输入，一个输出。在指令选项下的通信中选择S7通信下的GET和PUT两条通信指令。PUT向远程CPU写入数据，GET从远程CPU读取数据。UDP通讯需要添加通信指令集下开放式用户通信中的TSEND_C、TRCV_C指令，接着配置TURCV，TUSEND指令。TCP通信是用到开放式用户通信中的TSEND，TRCY，TCON指令。TCON是建立以太网连接，TDISCON是断开以太网连接，TSEND是TCP和ISO ON TCP使用的发送数据，TRCV是TCP和ISO ON TCP使用的接收数据，TUSEND是UDP使用的发送数据，TURCV是UDP使用的接收数据，TSEND_C是建立以太网连接并发送数据，TRCV_C建立以太网连接并接收数据。接下来根据设计的需要进行编程，程序将会很繁杂。而与这些通信方式相比，PROFINET IO通信建立连接的方式简单，无需配置通信指令，更加高效易操作。

结语：随着技术的进步，PLC间通信的方式也变得多种多样。在工业实时控制中，延时越小越好。PROFINET直接在数据链路层进行封装，大大提高了通讯的性能，PROFINET IO系统作为PLC间实时通信的一种方式，它操作简单，容易理解也易上手。PROFINET的灵活性，高效性，高性能，在工业生产中，起到至关重要的作用。提高实时工厂的生产率，需要关注PROFINET技术的发展。