PLC控制系统中通信网络

PLC控制系统中通信网络（精选12篇）

PLC控制系统中通信网络 篇1

可编程控制器 (PLC) 是以微处理器为核心, 综合运用微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置。常用的有日系欧姆龙, 三菱等, 国产的有台达、永宏、汇川等, 仿三菱系的也有很多, 编程基本都是按顺序编程, 欧系的主要有西门子、施耐德等。从1968年问世至今, PLC的发展经历了四个阶段:第一阶段PLC大部分用一位机开发, 仅有逻辑控制功能。在第二阶段, PLC产品中换成了8位微处理器及半导体存储器, 产品开始系列化。第三阶段, 随着高性能微处理器及位片式CPU的广泛使用, PLC的处理速度大大提高, 向多功能及联网通信方向发展。第四阶段, 全面使用16位、32位高级CPU, 在一台PLC中配置有多个处理器, 进行多通道处理。成为了名符其实的多功能控制器。随着PLC功能由单一走向多元化, 特别是网络通信技术的支持, 使PLC与被控设备之间的远程连接和通信功能成为PLC控制系统中的重要特点之一。

对于当前主流PLC产品如西门子S7-300系列、A一B、MODICON、OMRON等的通信网络, 本文从PLC控制要点、性能等出发进行分析, 希望为工业控制领域学者及相关产品开发者提供参考。

1 PLC控制系统

1.1 PLC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助开发的应用程序。

系统程序有2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。

1.2 PLC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。

1.3 PLC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CON仪OLNET、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。

工控管理网及其发展特点有:开放性、标准化、光纤介质、拓扑结构灵活、高速性、WEB技术支持。

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9.6kb Ps。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。

2.3 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。

3 结论

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与长期共存。

从目前来看, PLC通信网络的发展趋势有两个方面:一方面支持企业一级的因特网服务, 实现因特网接入和远程监控;另一方面, 现场总线是当前的发展趋势, 开发更完善的网络软硬件产品, 提高网络组态技术和网管技术, 增强工业控制系统的集成技术。

参考文献

[1]吉顺平, 孙承志, 路明等.西门子PLC与工业网络技术[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[2]陈浩.案例解说西门子LOGO!与变频器综合应用[M].北京:中国电力出版社, 2008.

[3]边春元, 任双艳, 满永奎等.S7-300/400PLC实用开发指南[M].北京:机械工业出版社, 2006.

[4]孙鹤旭, 梁涛, 云利军.PROFIBUS现场总线控制系统的设计与开发[M].北京:国防工业出版社, 2007.

PLC控制系统中通信网络 篇2

摘 要：本文介绍了基于PLC控制的电铸机床控制系统的设计。主要介绍采用可编程序控制器和触摸屏技术的数控电解加工机床的结构特点、控制系统的软、硬件结构及其关键技术，和机床的主要先进功能。电铸就是利用金属离子阴极电沉积原理，在导电原模上沉积金属、合金或复合材料，并将其与原模分离以制取制品的原理，它是电镀的特殊应用。该系统利用触摸屏作为显示和外部控制终端，采用EB8000界面编辑软件，设计良好的人机交互界面。使用三菱FX系列PLC作为核心控制器，步进电机是通过FX2N-1PG脉冲输出模块改变脉冲频率以及方向信号来实现调速、正反转控制及位置控制。触摸屏作为人机接口,可以实现对运动和加工参数的修改、控制加工流程的执行、显示运动参数的变化,使系统控制界面友好,简单直观,便于操作。大大提高了电铸机床自动化程度，使电铸加工更加高效、快捷。

关键词：电铸机床;可编程控制器;触摸屏;脉冲输出模块;步进电机

1.电铸加工原理及控制系统方案设计

1.1 电铸加工的基本原理

电铸是用金属电沉积的方法制备产品的一种特种加工工艺，主要用于某些特种产品的成型。用导电的原模作阴极，用于电铸的金属作阳极，电铸溶液是含有阳极金属离子的金属盐溶液，在电源的作用下，电铸溶液中的金属离子在阴极导电原模(芯模)上还原成金属[1]，沉积于导电原模表面，同时阳极金属源源不断地变成离子溶解到电铸液中进行补充，市电铸液中金属离子的浓度保持不变[2]。其原理如图1所示。

电铸成形是利用电化学过程中的阴极沉积现象来进行成形加工的。当阴极导电原模上的电铸层逐渐增加，达到要求厚度时，停止电铸，将铸件与原模分离，获得与原模型面相反的电铸件，这种电铸件的形状和表面粗糙度与原模相似。

