PLC控制系统中通信网络的研究

摘要：PLC是一种常见的控制工业生产过程的装置，以其体积小、功能强、适用范围广等优点被广泛应用在工业生产的各个控制系统中。本文分析了PLC技术的原理和特点，针对PLC控制系统中通信网络的研究进行探讨，并阐述了PLC未来的发展趋势。

关键词：PLC控制系统；通信网络

一、PLC技术的特点

第一，PLC使用操作简单易学，制作编程简单，不需要专业的计算机编程语言。其主要使用梯形图、逻辑图和语句表达式等简单的编程语言。所以PLC系统不论是在开发制作还是使用方面都不是问题，降低了操作人员的门槛。另外其在线修改程序的特点可以方便工作人员现场调试，在不掉电，甚至不影响PLC正常运行的前提下就可以完成调试。第二，PLC可靠性和适应性强。因此，在PLC的硬件配置完成后，用户就可以立即调节用户程序来适用自己的需求。通过用户程序来完成调节可以大量减少接触点接触不良的状况，电路故障的发生率大大减少，而且PLC系统较为成熟的输入输出接口和通讯接口也使其具有较强的抗干扰能力。第三，与传统的控制系统相比，PLC控制功能出众，可以完成复杂的操作。此外，PLC可以进行通信联网，这样就方便人们进行集中控制。第四，PLC通过软件代替继电器控制，所以其安装相对简单，在硬件设施到位的基础上只要进行软件设置就可以完成安装，这样一来调试也在软件设置中完成，同样也减少了工作量。再者其维修工作也相对简单，工作量较少[1]。

二、PLC控制系统中通信网络的研究

1、PLC控制系统

1.1PLC实现控制的2个基本要点

PLC实现控制的两个基本要点是输入输出信息交换、可靠物理实现。入出信息交换需要依靠运行程序实现的，这个程序是存储于内存中的。程序有两种，分为PLC生产厂家提供的原始系统程序和用户自主开发的应用程序。

系统程序有两个好处：第一为用户提供了运行平台，第二，保证PLC用户自己所编程序的可靠运行，处理程序运行时信号与信息转换。

可靠物理实现是依赖输入（INPUT）和输出（OUTPUT）电路来进行的。PLC的输入电路第一步要对输入信号进行滤波处理，把高频干扰过滤掉，第二步是靠光耦元件或继电器建立连接，在内部与计算机电路进行光隔离。输出电路需要对输出的功率扩大若干倍，目的是带动包括继电器、接触器等其他的工业控制元器件。

1.2PLC的控制过程

PLC实现控制的过程一般有以下几个步骤：

（1）输入刷新。

（2）运行用户程序。

（3）输出刷新。

（4）再输入刷新。

（5）再运行用户程序。

（6）再输出刷新。

系统不断反复循环运行，在运行的同时系统会作公共处理，包括循环时间监控、外设服务及通信处理等。

1.3PLC的控制方式

不同的PLC的控制方式不尽相同，主要有开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制等四种控制方式。

2、PLC通信网络

从通信网络的应用领域和功能来看，通信网络可分为工控管理级网络（如ETHERNET）、控制级网络（如CONTROLNET、MODBUSPLUS等）、现场设备级网络（如现场总线）和远程I/O。

2.1工控管理级网络

为了满足企业级的管理需求，该层网络主要，提供实时、高速、大容量的数据交换，与企业各管理部门互连，为企业MIS提供基础数据，依据上层决策实施控制系统的优化工作。以西门子的SINECL1为例，其主要功能为PLC及其与上位机间的互连。连接设备有PLC和PC，以同轴电缆，光纤为介质，节点是1024，速率为10Mbps。控制的距离分为两种，同轴电缆是1500m或者光纤是4600m。而且以总线型为拓扑结构。

