蔡哲

摘要：西門子S7-400是目前應(yīng)用很廣的可編程邏輯控制器（PLC），通訊系統(tǒng)在很多重要的工業(yè)裝備中都起著非常重要的作用，而相應(yīng)的控制方法則對(duì)通訊系統(tǒng)起到了重要的支撐作用，首先對(duì)PLC和相關(guān)聯(lián)的通信系統(tǒng)進(jìn)行了分析，隨后，通過硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)搭建三個(gè)方面對(duì)S7-400PLC在通訊系統(tǒng)中的開發(fā)研究進(jìn)行了分析，分析研究結(jié)果為進(jìn)一步通訊控制搭建提供了一定思路。

關(guān)鍵詞：西門子S7-400；通訊系統(tǒng)；PLC

1 PLC及通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

PLC（可編程邏輯控制器）的工作原理和計(jì)算機(jī)的工作原理基本相同，都是通過對(duì)用戶程序的執(zhí)行來(lái)完成各種任務(wù)，從時(shí)間的角度來(lái)說，PLC執(zhí)行的任務(wù)是串行的，即在同一時(shí)間內(nèi)只能執(zhí)行同一個(gè)程序，程序的發(fā)生也主要分成輸入、執(zhí)行和輸出三個(gè)階段，由于硬件可靠性和軟件設(shè)計(jì)的方便性，PLC在眾多控制系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用。

從設(shè)計(jì)角度來(lái)說，PLC的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程主要分為以下幾步：

1、分析被控對(duì)象的需求：要了解被控對(duì)象的設(shè)備、生產(chǎn)線和過程，要了解控制的基本方式、保護(hù)和連鎖等，對(duì)相對(duì)復(fù)雜的控制，學(xué)做到分開分析。

2、確定輸入和輸出設(shè)備：對(duì)于很多大型設(shè)備或者控制終端來(lái)說，輸入和輸出的點(diǎn)很多，類型也不近相同，所以需要實(shí)現(xiàn)確定被控對(duì)象的功能要求，常用的模擬量輸入設(shè)備包括溫度傳感器、壓力傳感器，模擬量輸出設(shè)備例如比例閥，以及眾多的數(shù)字量輸入輸出設(shè)備例如：按鈕和相應(yīng)的開關(guān)燈，液壓閥等。

3、選擇合適的PLC類型：不同的PLC類型會(huì)在性能和功能上存在一定的差異，因此需要根據(jù)控制終端來(lái)進(jìn)行確定使用的PLC類型。例如在控制精度高的領(lǐng)域就應(yīng)選擇S7-400系列PLC系統(tǒng)，該系統(tǒng)掃描周期短，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間也會(huì)縮短。

4、分配輸入和輸出點(diǎn)：根據(jù)輸入輸出點(diǎn)來(lái)制定分配表，畫出相應(yīng)的接線端子圖，并且根據(jù)程序要求來(lái)進(jìn)行配電板、配線箱、控制柜、操作臺(tái)的設(shè)計(jì)和相應(yīng)的施工。

5、設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)程序：根據(jù)終端的要求和流程對(duì)程序進(jìn)行編輯，程序設(shè)計(jì)也是系統(tǒng)平臺(tái)搭建的過程中最為核心的一步。

6、將程序植入到PLC之中：植入到PLC的程序可行性需要通過調(diào)試來(lái)完成，軟件的疏漏也需要進(jìn)行檢測(cè)。

7、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)并編寫技術(shù)文件：在系統(tǒng)和設(shè)計(jì)終端完成的時(shí)候，進(jìn)行最后的調(diào)試和使用。

通信系統(tǒng)的概念比較廣泛，可以說，任何系統(tǒng)性的設(shè)備和項(xiàng)目都應(yīng)該配備完整高效的通訊系統(tǒng)，這樣可以進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)部的工作效率，加強(qiáng)和外部的信息交流，本文所討論的主要是自動(dòng)化設(shè)備在PLC控制下的通訊系統(tǒng)，從技術(shù)角度來(lái)說，這類通訊系統(tǒng)的難點(diǎn)主要在于硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、通訊協(xié)議的搭建等內(nèi)容。

