PC和PLC與現(xiàn)場儀器儀表通信的對比研究

周永輝

【摘要】隨著微電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器芯片的處理功能不斷提高，價格不斷下降，這拓展了計算機(jī)技術(shù)一個新的廣闊應(yīng)用領(lǐng)域，即嵌入式應(yīng)用。這種應(yīng)用的特點(diǎn)是將微處理芯片嵌入到各種設(shè)備、儀表中。而工業(yè)生產(chǎn)過程的控制系統(tǒng)正向智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。以某醇胺法高壓脫硫自控系統(tǒng)，對SR93溫控儀表的通信方式進(jìn)行改變，以PLC作為與現(xiàn)場儀器儀表Modbus通信的主設(shè)備，利用其成熟的通信功能實現(xiàn)與現(xiàn)場儀器儀表和上位機(jī)軟件之間的數(shù)據(jù)通信，同時還降低了開發(fā)難度。

【關(guān)鍵詞】通信；溫控儀表；PLC；PC

以PLC為核心的工控系統(tǒng)，一般皆由現(xiàn)場儀器儀表、PLC和PC機(jī)構(gòu)成，三者之間需組成網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)相互間的信息交互，而且經(jīng)常會遇到不同廠商生產(chǎn)的儀器儀表或PLC之間需要完成通信。Modbus協(xié)議即為應(yīng)此需求而開發(fā)出的主-從式通信協(xié)議，在無需進(jìn)行通信編程的前提下，實現(xiàn)PC對PLC內(nèi)部存儲區(qū)域的直接讀、寫操作。通過Modbus協(xié)議，PLC與PLC、PLC與其他設(shè)備之間，即可方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

一、醇胺法高壓脫硫自控系統(tǒng)介紹

某醇胺法高壓脫硫自控系統(tǒng)采用兩極監(jiān)控方式：上位機(jī)以標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制計算機(jī)ARK5260作為主要人機(jī)界面，完成對下位機(jī)的監(jiān)控及管理等功能；下位機(jī)以S7-300PLC為控制核心，構(gòu)成基礎(chǔ)測控層，完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和過程控制。

為了提高通信質(zhì)量，改為以PLC作為與SR93溫控儀表通信的主設(shè)備，相較于PC，雖然PLC有支持Modbus協(xié)議的通信接口，但一般都需要用來與PC通信，為了與現(xiàn)場儀器儀表組成Modbus通信網(wǎng)絡(luò)，就需要購買包含有多個支持Modbus通信接口的PLC或加入專門的通信模塊。

以PLC作為通信網(wǎng)絡(luò)的主設(shè)備，不但提高了通信質(zhì)量，而且上位機(jī)軟件只需實現(xiàn)PC和PLC的通信協(xié)議，避免了多協(xié)議并存的現(xiàn)象。更重要的是，PLC只需要調(diào)用其內(nèi)部通信命令就可以便捷地實現(xiàn)與現(xiàn)場儀器儀表的通信。

二、通信程序設(shè)計

以PLC作為SR93溫控儀表Modbus通信的主設(shè)備，不但要改變通信硬件和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)的布線，還需編寫PLC和SR93溫控儀表的通信程序，以及PC和PLC的通信程序，才能夠?qū)R93溫控儀表加入控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。

（1）PLC和SR93溫控儀表的通信程序。與SR93溫控儀表通信，PLC程序的設(shè)計是一個重要環(huán)節(jié)。根據(jù)控制要求，PLC程序包括讀取數(shù)據(jù)程序和寫數(shù)據(jù)程序。在PLC與多個現(xiàn)場儀器儀表的通信過程中，讀取現(xiàn)場儀器儀表數(shù)據(jù)的過程是連續(xù)的，而往現(xiàn)場儀器儀表中寫數(shù)據(jù)僅在需要時才進(jìn)行。

（2）讀取數(shù)據(jù)程序。在S7-300PLC系統(tǒng)，調(diào)用CP341的功能塊FB8和FB7，就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。執(zhí)行完FB8后，調(diào)用FB7接收SR93溫控儀表的應(yīng)答命令，根據(jù)儀表地址為SR93溫控儀表分別分配DB1、DB2、DB3和DB4存儲應(yīng)答命令。

讀取數(shù)據(jù)的最高一位的處理方法為：將讀取到的ASCII碼數(shù)據(jù)減去30，得到的結(jié)果與9比較，如果結(jié)果大于9則說明為A～F中的數(shù)值，再將結(jié)果減去1，然后左移12位，與F000進(jìn)行按位與運(yùn)算，得到高位的數(shù)據(jù)。其他位的數(shù)據(jù)處理與此類似，只是左移位數(shù)和按位與運(yùn)算不同，將所得到的4個數(shù)值相加后得到最終讀取的數(shù)值。將分解出來的數(shù)據(jù)存儲在分配好的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)后，上位機(jī)程序便可以讀取到這些數(shù)據(jù)。

三、采用PLC實現(xiàn)通信設(shè)計的優(yōu)勢

在另一例醇胺—砜胺—水溶液平衡溶解度測量裝置控制系統(tǒng)中，直接采用PLC作為與現(xiàn)場儀器儀表通信的主設(shè)備，不僅為設(shè)計人員節(jié)省了大量的編程工作量，而且系統(tǒng)穩(wěn)定，通信質(zhì)量高。

PLC強(qiáng)大的通信功能，使其穩(wěn)定性高，抗干擾能力強(qiáng)，特別是編程簡單，不需要進(jìn)行通信編程，而且不需要RS232/485轉(zhuǎn)換器，降低了系統(tǒng)對硬件、軟件方面的要求。對比分析的結(jié)論是：在以PLC為控制核心的工業(yè)控制系統(tǒng)中，與現(xiàn)場儀器儀表的Modbus通信上具有更多優(yōu)勢。

在醇胺法高壓脫硫自控系統(tǒng)中采用PLC取代PC作為與現(xiàn)場儀器儀表通信的主設(shè)備，就近與現(xiàn)場儀器儀表連接，實現(xiàn)了基于Modbus協(xié)議，并通過PLC的高速實時網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對現(xiàn)場儀器儀表的遠(yuǎn)程監(jiān)控，很好地克服了PC直接與現(xiàn)場儀器儀表通信的缺點(diǎn)，顯著增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時通信速率和成功率明顯提高。

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