通信网络系统中PLC控制系统的应用

张治峰

摘要：从校园无线局域网目前所反映出的问题得知，校园无线局域网未来发展的方向为“根据无线网络自身的技术特性和人们在管理和意识上的疏忽，来提高其安全性”。在未来的发展中，校园无线局域网必将更加普及，而有线网络将逐渐退居二线，作为辅助方式，这是大势所趋。网络化、分布式、高速、高效以及高科可靠性是PLC通信网络未来发展的一个方向，现场设备级朝着现场总线标准方向发展，工控管理级朝着051发向发展，控制级网络自身不断完善并取得进步，同时在这个过程中着力靠近现场总线，从而形成开放化、标准化的通信网络。

关键词：PLC；控制系统；通信网络

PLC 网络常用的通信方法。现阶段，PLC 在各个领域中获得了非常广泛的应用，其相关研究也更加深入和具体，这在极大程度上推动了 PLC 的应用和发展。PLC 网络通信方式大体可以分为并行通信和串行通信两类，前者具体是指多处理器间的相互通信，多发生在 PLC 的内部，而本文重点分析后者即 PLC 网络的串行通信方式。根据PLC 网络的实际功能，可将其分为控制网和通信网两种类型，其中控制网一般只负责开关量的传送，即 on/off。该网络形式的特点是传输的数据量相对较少。通信网又被称为数据高速公路，其与一般的局域网较为类似，既可以传输开关量，也可以传输数字量，传输的数据量相对较大。PLC，即可编程控制器的英文缩写，它是一种将微机技术、通信技术以及自动化技术进行综合运用的常用的工业上的控制装置。一般比较常见的包括日本生产的三菱、欧姆龙等，我们本国生产的主要有永宏、汇川和台达等，其中很多是以日系三菱为参照生产的，而且编程几乎都属于按顺序编程，欧系中则主要有施耐德和西门子等。随着我国工业自动化的不断快速发展，PLC在工业控制领域中应用范围越来越广，涉及到的应用面也越来越多。针对目前主要使用的S7-300、OMRON等通信网络，参照其特点、性能， 本文将结合目前我国工业领域当中PLC应用的现实情况对PLC进行探究分析。

一、PLC控制系统

（一）控制好PLC的基本要点

PLC实现控制的基本点主要有两个，一个是可靠物理实现，另一个是输入以及输出信息的信息交换。输入输出信息的交换的前提是运行程序运行，这个程序是存储在内存中的。这个程序也分两种，一种是PLC的生产厂家自行提供的原始系统，另一种则属于自助开发的应用程序。通常，系统程序有两个优点，首先，可以为用户提供一个可靠的运行平台；其次，可以很好的保障PLC用户自行编辑的程序顺利运行，并对程序运行是产生的信号与信息进行及时处理。

可靠物理实现对于输入（INPUT）与输出（OUTPUT）电路依赖性很强。在PLC进行输入电路的时候，首先是进行输入信号的滤波处理，将高频率的干扰过滤掉；第二步是依靠继电器或者光耦元件连接起来，在PLC内部和计算机的电路执行光隔离。关于输出电路，一定需要注意的是输出电路必须扩大多倍的输出功率，其主要目的是把接触器、继电器或者其他的工业控制元器件很好的带动起来。

（二）PLC运行过程中的控制过程

在PLC的实际应用过程中其主要的控制步骤一般有6个，包括输入刷新、运行用户程序、输出刷新、再输入刷新、再运行用户程序以及再输出刷新。在这个过程中，系统会不断反复进行循环运行，并且在这个运行的过程中系统会对程序作公共处理，公共处理包括了对循环的时间进行监控，通信处理和外设服务等。

（三）PLC运行过程中的控制方式

PLC的不同决定着其控制方式上也千差万别，当前PLC的控制方式根据PLC的不同主要分为4种，首先是开关量的逻辑控制，其次是运动控制，再有是模拟量控制，还有是过程控制，这4种就是当前主要的PLC控制方式。

