基于PLC自動化控制系統通信技術問題思考

摘 要：自動化技術是現代工業的發展主要推動力，而自動化技術的發展離不開通信技術的發展，基于PLC的現場總線控制技術對自動化控制系統通信技術的發展至關重要。本文基于PLC的研究，探討了自動化生產線上的通信技術。

關鍵詞：PLC自動化控制系統;通信技術;思考

信息技術、通信技術以及控制技術的整合發展，引起了自動化技術的深度改革，信息技術正在迅速覆蓋到生產現場的各層設備上。為了更好實現幾點一體化，優化基于PLC的自動化控制系統通信，是現階段自動化流水線應解決的通訊問題。

1 可編程序控制器（PLC）概述

可編程序控制器（Programmable Logic Controller），也叫可編程序邏輯控制器，因為在其早期用途是開關的邏輯控制。可編程序控制器的核心是微處理器，同時融合了計算機技術、自動控制技術以及通信技術，是一種現代工業自動控制裝置。它的優點包括體積小、易于編程、功能豐富、抗干擾能力強、靈活性強、可靠性高、維護簡單等?？删幊绦蚩刂破饕呀浽诂F代工業中廣泛應用，是現代工業自動化控制的支柱之一。

1.1 可編程序控制器的定義

根據國際電工委員會（IEC）在1987年對PLC的定義可知：可編程序控制器是一種數字化的電子運算操作系統，主要應用于工業中。可編程序控制器采用可編程的存儲器，從而在其內存中執行邏輯運算、順序調整、計時計數以及算數運算等操作，并通過數字化、模擬化的方式輸出，進而控制機械設備的生產?？删幊绦蚩刂破骱推湎嚓P設備的設計原則是：與工業控制系統相結合。

1.2 可編程序控制器的工作原理

PLC通過循環掃描來進行工作，一個工作流程包含5個階段，分別是：內部處理階段、與編程器的通信階段、輸入掃描階段、程序執行階段、輸出階段。當PLC處于運行狀態時，會執行所有的5各階段，當PLC處于停止狀態時，僅會執行前兩個階段，此時可進行通信處理。

可編程序控制器的輸入掃描階段、程序執行階段、輸出階段的處理原理是：編程人員通過控制器上的按鍵進行編程，輸入電路會將掃描輸入信息并存入輸入映像寄存器中，之后執行程序，輸出電路將掃描執行結果，同時存入輸出映像寄存器，最終輸出到可視化界面上。

可編程序控制器工作特點是可靠性高，抗干擾能力強。但是，其缺點也比較明顯，包括響應慢、執行慢等。因此可以說PLC是靠降低運行速度來獲得高可靠性的。

2 PLC網絡通信技術研究

2.1 PPI通信技術

西門子生產的PLC支持PPI協議、MPI協議等通信方式，比如西門子S7-200，其CPU支持PPI協議，也是默認的通信方式。

PPI通信協議是一種主站對從站的協議，主、從兩站都在同一令牌環網中，當主站檢測到網絡環境良好時，會接受令牌，以此向網絡上其他從站發出指令，實現PPI網絡通信，這就意味著僅需進行主站側的通信編程。當主站向從站發出請求和指令時，從站會進行相應，從站不會主動響應，盡在主站發出請求或輪詢是在會響應。

PPI協議構件的主站網絡數量上限是32個，在主站與從站通信中，PPI協議不會限制同時與一個從站通信的主站數量。然而，當網絡中存在多個主站時，令牌傳遞時會進行主站站號的檢測，因此過高的主站站號不利于信息傳遞。在添加一個新主站時，至少要經過兩個令牌傳遞后才能建立網絡，接收令牌，在PPI網絡中，沒有接收令牌的主站可以視為從站，從而響應其他主站。

2.2 PROFIBUS通信技術

PROFIBUS是一種應用范圍比較廣的開放數字通信系統，是分散自動化系統的朱啊喲表現?，F階段，PROFIBUS已被應用于制造業自動化（汽車制造、設備制造等）、過程自動化（石油產業、化工產業等）、樓宇自動化（空調供熱等）、交通自動化以及輸入自動化等行業。PROFIBUS能傳遞設備之間（傳感器、執行器等）的數據信息，從而完成控制網絡中的各項任務。

實質上，PROFIBUS是一種RS-485串口通訊，同時包含PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三種子通訊模式。RS-485串口通訊連接方式簡單，串口上的節點可以任意添加減少，不會影響其他節點的操作，其傳輸特征包括：傳輸介質是屏蔽雙絞電纜，每段節點在不帶中繼器的情況下上限為32個，帶中繼器可以達到127個，插頭連接器使用的是9針D副插頭連接器。

PROFIBUS適用于高速傳輸，其信號傳輸距離取決于傳輸速度。當電磁干擾較大時，可以選擇光纖作為PROFIBUS信號傳輸載體，以提高最大傳輸距離。

2.3 PROFIBUS-DP通信技術

PROFIBUS-DP主要是為自動控制系統以及設備級分散輸入輸出之間的通信模式而設計的，即分布式控制系統設備的高速數據傳輸。PROFIBUS-DP可以實現DP主站和從站之間的用戶數據傳輸，同時進行對從站的組態檢查，實現三級信息診斷，保證數據的同步輸入或輸出。此外，能通過總線分配DP從站地質，配置DP主站的DPM1。

PROFIBUS-DP不僅支持多主站系統，也允許單主站構成主站系統，提高了系統配置組態的靈活度。在通信方面，PROFIBUS-DP一方面可以實現用戶數據的點對點傳輸，另一方面可以實現廣播形式的從站指令控制，在DPM1與DP從站之間有三個數據傳輸階段：參數設定、組態配置、數據交換。

3 基于PLC的自動化系統通信設計思路

3.1 設計思想

PROFIBUS現場總線控制系統是符合現代工業控制通信理念的，而且PROFIBUS-DP不僅結構精簡，傳輸速度較高，比較適合PLC與分散的現場I/O設備之間進行通信。具體的設計思路可以概括為：擬定現場總線控制系統的技術條件;選定電氣傳動心事、電機、電磁閥等執行設備;選定PLC型號;確定通信方式;編制PLC的I/O端子接線圖;根據要求的編程語言進行程序設計;優化PLC界面的UI設計。

3.2 設計方案

擬定控制系統設計的技術條件，分析控制要求，這是整個工程控制通信系統的設計依據。確定I/O設備與PLC硬件的配置，設置好I/O點。

繪制流程圖和設備安裝圖。流程圖指導程序設計的梯形圖設計，之后將設計好的程序深入PLC進行軟件測試，對測試中出現的BUG進行程序修改;設備安裝圖指導控制通信系統設備的安裝，之后對照安裝圖記性連線，安裝主站、從站，所有設備安裝完成后進行通信測試。

軟件和通信全部就緒后進行整體測試，測試控制通信系統能否正常工作，是否符合控制要求和通信要求，不合格的要重新進行第二部的修改，整體測試通過后可以交付使用。

4 結束語

基于PLC自動化控制系統通信技術的核心是PLC的選擇，不同PLC支持的通信協議不同，因此相應的控制通信系統也有一定差別?，F階段的現場總線控制技術仍存在不足，PLC相關的組態軟件研究也不夠深入，通信協議不互通，這些都是未來自動化控制系統通信技術應解決的問題。

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作者簡介：

趙軍明（1974- ），男，山西平定人，助理工程師，主要從事工業企業電氣自動化設計改造工作。