基于PLC自动化控制系统的通信技术探究①

谢玉川

摘要：随着科学技术水平的提高，PLC自动化控制技术被广泛应用于多个领域，为实现各个设备的有效控制，需要做好通信技术设计。基于此，本文探究PLC自动化控制系统中通信技术的先进意义，重点探究该系统中的通信技术，以供相关工作参考。

关键词：通信技术;PLC技术;自动化控制系统

引言：目前，随着自动化控制领域的不断发展，工业生产中广泛应用PLC自动化控制系统，而通信技术作为该系统实现和运作的关键，直接影响整个系统的安全稳定性。因此，为提高整体生产效率，实现设备和生产环节的紧密连接，探究该系统中的通信技术是必要的。

1.探讨PLC自动化控制系统中的通信技术的先进意义

从当前工业生产发展现状来看，相较于以往，其规模化、机械化和自动化水平得到极大提高，其中，PLC自动化控制系统发挥了不可替代的作用。该系统覆盖工业生产相关设备，实现了物资的合理分配以及故障的及时检测与处理，极大的提高了工业生产效率与效果。通信技术作为PLC自动化控制系统的重要组成部分，在系统运作过程中发挥着极大的作用，可以说，通信技术是PLC自动化控制系统有序运作的基础。因此，应探究该系统中的通信技术，不断优化技术使用，提高信息流通准确性，并为相关工作人员和工作提供技术支持，实现自行调控，进一步提高工业生产的智能化水平[1]。

2.探究以PLC自动化控制系统为基础的通信技术

2.1 PPI通信技术

所谓PPI通信技术，指的是目前PLC自动化控制系统中最为基础的一种通信方式，通过PORT0/1端口就能够实现通信。在该通信技术中，主站-从站协议就是PPI，由于二者存在于统一令牌环网中，所以，通过进行令牌的接收，主站就能够获得发送指令的权限，形成PPI网络。因此，在PPI通信技术的应用下，指令与请求的发出者就是主站，响应者为从站，通过将PPI作为构建主站网络的基础，可以是该系统支持32个主站，并与从站进行友好通信。如果主站在与从站处于同一网络但没有接收令牌时，那么主站也可以响应其他主站。从目前技术发展现状来看，编程设备、HMI设备以及触摸面板等是构成主站的主要设备，其中，编程设备指代系统，而扩展机架和CPU则是构成从站的主要设备。对于西门子S7-200而言，在从站具有CPU的情况下，从站在某些时刻也可以发挥主站的作用，例如读取或写入相关数据。除此之外，在该通信技术中还具有一种更高级的PPI协议，该协议将逻辑建立在网络设备之间，但是值得注意的是，该协议对设备具有较高要求，即不支持过多设备。

在网络组态的构建方面，PPI通信技术的基础是PROFIBUS标准，基本结构形式为总线型拓扑，为此，在该通信技术实际使用过程中，企业可以通过结合自身需求进行差异化PPI网络的建设，比如复杂系数较高的PPI网络，或是单主站PPI网络等。除此之外，由于主站读写信息功能的实现是依靠读写指令，所以，在PPI网络实际应用过程中，相关工作人员应根据自身需要编写读写程序。编写前，需要掌握该要点，即掌握主站数据发出长度、位置、指向位置、数据接收长度、数据读写位置等，以此为基础编写读写程序[2]。

2.2 PROFIBUS技术

PROFIBUS通信技术整体应用场景更加广泛，所谓PROFIBUS，主要是指工业现场总线，是一种开放性数字通信系统，相较于PPI通信技术，PROFIBUS通信技术在工业自动化领域中的应用可是实现自动化系统的分散式发展。

首先，该通信技术的通信协议结构。该通信技术架构为：RS-485窗口通信，协议结构由三个子集组成，分别为PROFIBUS-FMS/DP/PA。其中，由于PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-DP的接口为物理连接，所以采用的电缆类型为单对双绞铜线A型电缆。由于该技术由此组成，所以在协议结构下，不同子集发挥的不同的功能作用，具体而言：首先是PROFIBUS-DP，作为技术结构的应用层，是该通信技术的核心，应用占比超80%。面向的主要对象包括传感器、PLC系统以及执行器等，传输速度较高。其次是PROFIBUS-FMS，其主要负责中等传输速率的通信工作，所以应用场景多为车间级通信，为相关设备和人员提供中速周期性和非周期性的大范围通信服务。最后是PROFIBUS-PA，该层次主要发挥基础性作用，应用场景为总线供电相关场合。