2.2控制网络

与工控管理级网络相比，控制网络具有明显的两大特点：第一是控制网络主要用于生产设备的控制，对生产过程的状态检测、监视与控制；第二是控制网络要求具备实时性、安全性和可靠性，数据传输量一般较小。以西门子的SINECL1为例，虽然以总线型为拓扑结构，但是其主要功能为PLC间互连。连接设备有PLC，以双绞线为介质，节点是仅仅为31，速率为9.6kbPs。控制的距离只有50km。控制级网络及其发展具有的特点：通信速率更高、网络范围更广、结构灵活、介质简单、扩展性更好。与工控管理网、现场设备级网络的结合[2]。

2.3现场设备级网络

在该层网络中，是需要应用现场总线的，现场总线是计算机技术、通信技术、仪表技术以及控制技术高度集成起来的一种全数字化、串行、双向、多站的通信网络。现场总线也是当前控制系统的发展趋势。功能是PLC与现场设备的互连，在当前PLC产品的现场总线中，西门子的PROFIBUS和A一B厂家的的DEVICENET是应用较为广泛的。

2.4远程I/O

远程I/O作为很早推出的通信技术，它向高速率、高可靠性的方向发展，同时也向分布式I/O方向发展。SIEMENS公司的S7系列就是具有分布式I/O的能力。

三、PLC未来的发展趋势

PLC自从出现以来就在不断的创新当中，这也是为了不断的适应社会发展的需求，PLC控制系统采用了全新的微处理器和电子技术，这样能够做到快速扫描，而小型的低成本的PLC能够成功的代替5个左右的继电器，这样就可以进一步的获得巨大的发展动力，此外，PLC低成本为工业控制节省了空间，在PLC的控制系统上有很多较为特殊的接口，这些接口一部分是允许一些器件直接接到控制器上。

由于相对传统的PLC中简单的逻辑控制功能已经不能够满足工控领域的需求，有很多新出现的控制系统中，简单的逻辑控制已经不存在了，新增加了很多全新的功能要，此外，在要求PLC的功能强大之外，大部分的工程开发人员还是希望整个控制系统的结构要相对简单一些，在开发的过程当中要更快捷一些，开放性更强[3]。

传统的控制系统中，都是采用的不同的软件进行编辑的，相互之间通过串口通讯进行有效的链接，这样的控制系统需要我们的工作人员费心费神的去注重开发过程，而且由于串口通讯的可靠性很差，使得整个控制系统会受到不同程度的干扰，最终会影响到整个控制系统。

目前，我国很多领域都运用了无线通讯方式，比如在网络安全性要求不高的地方，利用GPRS这一公网实现PLC网络系统无线数据传输和远程监控。因为传统通信基本上都是基于电缆、光缆、网线等传输方式，使得对硬件条件、布线、节点位置等受到限制，而无线传输方式的技术如果能够成熟，并得到广泛应用，那么将使得PLC也能像电话从座机到手机那样产生一个革命性的飞跃。除此之外，随着社会经济时代的发展，在未来的PLC控制系统中，很可能运用到新一代信息技术物联网，假如在PLC中安装传感器和控制器芯片，然后人们利用局域网或者互联网，甚至是红外线等一种新的方式，将PLC与PLC，PLC与人员之间联系在一起，实现远程监视和控制，信息化和智能化的管理。

结束语

综上所述，PLC的发展方向是高效、高速、高可靠性、分布式、网络化。与此同时，PLC通信网络正在以开放化、标准化发展的特点存在着。工业以太网作为控制系统网络化发展的新方向，必将与标准多元化的现场总线长期共存。

参考文献：

[1]刘志扬.PLC控制系统及其通信技术在灌装设备改造中的应用[D].天津大学，2013.

[2]王兆义.PLC的市场、技术和国产化现状[J].电世界，2013（04）：1-3.

[3]陈兆阳，卢建设.PLC技术下的气动机械手控制系统研究[J].科技创新与应用，2013（32）：22.