基于智能建筑消防系統(tǒng)下的PLC 通信系統(tǒng)的研究

鄒 磊 余昊洋 吳金龍 葉冠龍 甄 研

（吉林建筑大學(xué) 電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130118）

1 PLC 的優(yōu)點(diǎn)

一套完整的消防系統(tǒng)包含了探測(cè)器檢測(cè)單元和消防聯(lián)動(dòng)控制模塊，我們需要將他們建立一個(gè)高效穩(wěn)定的通信。PLC 經(jīng)歷了數(shù)十年的不斷發(fā)展和改進(jìn)，無疑是最適合的控制器。現(xiàn)在的可編程邏輯控制器主要以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使它成為了消防系統(tǒng)的最優(yōu)選擇。

1.1 PLC 在制造上運(yùn)用了高度集成電路生產(chǎn)技術(shù)和嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝，提高了控制電氣設(shè)備的能力，使其控制更加高效，可靠性更高。PLC 內(nèi)部設(shè)計(jì)了先進(jìn)的抗干擾電路，使得PLC 可靠性運(yùn)行得到了基本。與傳統(tǒng)繼電器和接觸器系統(tǒng)相比，PLC 組成的控制系統(tǒng)減少了電氣接線和開關(guān)觸點(diǎn)，因此故障率得到了很好的控制。同時(shí)，PLC 還具有硬件和編程自檢的功能，在保證PLC 平穩(wěn)運(yùn)行的同時(shí)，還可以保障PLC 周圍電路和電氣設(shè)備安全無故障運(yùn)行。在消防系統(tǒng)中，采用PLC 作為主控單元，可以在控制多個(gè)模塊的同時(shí)保證控制效率，大幅減少智能建筑消防系統(tǒng)的故障率，提高可靠性。另外，還可以降低維修成本。

1.2 隨著PLC 設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，形成了可用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)景的各種尺寸的系列產(chǎn)品。PLC 最基本的功能是邏輯處理，其完善的數(shù)據(jù)傳輸功能，使PLC 成為數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域中的佼佼者。近年來，PLC 功能單元大量產(chǎn)生，使得PLC 可以參與到更多類別的工業(yè)控制中。而由PLC 構(gòu)成得控制系統(tǒng)越來越簡(jiǎn)單，全都得益于PLC 通信能力的不斷加強(qiáng)和人機(jī)界面的不斷發(fā)展。一棟高層復(fù)雜建筑，其消防檢測(cè)單元和聯(lián)動(dòng)控制模塊也是多而復(fù)雜的。PLC 的加入讓復(fù)雜的問題變得更簡(jiǎn)單了。檢測(cè)單元所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過PLC 處理可以在PC 機(jī)上直接顯示。系統(tǒng)可以將采集的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值對(duì)比，然后發(fā)出指令控制聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)作出反應(yīng)。這一復(fù)雜的過程可以在極短的時(shí)間內(nèi)完成，減少損失。

1.3 PLC 編程設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，我們可以輕松地學(xué)習(xí)PLC 編程語言。梯形圖語言的圖形符號(hào)和表示形式非常接近繼電器電路圖。只需少量的PLC 開關(guān)邏輯控制指令就能實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。因而在智能消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以減少我們的程序設(shè)計(jì)耗時(shí)，為我們后期對(duì)系統(tǒng)程序的改變和升級(jí)提供了便利。

2 S7-200 PLC 的串口通信

S7-200 本身配備了兩個(gè)通訊和編程接口，具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口和多對(duì)點(diǎn)接口以及自由通信端口。這三種PLC 通信模式都可以建立與計(jì)算機(jī)的通信，但MPI 和PPI 模式多用于編譯和傳輸程序，而自由端口通信模式可以使PLC 與第三方設(shè)備的通信任務(wù)更加完整[1]。

2.1 PPI 通信功能

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口通信（縮寫為PPI）是西門子S7-200 CPU 的最基本的通信方法，通過PLC 的原始端口來實(shí)現(xiàn)。在PPI 通信協(xié)議中，計(jì)算機(jī)和PLC 以主機(jī)模式進(jìn)行通信，其中主機(jī)是計(jì)算機(jī)，從機(jī)是PLC。在通信過程中，計(jì)算機(jī)根據(jù)通信任務(wù)用固定格式向PLC 發(fā)送通信指令[2]。PPI 僅在主站上編寫程序，從站網(wǎng)絡(luò)讀取和寫入命令沒有任何意義。

