基于PLC自动化控制系统的通信技术研究

宋伟

摘要：工业领域的发展，相应促进了自动化控制技术的发展，通信技术也呈现出新的发展趋势。现场总线技术能够有效控制现场设备层数，满足现场设备智能化要求和自动化要求，通过研究PLC与现场总线控制技术，能够实现工业生产的智能化控制。此次研究主要是基于PLC自动化控制系统，讨论和分析通信技术，全面提升系统运行的实时性与稳定性。

关键词：PLC技术;自动化控制系统;通信技术

自动化技术的应用优势显著，因此通信技术在PLC技术支持下，也开始迎来新的发展机遇，即现场总线技术。该项技术可以对现场设备层数进控制，因此实现设备通讯，还能够对工厂自动化车间进行监控，以此实现现场设备的智能化要求与自动化要求。通过研究PLC技术，有助于提升工业现场的智能化水平，研究价值非常高。

1、PLC通信网络

在计算机网络体系中，按照网络拓扑结构、网络规模、网络分布距离，可以将计算器网络划分为不同类型。其中，按照网络分布距离，可以将计算机网络划分为局域网、广域网、互联网。按照网络拓扑结构，能够将计算机网络划分为树形结构、总线结构、星形结构与环形结构。按照PLC网络组成规模，可以划分为简单网络和多级网络。第一，简单网络。在计算机网络中，简单网络主要包含主站计算机，从站包含多个PLC，形成集散控制系统。在该系统中，个人计算站位操作站，具备报警监控功能、显示功能、编程功能，PLC可以承担控制功能。将PLC作为主站，将其他同类型号PLC作为从站，建立主从式网络。在主站PLC上配置显示器、打印机，以此实现操作站功能。值得一提的是，PLC类型会直接决定通信系统的从站数量。第二，多级复杂网络。大型企业多采用多级网络模式，且自动化系统要求企业建立自動化模型。PLC生产的差异比较大，因此自动化系统网络结构的功能和层数差异比较大。但是生产商主要是按照生产金字塔结构，全面描述产品功能，且底层为工业生产检测与控制;中间层可以优化控制生产过程;上层能够实现生产管理。PLC网络系统采用3～4级子网形成复合结构，在开发系统中，参考模型的层数为7层，且不同层使用不同的通信协议。为了保证控制需求具备差异化特点，需要将控制网络划分为不同层次。

2、通信协议在PLC自动化控制系统中的应用

为了确保网络系统双方的通信交流正常化，必须针对网络通信，制定专门的通信协议，以此处理通信期间出现的问题，确保数据通信的顺利性。通信协议属于网络通信规程，从本质上看，通信协议属于约定集合，能够全面发挥出信息传输和通信功能，对网络信息进行准确识别，实现数据同步效果。采用错误检测和错误修正等方式，可以提升数据信息的准确性。PLC网络通信协议主要包括通信协议和专用协议。

2.1     专用协议—中、底层子网

底层子网的任务在于过程控制、工程数据命令。尽管信息比较短，然而实时性要求非常高。专用协议比较关注物理层、链路层、应用层，整个层数比较少，信息传输速率非常高。转移协议包含点-点接口协议、多点接口协议、现场总线协议、数据交换协议、自由通信接口协议。

2.2     通用协议—PLC网络

在PLC网络高层子网中，应用通信协议可以承担网络互联功能、局域网互联功能。对于高层子网通信来说，主要复杂管理信息传输，因此与商业网络的性质比较相似。

2.3     信息检错与纠错应用

在信息系统中，兼备信息检错和纠错功能，此时就会产生误码控制能力，有效衡量通信系统质量。在传输数据时，系统能够自动化识别错误过程，由此发挥出检错功能。系统识别错误后，进行纠正和消除处理，该过程为纠错。在普通通信控制中，检错通过奇偶校验和方阵码等方式，对重发方式进行反馈。在高级通信控制中，可以通过循环冗余码检错方式。不管是检错还是纠错，都可以实现自动化操作，全面提升纠错与检错效率，进一步提升准确性。

2.4     PPI通信技术的应用

PPI协议属于基本通信方式，利用原有端口可以实现通信，属于默认通信方式。对于PPI通信协议来说，其属于主站和从站协议，隶属于令牌环网中。主站内检测网络无堵塞问题时，可以接收令牌。只有具备令牌主站，才可以向其他从站发送指令，建立PPI网络。主站在获得令牌后，能够向从站发出指令和请求，从站测相应主站请求，此时从站设备不会启动消息，而是在主站设备发送请求后，才会做出响应。

使用PPI能够建立多个主站网络，主站可以通过PPI协议管理，与从站共享通信。PPI不会限与从站通信的主站数量，然而在同一网络中，主站个数必须小于32个。如果网络上包含多个主站时，在传递令牌之前，应当对下主站站号进行检测，以此传递令牌，不能将主站站号设置得太高。如果在网络中添加新主站，则需要经过两个令牌传输后，才能够建立网络拓扑，之后再接收令牌。对于PPI网络而言，主站没有接收到令牌，也可以响应需求。

对于主站设备来说，主要包含编程设备和HIM设备;对于从站设备来说，主要包含中央处理器、扩展机架。将PPI主站模式应用到用户程序中，可以将运行模式的中央处理器作为主站。在应用主站模式后，可以采用网络读取或者写入等方式，从中央处理器上读取数据。

2.5     PROFIBUS通信技术的应用

由于数字通信系统现场总线具备较强开放性，因此在多个领域得以广泛应用。通过应用现场总线技术，可以实现系统自动化发展，现实意义非常高。相比于发达国家来说，我国制造自动化技术和自动化控制水平比较落后。应用数字通信系统现场总线技术，可以确保工业企业广泛应用现场总线系统，联合传感器数据处理、控制器可编程方式。

从本质上看，PROFIBUS网络通讯属于串口通信，包含PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA，可以满足工厂网络的应用需求。在PROFIBUS中，DP和FMS属于物理层连接接口，网络物理连接主要应用屏蔽电缆，整体连接比较简单，可以减少总线节点，且通过分布投入方式，也不会对节点操作造成影响。

现场总线系统可以关注到系统集成和工程现场，全面发挥出高级通信作用和现场总线技术，确保项目全过程的自动化水平。在现场总线技术应用中，能够表现出先进行与优越性，因此被广泛应用到自动化生产中。通过现场分析可知，现场总线技术的应用前景广阔。

3、结束语

综上所述，在PLC自动化控制系统中，通信技术具备较高的应用价值，优势特点显著。然而在实际应用期间还存在较多问题，通信信息差异及导致总线技术通信协议问题。所以现场总线技术不能实现相互操作。在后续发展中，需要适当提升通信技术，将其应用到PLC端控制系统中，深入分析系统应用问题，弥补不足问题，以此提升自动控制系统的应用效果，进一步增强PLC系统的应用价值。

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