通信技術(shù)在PLC自動化控制系統(tǒng)下的應用分析

西華師范大學計算機學院 趙興強

1 PLC網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)研究

可編程控制器的通信方式主要是由所選擇的制造商的類型決定的。西門子57--200系列的自動控制技術(shù)是原先自動化生產(chǎn)線中應用最為廣泛的一種控制技術(shù)，該技術(shù)的CPU對系統(tǒng)中的點對點接口以及多對點接口、現(xiàn)場總線等技術(shù)都提供了支持，同時該技術(shù)還包括了多種的自由口協(xié)議等通信方式。在之前的一些生產(chǎn)線通訊方案中一般所采用的都是PPI協(xié)議通信。

1.1 西門子PPI通信技術(shù)的研究

1.1.1 PPI通信協(xié)議

所謂的PPI通信協(xié)議其實也就是主站和從站之間的一種協(xié)議，在PPI通信協(xié)議存在的情況下，使得系統(tǒng)的主站和從站都處在了同一種的令牌環(huán)網(wǎng)中。如果主站通過檢測確定網(wǎng)絡(luò)不存在任何堵塞的時候，就會進行令牌的接收，也只有當主站擁有了令牌，才可以對其從站進行指令的下發(fā)，促使PPI網(wǎng)絡(luò)的建成。從另一個角度來看，PPI通信協(xié)議，只要在通信過程中的主站側(cè)來編寫就可以了。在主站中存在令牌可以向任何從站進行指令或者請求的下發(fā)，當從站受到主站的相關(guān)指令或者請求后，進行必要的響應。從站設(shè)備并不能啟動消息，只能在主站設(shè)備發(fā)出相應的信號后才會做出響應的反應。

①主站設(shè)備

主站設(shè)備又稱之為主站或主設(shè)備，其具體包括了STEP7/STEP--7Micro/win的變成設(shè)備和HMI設(shè)備，其中HMI設(shè)備具體包括了觸摸面板和操作員面板以及文本顯示等。

②從站設(shè)備

從站設(shè)備也被稱之為從設(shè)備或從站，其中包括了擴展機架和S7-200CPU 。如果在程序中使用了PPI的主站模式，57-200就可以作為運行中的主站設(shè)備。在完成了PPI的主戰(zhàn)模式之后，可以通過利用一些諸如網(wǎng)絡(luò)讀取或?qū)懭氲姆绞?，以實現(xiàn)將其他CPU上的數(shù)據(jù)成功的導入到S7-200CPU中。

③PPI高級協(xié)議

所謂的PPI高級協(xié)議就是允許建立一個設(shè)備與設(shè)備之間能夠有效連接的邏輯關(guān)系。正常情況下，數(shù)字系統(tǒng)中的每個設(shè)備都有一定的限制，所有的S7——200cpu對系統(tǒng)中所有的PPI協(xié)議都提供了一個很好的支撐作用，而EM277模塊只是單純的對PPI協(xié)議提供一定的支持。

④PPI網(wǎng)絡(luò)的傳輸方式和相應時間

PPI協(xié)議有屬于一種異步協(xié)議，它是基于字符的基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的，數(shù)據(jù)的傳輸都是通過USB接口和RS232來完成，一般情況下，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾誓苓_到1.3kbps以上。

1.1.2 PPI網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)形式

基于PROFIBUS現(xiàn)場總線標準，PPI網(wǎng)絡(luò)采用的是總線型拓撲結(jié)構(gòu)，從而可以建立一個多主站或單主站等具有不同類型的網(wǎng)絡(luò)配置。

①單主站的PPI網(wǎng)絡(luò)

這種形式的PPI網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分具體包括了以下幾部分內(nèi)容：帶有STEP 7-Micr o 或WIN的PG或PC，以及能夠作為主站設(shè)備的HMI設(shè)備；同時還包括一個或者多個的S7--200CPU，該CPU能夠作為主站發(fā)揮作用。

②多主站的PPI網(wǎng)絡(luò)

對于多主站PPI網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)主站設(shè)備能夠與CPU進行良好的設(shè)備通信，而且每個主站也可以和網(wǎng)絡(luò)上任何一個從站進行相應的數(shù)據(jù)交換。

③復雜化的PPI網(wǎng)絡(luò)

在比較復雜的PPI網(wǎng)絡(luò)中，要實現(xiàn)設(shè)備間的對等通信就需要對S7--200CPU進行相應的編程。而所謂的對等通信指的就是通信的雙方具有相同的權(quán)限，既能夠享受所提供的服務，同時也要能夠提供相應的服務。