电铸所用的设备及电铸溶液与一般电镀中所使用的基本相同，但是在制品的要求上电铸与电镀有两个主要不同点：第一，一般电镀层要求与基体金属牢固结合，而电铸层与原模并不要求牢固结合，有时反而要求点铸件能很容易地从原模上分离下来;第二，电铸层的厚度要求比一般电镀层厚得多，约十倍甚至数十倍[3]。

与其他方法相比，电铸加工有自己独特的优点[4]：

1)电铸品的机械性质容易调整，例如硬度、抗拉强度等等。

2)可减小与母模之误差，加工精度高，公差可达±2.5μm。

3)能将传统加工方式难于加工的零件内表面转化为原模外表面，可通过制造易成型的原模材料而获得难成型的金属材料，尤其是制作薄壁金属零件。

4)可以制成多层结构件，将多种金属、非金属拼铸成一个整体。

5)适合制作一个或量产，而且电铸层的厚度范围宽。

电铸加工缺点：

1)电铸速度慢，生产时间比其它方法长，塑料成形用模具的电铸有时需2-3周。

2)电铸制品的尖角或凹槽部位的电铸层厚度不均匀，制品存在一定的内应力。原模的划痕、斑点等会复制到制品表面。

3)制造原模需要用精密机械加工设备和照相制版等技术，成本较高。

4)可真实复制外形或模样，所以母模上的小伤痕也会再生，这是优点也是缺点。

1.2 电铸工艺的特点

1)表面细微特征的复制能力特别强。由电铸工艺过程可知，电铸层紧贴在芯模表面以原子直径的尺寸(亚纳米级)逐渐堆积、向外生长，故它能准确复制出芯模表面精度达到纳米级的细微特征，因此，当将电铸层与芯模分离后，即可得到粗糙度与芯模相当、纹理相反的镜像表面，这就是电铸技术最基本的、也是最典型的工艺特点。这一特性已被广泛用于印刷制版、光盘模具及光学部件的加工中。光盘表面用于记录信息的沟槽，其宽度为0.4μm，深度为0.12μm[5]。

除对表面粗糙度要求极高的光学部件外，这一特有的复制能力还被应用于部分采用传统技术无法加工的零件制备上。如波导管、文氏管等对内表面的尺寸及精度要求较高、同时内表面直径小的零件，采用传统加工技术无法加工，无法使内表面尺寸及精度达到要求。如果采用电铸技术，可使难以实施的内型面加工转变为容易实施的外型面加工。其加工过程如下：先加工一个外表面的形状、尺寸及精度与波导管、文氏管内表面完全一致的芯模，再利用电铸技术在芯模的外表面上制备厚度超过图纸要求的电铸层，也就得到了内表面的形状、尺寸及精度与芯模外表面完全一致的电铸层，然后按照图纸要求对电铸层外表面进行机加工，最后将芯模退除，即获得内表面尺寸及精度均符合要求的高品质的产品。

PLC控制系统中通信网络 篇3

关键词：DISCS（疏浚集成与控制系统）；SCADA（数据采集与传输系统）；AMS（机舱监测与报警系统）； DTPS（疏浚轨迹显示系统）

Integrated Supervisory and Control System based on PLC Communication Network for Cutter Suction Dredger

LONG Honggang,LIANG Chaoyu

(Guangzhou Wenchong Shipyard CO., Ltd. Guangzhou 510527)

Abstract: This paper presents the integrated supervisory and control system for dredgerswith the example of 3 500 m3 cutter suction dredge "Xin Hai Tun" built by Guangzhou Wenchong Shipyard and indicates some items to be further researched and improved.

Key words: DISCS( Dredger Integrated Supervisory and Control System);SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition);AMS(Alarm and Monitoring System);DTPS(Dredge Track Presentation System)

1引言

挖泥船的自动控制系统是计算机网络技术、PLC技术、现场总线技术和工业以太网技术的综合应用系统，随着这些技术的进一步深入发展，促进了挖泥船自动控制系统结构和控制方式的变革，逐步形成了以网络为集成平台的新型控制系统，文冲船厂3 500 m3/h绞吸挖泥船的集成监视和控制系统是这种新型控制系统实际应用的典型范例。