二、PLC通信网络

（一）全局 I/O 通信

该通信方式归属于串行通信的范畴，常被用于带有连接存储区的 PLC 之间的通信，该方式的基本通信原理如图 1 所示。

在图 1 中，编号相同的发送与接收区域的容量大小完全相等，所占用的地址段也相同，其中只有一个区域为发送区，而其他区域全部都是接收区。全局 I/O 采用广播通信方式，即由PLC1 将位于 1#发送区内的数据信息经由 PLC 网络广播出去，然后由 PLC2 和 PLC3 将该数据信息接收下来，并存储在各自 的接收区域当中。同理，由 PLC2 广播出来的数据信息，则由PLC1 和 PLC3 负责接收和存储。由于在全局网络中各个 PLC链接区的大小都相同，加之所占用的地址段也一致，所以，当其中某一台 PLC 对自己所在的链接区进行访问时，便相当于访问了其他 PLC 的链接区，该过程实质上是 PLC 之间交换数据的过程。在全局网络中，链接区的划分是以 PLC 的 I/O 区为基础，通过等值化通信转换成为网络内所有 PLC 的共享区域。该通信方式可用读写指令对链接区内的数据信息进行读写，其特点是简单、快速和方便。

（二）控制级网络

控制级网络不同于工控管理级网络的不同点在两个地方，控制级网络有着两个特别鲜明的特点，一是控制级网络的运用范围是生产设备的控制，主要对生产过程的状态监测、监视和控制。二是对于安全性、实时性以及可靠性的要求非常高，数据量的传输一般不大。具体以欧系的SINECL1为例子，虽然SINECL1的拓扑结构为总线型，可是他的主要功能却是PLC之间的互连。连接设备有PLC，并以双绞线为连接介质，节点只要仅仅的31，速率为9.6kbPs。控制的距离只有50km左右。控制级网络一般所具有的特点是，通信的速率相对更高，网络传播范围更加广泛，结构比较灵活，介质简单、扩展性更好。

（三）工控管理级网络

为了是企业的管理需求的到充分满足，工控管理级网络一般提供高速、大容量并且实时准确的数据交换，与企业各个管理部门之间相互连接，同时为企业的MIS提供最基础的数据，按照上层决策实施控制系统的优化工作。还是以欧系西门子的SINECL1作为例子进行分析，SINECL1的最主要的功能是PLC及其和上位机见的相互连接。连接的设备主要是PLC与PC，并以光纤、同轴电缆作为连接介质，节点为1024，速率为10Mbps。控制的距离一般有两种情况，光纤和同轴电缆，光纤的控制距离是4600m，同轴电缆的控制距离是1500m，与控制级网络结构一样，同为总线型拓扑型结构。工控管理级网络在发展上的特点主要有标准化、开放性、高速性、光纤介质、拓扑结构的灵活以及WEB技术支持。

（四）现场设备级网络

在现场设备级网络当中，一定要应用到现场总线。简单来讲，现场总线是通信网络，它是一种囊括了通信技术、计算机技术、控制技术以及仪表技术高度集成起来的串行、双向、多站并且全数字化的通信网络。现场总线是当今控制系统中的一个发展趋势，其功能是PLC和现场设备相互之间的连接，目前工业领域中运用非常广泛的现场总线当属欧系西门子的PROFIBUS以及A-B厂家的DEVICENET ，这两种现场总线运用率要高于其他现场总线（图2）。

三、結语

综上所述，网络化、分布式、高速、高效以及高科可靠性是PLC未来发展的一个方向，与此同时，PLC通信网络也走在标准化、开放化的道路上。现场设备级朝着现场总线标准方向发展，工控管理级朝着051发向发展，控制级网络自身不断完善并取得进步，同时在这个过程中着力靠近现场总线，从而形成开放化、标准化的通信网络。

现阶段，我国的PLC技术虽然有一定的成就，但是发展水平仍然落后于西方发达国家，这种局面要得到改善就必须坚持树立开放系统的设计理念，严格按照国际标准，把通信网络技术结合实际融入到PLC技术当中。另外，牢牢把握PLC通信网络技术目前发展的潮流，不断加强现场总线技术以及企业级的开发投入。计算机网络技术的飞速发展带动了PLC控制系统通信网络的飞速发展，所以，未来性能更高的网络技术和总线一定会不断出现，当前现有的网络技术也将不断提高、改进。

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