1.1.3 編寫主站網(wǎng)絡(luò)程序段

在主站的網(wǎng)絡(luò)讀寫程序段編寫之前，需要做好的就是以下內(nèi)容：

①主站向各個從站所發(fā)送指令數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；

②主站發(fā)送的數(shù)據(jù)在主站的具體位置；

③數(shù)據(jù)發(fā)往從站的具體位置；

④從站從主站中接收數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。

2 PROFIBUS通信技術(shù)的研究

2.1 PROFIBUS技術(shù)的概述

在數(shù)字通信系統(tǒng)中現(xiàn)場總線具有很強的開放性和廣泛的應用，它屬于系統(tǒng)的集中化向自動化過度過程中的一項重大突破。目前在我國的自動化控制、制造自動化等領(lǐng)域，PROFIBUS系統(tǒng)都得到了較為廣泛的應用。在可編程功能的控制器和傳感器之間的數(shù)據(jù)信息處理的過程中，PROFIBUS系統(tǒng)中也發(fā)揮出了巨大的作用。

因為PROFIBUS通信技術(shù)對系統(tǒng)集成和工程現(xiàn)場都給予了很高的關(guān)注，所以務必要充分保證在一些復雜性程度較高的通信任務和一些對于通信速度和具有較高的、較嚴格要求的應用中的現(xiàn)場總線技術(shù)作用得到最有效的發(fā)揮，使其能夠?qū)φ麄€工程的自動化和過程自動化等方面內(nèi)容進行全面覆蓋，特別是在一些工廠的自動化生產(chǎn)和過程的自動化領(lǐng)域的應用最為廣泛，所以，PROFIBUS技術(shù)自產(chǎn)生到現(xiàn)在，在現(xiàn)場總線領(lǐng)域PROFIBUS一直都是國際上的領(lǐng)導者。

PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信的實質(zhì)內(nèi)容就是RS-485de 串口通信，其主要內(nèi)容涵蓋了以下三個子集：PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA，其目的也就是為了更好的滿足當代工廠網(wǎng)絡(luò)中對應用多樣化的需求。

PROFIBUS-DP與PROFIBUS-FMS這兩方面的物理層的連接接口一般都是采用的RS-485，在網(wǎng)絡(luò)的物理連接工作中，采用了屏蔽單對雙絞線的A型電纜。由于RS--485，具有較簡單的鏈接形式，在總線上的節(jié)點也能夠進行必要的增加或減少，而過程中的分布投入對其他節(jié)點的操作也不會產(chǎn)生不必要的影響，RS--485傳輸技術(shù)的基本特性如圖1所示：

圖1 RS--485傳輸技術(shù)的基本特性研究

2.2 PROFIBUS的基本組成

PROFIBUS系統(tǒng)的基本組成也就是PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA以及PROFIBUSFMS三大子集。

PROFIBUS-DP的應用主要針對的是工廠現(xiàn)場的，DP主要的就是完成對一些設(shè)備如：可編控的控制器、傳感器和自動控制設(shè)備以及執(zhí)行器之間的快速而又穩(wěn)定的通信任務，同時也可以建成一些多主站或者單主站的系統(tǒng)。到現(xiàn)在為止，在整個PROFIBUS的應用中，DP占據(jù)了將近80%，因此有時也會把DP泛指為PROFIBUS。

PROFIBUS-FMS主要針對的就是工廠車間級別的較大范圍的圖文轉(zhuǎn)換，對各個主站和從站之間的通信功能進行了定義，同時規(guī)范了在不同應用層次上的各個主站系統(tǒng)之間的通信報文，滿足了在車間級或者是在同一流水線層面上的實時監(jiān)控的任務要求，其工作重點就是對車間級別的控制提供了具有周期性、大范圍和中速以及非周期性的通信服務。

PROFIBUS的固有令牌與PROPINET通信協(xié)議在嚴格意義上有著本質(zhì)上的差別，因此也就不能用PROFI來代稱。但換個角度來看，PROPINET也是PROFIBUS向以太網(wǎng)發(fā)展過程中的重要一步，其應用了比較多的PROFIBUS界面規(guī)范，而且在應用過程中對于PROFIBUS產(chǎn)品的兼容性和互聯(lián)性也進行了充分的考慮，因此PROPINET也被看作是PROFIBUS的一重要子集。

3 結(jié)語

文章主要研究了通信技術(shù)在PLC自動控制系統(tǒng)中的應用，而對于那些觸摸屏和一些組態(tài)軟件方面內(nèi)容的研究還遠遠不夠，這也是本次研究存在的一些欠缺和不足，也是需要后期去加大力度去深入研究的。對于目前的現(xiàn)場總線技術(shù)，雖然在某些方面具備一定的優(yōu)點，但依然存在著一些有待完善和解決的問題，如現(xiàn)場總線技術(shù)具有較多的標準，造成了選擇的困難；產(chǎn)品品種比較少，同時大型的系統(tǒng)又很難集成；在一些不同的總線技術(shù)中采用的也都是一些完全不同的通信協(xié)議，直接導致了不同現(xiàn)場總線技術(shù)之間互相操作的不可能性，這些問題都是值得我們?nèi)ド钏己脱芯康?，同時也應該作為我們未來工作的一重點內(nèi)容和研究方向。

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