2 绞吸式挖泥船集成监视与控制系统的构成

“新海豚”号绞吸式挖泥船的集成监视与控制技术涵盖了电气、轮机、液压、机械等不同专业学科技术，综合了对配电系统、挖泥机械、疏浚仪器仪表、辅助机械等多领域设备的监控、管理和控制。从功能上分本监视和控制系统大致可分为DTPS系统、SCADA系统、AMS系统等三个子系统。三个子系统分别由各自的数据采集模块和控制设备构成相对独立的子系统，再以以太网为依托，通过网络和Profibus总线传递信息，协调工作，达到监视各类施工设备，手动或自动控制疏浚过程以及采集信号输出报警等功能。现分别对这三个系统进行简单介绍。

2.1DTPS系统（疏浚轨迹与剖面显示系统）

DTPS系统用于船舶疏浚施工过程的精确定位和疏浚轨迹显示，为疏浚作业人员提供船舶在等深电子地图或DTM（数字地形模型）电子地图上的船位实时更新，显示船舶的平面位置、水深背景、航道设计文件、实时断面等信息，也能记录所有相关数据并且能远距离实时显示同样的水利疏浚数据和图像，主页面如图1所示。借助DTPS 的功能，作业人员可以在设计要求的水深和实际水深之间进行比较并给予相应的操纵控制。

DTPS系统需获取的采集信息如下：

·船舶位置信息

·船舶动态信息

·回声测深仪信息

·潮位仪信息

·绞刀位置信息

·船舶平均吃水数据

图1疏浚轨迹与剖面显示系统主页面

2.2SCADA系统

SCADA是Supervisory Control And Data Acquisition的英文缩写，从字面上理解SCADA不是完整的控制系统，而是位于控制设备之上，侧重于操作、显示、管理的纯软件。SCADA所连接的控制设备通常是PLC，也可以是智能表，板卡等。本船，所连接的是PLC1-PLC10，所连接的介质为光缆。

本船SCADA系统分为两个层面，即客户/服务器体系结构（C/S结构）。服务器与现场硬件设备（PLC）通信，进行数据处理和运算。而客户（通常是工作站，如：SCADA工作站）用于人机交互，如：用文字、动画显示现场的状态，并可以对现场的开关、阀门及其他设备进行操作。在一个系统中可以只有一个服务器，也可以有多个，客户也可以一个或多个。本船设置两个互为冗余备用的服务器，及8个客户端工作站。

SCADA由很多子系统组成，每个子系统完成特定的功能，如：液压系统控制、闸阀控制、蝶阀控制、泥泵机组监控、电站系统监视、故障诊断等。系统由一个或多个服务器负责数据采集、数据处理（如：量程转换、滤波、报警检查、计算、事件记录、历史存储、执行用户脚本等），服务器间可以相互通讯。

SCADA系统主要用于采集和监测疏浚、液压设备的工作情况，并对疏浚、液压设备进行控制。新海豚疏浚操作总览页面如图2所示。

图2新海豚疏浚操作总览页面

疏浚操作总览页面提供了施工过程中较为常用的一些数据。例如：绞刀深度、转速、水下泵转速与排压、甲板泵转速与排压，流速、浓度等。

左侧的绞刀深度曲线显示了1小时的深度变化趋势。

左侧的浓度、流速表曲线显示了10分钟内的浓度与流速变化趋势。

绞刀头将随着绞刀深度和横移距离的变化在图中实时显示出来。

横移距离和横移角度标尺会随着相关数据的变化而填充不同的刻度值。

2.3AMS系统（机舱报警监测系统）

机舱报警监测系统是计算机网络系统的一部分，但独立成体系，提供整船的设备安全报警和设备状态监测。本船的AMS系统提供泵机、发电机、液压泵站和机舱辅助设备的状态监测和安全报警（AMS系统主页面如图3所示）。AMS完成对泵机、发电机、液压泵站、机舱辅助设备的状态信号进行采集、处理、传输、报警、显示、必要的安全保护处理功能，同时AMS系统将信号要送至上述船舶与疏浚控制系统。