2 具體開發(fā)方案

首先從硬件角度對(duì)控制系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，對(duì)于自動(dòng)化設(shè)備來(lái)說，很多部件都會(huì)受到控制系統(tǒng)的調(diào)配從而進(jìn)行使用，其中，應(yīng)用最多的便是電機(jī)，在一個(gè)空間率很高的設(shè)備之中，電機(jī)之間的距離也不是十分明顯。這時(shí)候，可以利用PLC作為下位機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制，PLC和變頻調(diào)速器可以構(gòu)成多分支的通訊控制網(wǎng)絡(luò)。利用通信技術(shù)，由計(jì)算機(jī)最終控制PLC，PLC直接控制變頻器來(lái)完成電機(jī)調(diào)速，方法便是將通訊模塊繼承在變頻器中或者利用通訊模塊的存在與PLC進(jìn)行充分的連接，通過通訊接口控制變頻器來(lái)帶動(dòng)電機(jī)的工作和調(diào)速。采用西門子S7-400PLC可以讓這樣的控制過程高效簡(jiǎn)潔。計(jì)算機(jī)的通訊接口串口RS232可以和S7-400PLC的通信擴(kuò)展板通過變換接口來(lái)進(jìn)行連接。如圖1所示，為S7-400PLC的控制硬件系統(tǒng)搭建，變頻器的連接單元需要滿足通信規(guī)范，PLC的數(shù)字顯示器則需要顯示控制數(shù)據(jù)，通訊系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)也需要得到一個(gè)連續(xù)的計(jì)算和比較。

圖2 控制硬件搭建

上述的硬件連接可以構(gòu)成整個(gè)控制系統(tǒng)，這樣的連接可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)PLC遠(yuǎn)距離的調(diào)試和控制、PLC的離線編程，以及PLC對(duì)變頻器的遠(yuǎn)距離監(jiān)控等操作，使得通訊系統(tǒng)的控制更加靈活。

軟件方面，S7-400的編程語(yǔ)言非常豐富，在標(biāo)準(zhǔn)的STEP7軟件包中就配備梯形圖語(yǔ)言、語(yǔ)句表和功能塊圖，數(shù)據(jù)類型也包括基本數(shù)據(jù)類型、符合數(shù)據(jù)類型和參數(shù)類型。為了在通訊系統(tǒng)中進(jìn)行方便的搭建和使用，采用Windows操作系統(tǒng)配合PLC軟件包相對(duì)來(lái)說比較實(shí)用。在整個(gè)軟件設(shè)計(jì)的過程中，需要嚴(yán)格按照通訊工作的具體流程來(lái)完成。

3 PLC網(wǎng)絡(luò)控制

在工業(yè)控制系統(tǒng)中總線技術(shù)已經(jīng)成為PLC與控制設(shè)備通訊的主流技術(shù)，在過去10年P(guān)ROFIBUS總線大量應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，而在未來(lái)新一代總線標(biāo)準(zhǔn)PROFINET 的應(yīng)用也在逐漸增加，將現(xiàn)有profibus總線升級(jí)為PROFINET，通過代理（Proxy）模塊兼容profibus，實(shí)現(xiàn)一種類型的網(wǎng)線貫通全廠也逐漸成為一種趨勢(shì)。

PROFINET相對(duì)于PROFIBUS主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓屿`活，支持樹形，環(huán)形，星型，wlan網(wǎng)絡(luò)。

2.通訊延時(shí)更低，達(dá)到100MS-1MS。PROFINET不光支持TCP/IP通訊，為了更好的適用于運(yùn)動(dòng)控制（對(duì)延時(shí)最敏感的一種控制類型），應(yīng)用PROFINET還可以選擇實(shí)時(shí)（RT）通訊模式，同步實(shí)時(shí)（IRT）通訊模式。

對(duì)于基于TCP/IP的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)來(lái)說，使用標(biāo)準(zhǔn)通信棧來(lái)處理過程數(shù)據(jù)包，需要很可觀的時(shí)間，因此，PROFINET提供了一個(gè)優(yōu)化的、基于以太網(wǎng)第二層（Layer 2）的實(shí)時(shí)通訊通道，通過該實(shí)時(shí)通道，極大地減少了數(shù)據(jù)在通訊棧中的處理時(shí)間，因此，PROFINET獲得了等同、甚至超過傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。

在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通訊中，對(duì)通訊實(shí)時(shí)性要求最高的是運(yùn)動(dòng)控制（Motion Control），PROFINET的同步實(shí)時(shí)（Isochronous Real-Time， IRT）技術(shù)可以滿足運(yùn)動(dòng)控制的高速通訊需求，在100個(gè)節(jié)點(diǎn)下，其響應(yīng)時(shí)間要小于1ms，抖動(dòng)誤差要小于1μs，以此來(lái)保證及時(shí)的、確定的響應(yīng)、，這些是PROFIBUS總線達(dá)不到的。

總結(jié)

未來(lái)的工業(yè)裝備自動(dòng)化程度會(huì)越來(lái)越高，對(duì)相應(yīng)的通訊系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的要求也會(huì)越來(lái)越高，S7-400PLC可以很好的支撐這一技術(shù)變化，能夠更多的應(yīng)用到通訊系統(tǒng)的控制流程之中。

參考文獻(xiàn)

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