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        基于PLC技術(shù)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的研究

        2018-10-22 11:40:46劉洋
        關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)通信

        劉洋

        摘 要:本文通過(guò)對(duì)PLC控制技術(shù)的理論說(shuō)明,研究實(shí)現(xiàn)PLC網(wǎng)絡(luò)通信方法并加以論述,根據(jù)實(shí)際應(yīng)用確定此項(xiàng)技術(shù)的研究方向。

        關(guān)鍵詞:PLC控制技術(shù);網(wǎng)絡(luò)通信;通信方式;網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

        中圖分類(lèi)號(hào):TM76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        0 概述

        可編程控制器PLC(Programmable logic Controller)是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種數(shù)字邏輯運(yùn)算控制裝置。由于PLC無(wú)法單獨(dú)構(gòu)建系統(tǒng)完成對(duì)設(shè)備的控制、管理、監(jiān)控,且無(wú)法進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算以及進(jìn)行人機(jī)交互。因此隨著PLC技術(shù)部不斷改進(jìn)、創(chuàng)新,從單一控制轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣刂?,使PLC與設(shè)備之間、計(jì)算機(jī)與PLC之間達(dá)到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信,因此構(gòu)成控制系統(tǒng)的PLC也面臨著高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信功能要求。

        1 數(shù)據(jù)通信

        通過(guò)以資源共享為目的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)形成,開(kāi)辟了計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)新領(lǐng)域,通信網(wǎng)絡(luò)融入工業(yè)、生活、金融等行業(yè)設(shè)備中。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要任務(wù)是把不同區(qū)域位置、不同的數(shù)字設(shè)備通過(guò)信息化連接起來(lái),高效、準(zhǔn)確地完成數(shù)據(jù)的處理、交換和傳送任務(wù)。 在工業(yè)控制系統(tǒng)中無(wú)論是計(jì)算機(jī),還是PLC、變頻器及其他控制器都是數(shù)字化設(shè)備,它們之間交換的信息通過(guò)二進(jìn)制“0”和“1”的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析、傳遞。而PLC作為承上啟下的控制設(shè)備,必然要求具有數(shù)據(jù)通信功能。

        為使得數(shù)據(jù)通信能夠通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)用化,因此國(guó)際對(duì)通信方式進(jìn)行統(tǒng)一。PLC常用的通信方式有并行通信和串行通信,并行通信是把一個(gè)字符的各數(shù)位用幾條線(xiàn)同時(shí)進(jìn)行傳輸,傳輸速度快,信息率高,但它比串行通信所用的電纜多,因此串行通信常在傳輸距離較短和數(shù)據(jù)傳輸率較高的場(chǎng)合。串行通信是將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸,每一位數(shù)據(jù)占一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度,這種情況只要少數(shù)幾條線(xiàn)就可以在控制系統(tǒng)中進(jìn)行信息交換,通常用于遠(yuǎn)距離通信,但傳輸速度比較慢,對(duì)于多通信系統(tǒng)連接形式方法,如圖1所示。

        2 PLC通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

        對(duì)于PLC所構(gòu)建的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)按其規(guī)模大小、控制環(huán)境以及地域影響分為單級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)和多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

        單級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建主要是指以設(shè)定某一計(jì)算機(jī)為主站,連接多臺(tái)PLC控制器,并將其設(shè)定為從站,一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)多臺(tái)PLC進(jìn)行控制,組成單一扇形控制網(wǎng)絡(luò),在網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算對(duì)從站PLC進(jìn)行編程、操控顯示、監(jiān)控等操作,而多臺(tái)PLC負(fù)責(zé)執(zhí)行計(jì)算機(jī)傳輸?shù)闹噶钊蝿?wù),并將執(zhí)行過(guò)程、結(jié)果數(shù)據(jù)反饋給主站計(jì)算,計(jì)算機(jī)與PLC之間通過(guò)RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)連接,當(dāng)遠(yuǎn)距離通信時(shí)可將RS-232接口變換為并行接口進(jìn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

        多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建,通常以金字塔形式對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行逐級(jí)構(gòu)建,根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能不同網(wǎng)絡(luò)層數(shù)、傳輸形式均有所不同,在實(shí)際應(yīng)用中一般采用3~4級(jí)網(wǎng)構(gòu)形式,在構(gòu)建中可增加互聯(lián)形式,每級(jí)結(jié)構(gòu)均有計(jì)算機(jī)與PLC連接組成,在多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中層級(jí)主站一般設(shè)定PLC執(zhí)行,通常采用計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)判斷運(yùn)算以及指令發(fā)出和層級(jí)間的互聯(lián)信息傳遞,PLC僅進(jìn)行指令執(zhí)行、反饋,而頂層網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)PLC互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)進(jìn)行管理或與其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)。

