通信技術(shù)在PLC自動化控制系統(tǒng)下的應(yīng)用分析

西華師范大學(xué)計算機學(xué)院 趙興強

1 PLC網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)研究

可編程控制器的通信方式主要是由所選擇的制造商的類型決定的。西門子57--200系列的自動控制技術(shù)是原先自動化生產(chǎn)線中應(yīng)用最為廣泛的一種控制技術(shù)，該技術(shù)的CPU對系統(tǒng)中的點對點接口以及多對點接口、現(xiàn)場總線等技術(shù)都提供了支持，同時該技術(shù)還包括了多種的自由口協(xié)議等通信方式。在之前的一些生產(chǎn)線通訊方案中一般所采用的都是PPI協(xié)議通信。

1.1 西門子PPI通信技術(shù)的研究

1.1.1 PPI通信協(xié)議

所謂的PPI通信協(xié)議其實也就是主站和從站之間的一種協(xié)議，在PPI通信協(xié)議存在的情況下，使得系統(tǒng)的主站和從站都處在了同一種的令牌環(huán)網(wǎng)中。如果主站通過檢測確定網(wǎng)絡(luò)不存在任何堵塞的時候，就會進行令牌的接收，也只有當主站擁有了令牌，才可以對其從站進行指令的下發(fā)，促使PPI網(wǎng)絡(luò)的建成。從另一個角度來看，PPI通信協(xié)議，只要在通信過程中的主站側(cè)來編寫就可以了。在主站中存在令牌可以向任何從站進行指令或者請求的下發(fā)，當從站受到主站的相關(guān)指令或者請求后，進行必要的響應(yīng)。從站設(shè)備并不能啟動消息，只能在主站設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的信號后才會做出響應(yīng)的反應(yīng)。

①主站設(shè)備

主站設(shè)備又稱之為主站或主設(shè)備，其具體包括了STEP7/STEP--7Micro/win的變成設(shè)備和HMI設(shè)備，其中HMI設(shè)備具體包括了觸摸面板和操作員面板以及文本顯示等。

②從站設(shè)備

從站設(shè)備也被稱之為從設(shè)備或從站，其中包括了擴展機架和S7-200CPU 。如果在程序中使用了PPI的主站模式，57-200就可以作為運行中的主站設(shè)備。在完成了PPI的主戰(zhàn)模式之后，可以通過利用一些諸如網(wǎng)絡(luò)讀取或?qū)懭氲姆绞剑詫崿F(xiàn)將其他CPU上的數(shù)據(jù)成功的導(dǎo)入到S7-200CPU中。

③PPI高級協(xié)議

所謂的PPI高級協(xié)議就是允許建立一個設(shè)備與設(shè)備之間能夠有效連接的邏輯關(guān)系。正常情況下，數(shù)字系統(tǒng)中的每個設(shè)備都有一定的限制，所有的S7——200cpu對系統(tǒng)中所有的PPI協(xié)議都提供了一個很好的支撐作用，而EM277模塊只是單純的對PPI協(xié)議提供一定的支持。

④PPI網(wǎng)絡(luò)的傳輸方式和相應(yīng)時間

PPI協(xié)議有屬于一種異步協(xié)議，它是基于字符的基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的，數(shù)據(jù)的傳輸都是通過USB接口和RS232來完成，一般情況下，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾誓苓_到1.3kbps以上。

1.1.2 PPI網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)形式

基于PROFIBUS現(xiàn)場總線標準，PPI網(wǎng)絡(luò)采用的是總線型拓撲結(jié)構(gòu)，從而可以建立一個多主站或單主站等具有不同類型的網(wǎng)絡(luò)配置。

①單主站的PPI網(wǎng)絡(luò)

這種形式的PPI網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分具體包括了以下幾部分內(nèi)容：帶有STEP 7-Micr o 或WIN的PG或PC，以及能夠作為主站設(shè)備的HMI設(shè)備；同時還包括一個或者多個的S7--200CPU，該CPU能夠作為主站發(fā)揮作用。

②多主站的PPI網(wǎng)絡(luò)

對于多主站PPI網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)主站設(shè)備能夠與CPU進行良好的設(shè)備通信，而且每個主站也可以和網(wǎng)絡(luò)上任何一個從站進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)交換。

③復(fù)雜化的PPI網(wǎng)絡(luò)

在比較復(fù)雜的PPI網(wǎng)絡(luò)中，要實現(xiàn)設(shè)備間的對等通信就需要對S7--200CPU進行相應(yīng)的編程。而所謂的對等通信指的就是通信的雙方具有相同的權(quán)限，既能夠享受所提供的服務(wù)，同時也要能夠提供相應(yīng)的服務(wù)。

1.1.3 編寫主站網(wǎng)絡(luò)程序段

在主站的網(wǎng)絡(luò)讀寫程序段編寫之前，需要做好的就是以下內(nèi)容：

①主站向各個從站所發(fā)送指令數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；

②主站發(fā)送的數(shù)據(jù)在主站的具體位置；

③數(shù)據(jù)發(fā)往從站的具體位置；

④從站從主站中接收數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。

2 PROFIBUS通信技術(shù)的研究

2.1 PROFIBUS技術(shù)的概述

在數(shù)字通信系統(tǒng)中現(xiàn)場總線具有很強的開放性和廣泛的應(yīng)用，它屬于系統(tǒng)的集中化向自動化過度過程中的一項重大突破。目前在我國的自動化控制、制造自動化等領(lǐng)域，PROFIBUS系統(tǒng)都得到了較為廣泛的應(yīng)用。在可編程功能的控制器和傳感器之間的數(shù)據(jù)信息處理的過程中，PROFIBUS系統(tǒng)中也發(fā)揮出了巨大的作用。