2.2 MPI 通訊方式

多點(diǎn)接口通信（縮寫為MPI）是一種保密通信方式[3]。MPI通信速度要求不高，通信量小，通信手段簡(jiǎn)單，價(jià)格實(shí)惠。MPI通信網(wǎng)絡(luò)的速率一般是在19kbps 到12mbps 之間。采用MPI 通信方式的通信系統(tǒng)最多可以連接32 個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且可以通過添加中繼器來延長(zhǎng)通信距離[4]。

2.3 自由端口通信模式

PLC 的CPU 的串口（串行通信接口）支持用戶自定義通訊協(xié)議，用戶自寫程序來完成控制，叫做自由端口通信模式。在自由端口通信模式下，支持用戶自定義通信協(xié)議來控制程序。通過設(shè)定特殊存儲(chǔ)字節(jié)SMB30（端口0）或SMB130（端口1）來允許自由端口通信模式，自定義程序通過使用發(fā)送中斷、接收中斷、發(fā)送指令（XMT）和接收指令（RCV）來對(duì)通信端口進(jìn)行操作[5]。但只有PLC 的CPU 處在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)才可以實(shí)現(xiàn)自由端口通信。而PLC 的CPU 處于非工作模式時(shí)，自由通信模式會(huì)終止，通信模式會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)為正常的PPI 通信模式。

3 EHT-MPI 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)與配置

在過去，PC 機(jī)和PLC 是通過RS-232 和RS-485 串行口連接。但是隨著計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，廠家放棄了這種接口。但usb接口又不穩(wěn)定，抗干擾能力弱，導(dǎo)致usb 接口使用非常受限。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，PLC 也增加了以太網(wǎng)接口，但價(jià)格會(huì)比較昂貴。本系統(tǒng)采用的PLC 沒有以太網(wǎng)接口，但所需要的傳輸數(shù)據(jù)較遠(yuǎn)。所以我們采用了EHT-MPI 轉(zhuǎn)換器，其在實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程通信的同時(shí)，降低了成本。

3.1 EHT-MPI 轉(zhuǎn)換器的鏈接

PLC 的CPU 上的MPI 接口經(jīng)EHT-MPI 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口，然后通過RJ-45 線連接到交換機(jī)，最后把上位機(jī)通過光纜連接到交換機(jī)即可。

3.2 EHT-MPI 轉(zhuǎn)換器的參數(shù)配置

EHT-MPI（DP）的配置直接在瀏覽器中配置。將PLC 通電EHT-MPI 轉(zhuǎn)換器即可通電。將硬件連接完畢并將計(jì)算機(jī)IP 地址配置為192.168.1.100，網(wǎng)關(guān)設(shè)置為192.168.1.1，子網(wǎng)掩碼設(shè)置為255.255.255.0。在瀏覽器中輸入192.168.1.10，進(jìn)入EHT-MPI（DP）配置的主界面開始使用并進(jìn)行參數(shù)配置。

進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，將轉(zhuǎn)換器IP 設(shè)置為192.168.1.10，物理地址設(shè)置為FF.FF.FF.FF.00，波特率設(shè)置為自動(dòng)檢測(cè)。

4 結(jié)論

本文結(jié)合智能消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)PLC 的主要進(jìn)行了簡(jiǎn)介，PLC 具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性和高度的可靠性，以及簡(jiǎn)單的編程語言被我們選用。然后對(duì)串口通信進(jìn)行了論述，從理論的角度證明了PLC 的穩(wěn)定性和可靠性。

我們將EHT-MPI 通信轉(zhuǎn)換器應(yīng)用在基于PLC 和組態(tài)王的智能消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，研究了EHT-MPI 轉(zhuǎn)換器的效果。在表現(xiàn)上來看，EHT-MPI 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)十分突出。EHT-MPI 轉(zhuǎn)換器價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、效果顯著，在中遠(yuǎn)程通信的發(fā)展和應(yīng)用中，有著非常可觀的前景。