        3 PLC網(wǎng)絡(luò)的常用通信方式

        PLC網(wǎng)絡(luò)各層級(jí)間的通信過(guò)程是依照通信協(xié)議決定的,而通信方式包括數(shù)據(jù)傳送方式和訪(fǎng)問(wèn)控制方式,所謂訪(fǎng)問(wèn)控制就是數(shù)據(jù)存取控制方式,是指通信介質(zhì)使用權(quán)分配控制方式,而數(shù)據(jù)傳送方式是在獲得通信介質(zhì)使用權(quán)后對(duì)數(shù)據(jù)傳送、接收的控制方式。其主要包括周期I/O通信方式、全局I/O通信方式、主從總線(xiàn)通信方式、浮動(dòng)主站通信方式、CSMA/CD通信方式、令牌總線(xiàn)通信方式等。

        4 西門(mén)子S7-200系列PLC的網(wǎng)絡(luò)通信模式

        在工業(yè)控制系統(tǒng)中通常采用西門(mén)子S7-200系列PLC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信,其支持多種通信協(xié)議,主要有:(1)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口協(xié)議(PPI),用PPI協(xié)議進(jìn)行PLC通信網(wǎng)絡(luò)連接中,采用一根PC/PPI電纜,將計(jì)算機(jī)與PLC連接在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中,PLC之間的連接則通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接器來(lái)完成,也可將人機(jī)界面(HMI)設(shè)備與PLC相連,計(jì)算機(jī)或HMI設(shè)備設(shè)定為主站。在這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中,S7-200 CPU是從站,響應(yīng)來(lái)自主站的要求。(2)多點(diǎn)接口協(xié)議(MPI),是集成在西門(mén)子公司的PLC、操作員界面和編程器上的集成通信接口,用于建立小型的通信網(wǎng)絡(luò),是一種比較簡(jiǎn)單的通信方式。MPI協(xié)議可以是主/主協(xié)議或主/從協(xié)議。(3)Profibus總線(xiàn)協(xié)議是一種開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng),符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。Profibus協(xié)議是用于分布式I/O設(shè)備(遠(yuǎn)程I/O)的高速通信,可以使用不同廠家的PROFIBUS設(shè)備,許多廠家生產(chǎn)類(lèi)型眾多的PROFIBUS設(shè)備,如簡(jiǎn)單的輸入/輸出模塊、電機(jī)控制器和PLC等。(4)TCP/IP協(xié)議利用通信處理器,可以將S7-200系統(tǒng)連接到工業(yè)以太網(wǎng)(IE)中。通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng),一臺(tái)S7-200 CPU可以與另一臺(tái)S7-200、S7-300或S7-400 CPU進(jìn)行通信,也可與OPC服務(wù)器及PC機(jī)進(jìn)行通信。還可以通過(guò)CP-243-1 IT通信處理器的IT功能,非常容易與其他計(jì)算機(jī)以及控制器系統(tǒng)交換文件。

        5 PLC通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

        PLC通信技術(shù)目前利用低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建組成,通信節(jié)點(diǎn)設(shè)置靈活性較強(qiáng),且利用現(xiàn)有資源可保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、可靠性,另需投入資源較少,且由于PLC技術(shù)的廣泛使用,PLC通信網(wǎng)絡(luò)將不斷擴(kuò)大,因此此項(xiàng)技術(shù)將會(huì)有較大的發(fā)展空間。但是由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)的地域性差別,導(dǎo)致電力結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不可控因素較多,因此如何對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化是有待解決的問(wèn)題。

        結(jié)語(yǔ)

        隨著PLC控制技術(shù)的不斷提高、完善,越來(lái)越多的設(shè)備采用PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,對(duì)PLC與外部設(shè)備通信能力提出更高的要求,因此不斷研究、發(fā)展PLC通信技術(shù)來(lái)提高工業(yè)自動(dòng)化控制水平,為設(shè)備運(yùn)行提供更有力保障。

        參考文獻(xiàn)

        [1]丁莉君,鄧莎萍.淺談PLC通信技術(shù)[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化,2007(29):64-66.

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        [3]雷霖.PLC通信技術(shù)及其應(yīng)用研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表,1999(5):25-27.

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