PLC間通訊的設計與實現

遼寧科技大學 許榮坤 彭安娜 崔建一 孫上千 鄒 朋 朱翔宇

在工業產業鏈日益完善的今天，單個PLC的工作能力已經遠遠無法滿足一條生產鏈的需求，往往需要多個PLC間的協同配合，共同來完成某一任務。因此PLC間的通訊就尤為重要。它不僅可以大大降低單個PLC的工作量，還能提高PLC的穩定性，從而提高該生產線的穩定性和生產效率。在工業自動化等多個領域，對PLC間數據傳輸的要求更高，需要PLC間滿足實時性和確定性。

1 PLC間通訊

單個PLC自身的數據處理量和處理速度和電腦一樣有極限點，所以要各個點分擔數據處理量，利用PLC之間的通訊，來加快程序的運行速度。在當今的工業生產中，需要處理的數據量越來越多且越來越復雜，因此通過PLC間的通訊，來增加數據處理的點，防止由于數據過多導致數據處理緩慢甚至PLC損壞，造成不必要的工業事故。

為確保數據處理的及時性，PLC間必須采用實時通訊保證數據處理的流暢性，實時是指系統在定義的時間內處理外部事件。通過PLC之間的實時通訊可解決許多問題，比如在極端環境下保持可靠的通訊網絡、在全天候保持可靠的數據交換、保證高效通訊的最大可用性等，這些都是在工業網絡中不可缺少的條件，所以，PLC之間的實時通訊在現在的工業中是非常必要的，在提高產量以及提高安全性方面都有著巨大的作用。

2 通過PROFINET IO系統來實現PLC間實時通信

實時通信要求系統滿足兩個條件：實時性和確定性。實時要求系統在規定的時間內處理外部事件。確定性是指系統以可預測（確定的）方式進行反饋響應。PROFINET不僅符合工業以太網所要求具備的實時的確定性傳輸，還為實時通信提供了優化通道。用PROFINET來做確定的實時通信的優點：在規定的時間周期內傳輸對時間要求嚴格的數據，以及其他標準協議的通訊可以在同一網絡中不掉幀傳輸。PROFINET通信支持工程組態數據和診斷數據及中斷的非循環傳輸，以及用戶數據的循環傳輸。PROFINET 8個主要功能模塊之一，PROFINET分布式現場設備（PROFINET IO）。具有實時通信功能的PROFINET IO是集成I/O系統的最優解決方案。作為PROFINET的一部分，PROFINET IO更多的用于模塊化和分布式應用上。PROFINET IO也適用于符合PROFINET標準（IEC 61158-x-10）的可編程控制器之間。PROFINET IO在組態、編程和診斷方法上和PROFIBUS DP基本上相同，但PROFINET IO比PROFIBUS的性能更好。

在這里介紹一種PROFINET IO系統的搭建。如圖1所示，選定S7 1200（A）為IO控制器，S7 1200（B）為IO設備。圖中交換機選擇的是SCALANCE XB208，因為它是根據標準IEC 61158支持PROFINET標準的交換機。

圖1 網絡結構圖

首先用工業以太網線纜按照圖中所示，將各個設備連接起來，接通電源。將上位機的IP地址配置為192.168.10.254，子網掩碼改為255.255.255.0；利用PST工具將XB208的IP地址改為192.168.10.10。

在Portal軟件中創建一個項目，添加S7 1200 PLC，在項目信息中將名稱修改為“IOController”；在以太網地址中設置其IP地址和子網掩碼；在操作模式中，使用默認配置，即IO控制器；添加兩個BYTE數據類型變量，分別命名為Tag_1和Tag_2，地址分別為%QB2和%IB2；并將這兩個變量添加到監控表中，將格式分別設置為二進制和字符。

再添加一個S7 1200 PLC，命名為“IO-Device”；改地址，在操作模式中勾選”IO設備“，在”已分配的IO控制器“一欄下拉列表選擇IO控制器”IO-Controller.PROFINET接口_1“；添加兩個BYTE數據類型變量，分別命名為Tag_3和Tag_4，地址分別為%IB2和%QB3；并將這兩個變量添加到監控表中，將格式分別設置為二進制和字符。

最后設置傳輸區。在智能設備通信中雙擊兩次“新增“，添加兩個傳輸區，如圖2所示，單機箭頭，可改變傳輸方向。

圖2 傳輸區設置

通信測試。將IO-Controller和IO-Device分別下載并運行，點擊監控表中的“全部監視“按鈕；在IO控制器中，將Tag_1所在行的修改值的地方右擊，將其修改為1，則監視值變為與修改值一樣的數據，切換到IO設備的監控表中可以看到IO設備的%IB2地址的值也改變為一樣的值；將”Tag_4”的修改值設置為”w“，右擊，立即修改，則監視值變為與修改值一樣的數據，切換到IO控制器的監控表中可以看到IO控制器的%IB2地址的值也改變為一樣的值。

3 該方法的優勢

S7-1200 CPU的PROFINET通信口除了PROFINET IO，還支持以下通信協議及服務：S7通信，TCP，ISO on TCP，UDP，Modbus TCP，HMI通信，Web通信，OPC UA服務器，Email，安全TCP等。

以S7通訊為例，S7通訊在博途軟件中添加兩個S7-1200后，進行網絡配置，注意為同一子網下的不同IP，接著進行S7連接，在設備視圖的網絡視圖中選擇連接方式為S7連接，編譯下載，確保連接的在線狀態。在兩個PLC的程序塊中都需要創建兩個DB模塊，一個輸入，一個輸出。在指令選項下的通信中選擇S7通信下的GET和PUT兩條通信指令。PUT向遠程CPU寫入數據，GET從遠程CPU讀取數據。UDP通訊需要添加通信指令集下開放式用戶通信中的TSEND_C、TRCV_C指令，接著配置TURCV，TUSEND指令。TCP通信是用到開放式用戶通信中的TSEND，TRCY，TCON指令。TCON是建立以太網連接，TDISCON是斷開以太網連接，TSEND是TCP和ISO ON TCP使用的發送數據，TRCV是TCP和ISO ON TCP使用的接收數據，TUSEND是UDP使用的發送數據，TURCV是UDP使用的接收數據，TSEND_C是建立以太網連接并發送數據，TRCV_C建立以太網連接并接收數據。接下來根據設計的需要進行編程，程序將會很繁雜。而與這些通信方式相比，PROFINET IO通信建立連接的方式簡單，無需配置通信指令，更加高效易操作。

結語：隨著技術的進步，PLC間通信的方式也變得多種多樣。在工業實時控制中，延時越小越好。PROFINET直接在數據鏈路層進行封裝，大大提高了通訊的性能，PROFINET IO系統作為PLC間實時通信的一種方式，它操作簡單，容易理解也易上手。PROFINET的靈活性，高效性，高性能，在工業生產中，起到至關重要的作用。提高實時工廠的生產率，需要關注PROFINET技術的發展。