其次，该通信协议的通信参考模型。PROFIBUS通信技术的通信参考模型为OSI开放系统互联网模型，在该模型中，PROFIBUS通信技术子集具有不同的层与行规。比如，PROFIBUS-DP所采用的是用户层、现场总线数据链路层FDI以及物理层，Token-Passing主从分时轮询协议是各项信息数据传输和总线控制功能实现的基础。而PROFIBUS-FMS与PROFIBUS-DP在用户层和物理层上较为相似，但是因为该子集负责的功能作用不同，其现场总线链路层上采用了报文规范，因此，相较于PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS提供的通信服务功能更为强大。最后，PROFIBUS-PA在数据链路层扩展协议应用方面与PROFIBUS-DP相同，但其物理层使用了IEC 1158-2标准，并使用耦合器将PROFIBUS-PA和PROFIBUS-DP网段进行连接。

另外，PROFIBUS通信技术的总线访问控制分析。在PROFIBUS通信技术系统中，无论是PROFIBUS-DP还是PROFIBUS-PA，亦或是PROFIBUS-FMS，控制操作的实现均以单一总线访问方式进行，但是涉及主从、令牌传递相关操作，系统总线控制共有两种方式。在该技术系统实际运作过程中，数据发送站点有且只有一个，外加相关工作和人员对数据传输提出的实时传输要求，在该情况下，令牌传递方式成为该通信技术总线访问控制的主要方式。相较于主从传递，令牌传递属于特殊报文，其应用范围不大，仅复杂主站之间的通信，若是处于主站之间的循环周期，相关工作人员还可以提前对其进行设定，从而满足通信需求。简单来说，通过令牌的传递，PROFIBUS总线控制能够在规定时间间隔内获取令牌，从而获得总线访问权，实现信息数据的发送和索取，并将整个系统组态为不同形式的系统，以此满足具体需求。

最后，PROFIBUS通信技术的通信协议。不同于PPI通信技术，PROFIBUS通信技术的通信协议分析需要从多个方面进行，分别为网络连接、物理以及数据链路层。其中，当PROFIBUS物理层采用的连接方式为物理连接时，即RS-485接口，在PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS都采用该连接方式时，RS-485需要采用平衡差分传输方式。与此同时，其总线段结构中，为实现相同大小但方向相反的信号没需要使用带有屏蔽层的双绞电缆进行连接与传输，一方面满足信号传输需求，另一方面降低环境噪声对信号传输质量的影响。此外，在该物理连接的基础上进行拓扑结构的搭建，能够使该系统大单一网段接入32台设备，而且，网段距离高达1200m，虽然距离较远，但其传输速率并未受到较大影响，甚至可以根据使用要求进行数据传输速率的自由选择，一般情况下可选择区间为：9.6Kb/s-12Mb/s。而PROFIBUS通信技术的数据链路层基础为OSI参考模型，在该情况下，能够明确规定传输协议、总线存取控制以及报文处理等，还能够实现信息数据的安全传输，并通过结合自身实际需求将链路连接进行建立、拆除或是维持等，能够有效提高数据传输准确性。此外，通過在PLC自动化控制系统中应用PROFIBUS通信技术，还能够使用多种方法实现系统的故障诊断，就目前发展现状来看，主要有硬件诊断方式、软件诊断方式，前者包括BT200硬件测试和Profitrace在线诊断，后者则包括专用诊断功能块诊断方式和系统功能块诊断方式。

结论：综上所述，科学技术的发展使得基于PLC自动化控制系统的通信技术已经取得良好发展成果，极大的提高工业自动化水平。因此，相关工作人员应深入研究该系统的通信技术，积极使用PROFIBUS通信技术，以此为基础进行创新设计，尤其是故障诊断方面，从而推动企业更好发展。

参考文献：

[1] 肖蕾蕾，史二娜，姬冠妮. 基于PLC技术的轨道交通信号灯自动化控制系统[J]. 自动化与仪器仪表，2020（11）：96-98，102.

[2] 顾波. 谈PLC冶金自动化控制系统中通信技术的应用[J]. 百科论坛电子杂志，2019（3）：311-312.