因為PROFIBUS通信技術(shù)對系統(tǒng)集成和工程現(xiàn)場都給予了很高的關(guān)注，所以務(wù)必要充分保證在一些復(fù)雜性程度較高的通信任務(wù)和一些對于通信速度和具有較高的、較嚴格要求的應(yīng)用中的現(xiàn)場總線技術(shù)作用得到最有效的發(fā)揮，使其能夠?qū)φ麄€工程的自動化和過程自動化等方面內(nèi)容進行全面覆蓋，特別是在一些工廠的自動化生產(chǎn)和過程的自動化領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛，所以，PROFIBUS技術(shù)自產(chǎn)生到現(xiàn)在，在現(xiàn)場總線領(lǐng)域PROFIBUS一直都是國際上的領(lǐng)導(dǎo)者。

PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信的實質(zhì)內(nèi)容就是RS-485de 串口通信，其主要內(nèi)容涵蓋了以下三個子集：PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA，其目的也就是為了更好的滿足當代工廠網(wǎng)絡(luò)中對應(yīng)用多樣化的需求。

PROFIBUS-DP與PROFIBUS-FMS這兩方面的物理層的連接接口一般都是采用的RS-485，在網(wǎng)絡(luò)的物理連接工作中，采用了屏蔽單對雙絞線的A型電纜。由于RS--485，具有較簡單的鏈接形式，在總線上的節(jié)點也能夠進行必要的增加或減少，而過程中的分布投入對其他節(jié)點的操作也不會產(chǎn)生不必要的影響，RS--485傳輸技術(shù)的基本特性如圖1所示：

圖1 RS--485傳輸技術(shù)的基本特性研究

2.2 PROFIBUS的基本組成

PROFIBUS系統(tǒng)的基本組成也就是PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA以及PROFIBUSFMS三大子集。

PROFIBUS-DP的應(yīng)用主要針對的是工廠現(xiàn)場的，DP主要的就是完成對一些設(shè)備如：可編控的控制器、傳感器和自動控制設(shè)備以及執(zhí)行器之間的快速而又穩(wěn)定的通信任務(wù)，同時也可以建成一些多主站或者單主站的系統(tǒng)。到現(xiàn)在為止，在整個PROFIBUS的應(yīng)用中，DP占據(jù)了將近80%，因此有時也會把DP泛指為PROFIBUS。

PROFIBUS-FMS主要針對的就是工廠車間級別的較大范圍的圖文轉(zhuǎn)換，對各個主站和從站之間的通信功能進行了定義，同時規(guī)范了在不同應(yīng)用層次上的各個主站系統(tǒng)之間的通信報文，滿足了在車間級或者是在同一流水線層面上的實時監(jiān)控的任務(wù)要求，其工作重點就是對車間級別的控制提供了具有周期性、大范圍和中速以及非周期性的通信服務(wù)。

PROFIBUS的固有令牌與PROPINET通信協(xié)議在嚴格意義上有著本質(zhì)上的差別，因此也就不能用PROFI來代稱。但換個角度來看，PROPINET也是PROFIBUS向以太網(wǎng)發(fā)展過程中的重要一步，其應(yīng)用了比較多的PROFIBUS界面規(guī)范，而且在應(yīng)用過程中對于PROFIBUS產(chǎn)品的兼容性和互聯(lián)性也進行了充分的考慮，因此PROPINET也被看作是PROFIBUS的一重要子集。

3 結(jié)語

文章主要研究了通信技術(shù)在PLC自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，而對于那些觸摸屏和一些組態(tài)軟件方面內(nèi)容的研究還遠遠不夠，這也是本次研究存在的一些欠缺和不足，也是需要后期去加大力度去深入研究的。對于目前的現(xiàn)場總線技術(shù)，雖然在某些方面具備一定的優(yōu)點，但依然存在著一些有待完善和解決的問題，如現(xiàn)場總線技術(shù)具有較多的標準，造成了選擇的困難；產(chǎn)品品種比較少，同時大型的系統(tǒng)又很難集成；在一些不同的總線技術(shù)中采用的也都是一些完全不同的通信協(xié)議，直接導(dǎo)致了不同現(xiàn)場總線技術(shù)之間互相操作的不可能性，這些問題都是值得我們?nèi)ド钏己脱芯康模瑫r也應(yīng)該作為我們未來工作的一重點內(nèi)容和研究方向。

[1]趙晶.基于PLC自動化控制系統(tǒng)的通信技術(shù)研究[D].東北大學(xué),2012.

[2]李樹勇.PLC控制系統(tǒng)及其通信技術(shù)在大型機床設(shè)備改造中的應(yīng)用[D].中國海洋大學(xué),2009.

[3]劉志揚.PLC控制系統(tǒng)及其通信技術(shù)在灌裝設(shè)備改造中的應(yīng)用[D].天津大學(xué),2013.

[4]王體君,張建霞. PLC技術(shù)在工業(yè)自動化控制中的應(yīng)用分析[J].科技展望,2015,19:142.

[5]汪義旺.PLC通信技術(shù)在焊機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 電焊機,2013,10:51-54.

[6]王林.化工自動化系統(tǒng)中PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J].煤炭技術(shù),2012,12:182-183.