2.3.1报警系统具备功能

彩色模拟图形显示

·彩色柱状图形显示

·模拟指针仪表式显示

·常规参数列表显示

·船厂自定义列表显示

·重要报警实时弹出

·实时报警列表

·报警速显窗口，自动实时显示出现和报警内容

·参数走势图

·当天及历史记录。

图3新海豚AMS系统主页面

2.3.2AMS系统打印功能

打印用户自定义列表内容

选择列表打印

当天报警及历史报警存档内容打印。

3 系统的网络结构

新海豚绞吸式挖泥船的集成监视与控制系统以以太网和现场总线为系统的网络核心，构成一种混合控制网络结构，见图4所示。

图4新海豚系统网络结构图

3. 1系统的结构

该系统有4层结构，由上到下分为：

·上位机及控制台（计算机、软件、DCC、ECC）

·工业以太网络（网线、光纤及交换机）

·PLC现场总线（PLC模块，现场控制箱等）

·现场传感器与执行器（压力、温度变送器及继电器等）。

系统的连接采用三种连接方式，包含：工业以太网、现场总线、硬连线。工业以太网连接本船所有系统及设备，构成局域控制网络；现场总线网连接现场级设备，构成带有独立安全保护功能的完善子系统；第三方设备及重要设备安全控制信号可采用硬联线方式进行信号传递。

系统设置多套PLC（1套PLC有1个CPU）同时进行工作，各套PLC的CPU之间的相互通讯既可以通过工业以太网络，也能通过现场总线，这样的双网络设置更加提高了系统的可靠性。同时为减少各子系统之间的数据量，新海豚集成控制系的各子系统相对独立，并对相对重要的子系统做适当冗余设计，从而在确保系统稳定性的基础上，更保证了系统数据交换的实时性和准确性。

为了确保整个网络系统的安全性，新海豚计算机网络系统设计了系统自诊断功能，能自动检测和显示网络的状态及故障信息。

3. 2系统结构数据传输特点

新海豚绞吸式挖泥船的集成监视与控制系统采用以太网为核心,其特点是: 系统的通讯建立在以太网、TCP/ IP和现场总线的混合通讯协议之上,通过网关实现计算机系统和现场仪表、设备的互联和操作。当计算机向现场仪器仪表、设备发送信息的时候,它首先基于以太网和TCP/ IP 协议将信息发送给相应的网关,然后由网关根据现场总线协议发送给相应的现场仪表、设备。反过来,当现场仪表、设备有信息发送给计算机的时候, 需要由网关代理, 通过以太网和TCP/ IP 协议发送给相应的计算机。同时,由于以太网和互联网能够方便的实现互联,系统还支持通过互联网络进行远程访问。

4系统的硬件组成

硬件包括上位机、光纤环网、PLC、控制台及附属按钮仪表、传感器，这些设备构成了整个自动控制的信息系统。整体而言，信息系统分为三个层次：光纤环网、PLC现场总线、传感器信号通路。光纤环网接入的设备包括所有的上位机、PLC的主站，是整个信息系统的骨干网；PLC现场Profibus总线用于连接PLC主站和PLC从站，PLC从站放置在现场，通过各类I/O模块就近采集传感器信号，提高通信质量的同时减少布线；传感器信号原则上全部采用4-20 mA电流环信号，对于第三方设备和精度要求较高的设备，则根据要求采用其它信号格式或进行适当转换。

4. 1PLC系统

PLC系统由多个主站和从站组成，采用西门子S7-300系列PLC，PLC主站之间通过光纤环网进行通信，为保证系统在上位机故障情况下正常运转，PLC之间关键信息的通信由PLC的通信功能模块完成，不经过上位机中转。

PLC系统采用分散采集集中控制的模式，设置多个现场从站，现场传感器型号直接接入从站的I/O模块，从站采集信号后与各自的主站通过Profibus总线联系，主站集中控制。

4.1.1驾驶室PLC

驾驶室PLC安装在DCC疏浚控制台，其主要功能是为本船的自动控制功能提供控制算法运算，运算结果通过工业以太网与疏浚PLC通讯，实现对疏浚设备的有效控制。

4.1.2疏浚PLC系统

疏浚PLC系统采用分布式结构，主站设置在机舱集控台内，设置若干分布式从站，主站与从站之间采用Profibus-DP现场总线，从站具体分布如下：

1）左疏浚控制台PDCC从站

左疏浚控制台PDCC上与疏浚有关的控制装置、按钮和指示灯等均与PDCC从站PLC I/O模块相连接。

2）右疏浚控制台SDCC从站

右疏浚控制台SDCC上与疏浚有关的控制装置、按钮和指示灯等均与SDCC从站PLC I/O模块相连接。

3）首部分布从站

首部从站PLC I/O模块连接疏浚仪器仪表、传感器、相关液压电磁阀等。

4）泵机分布式从站

水下泵-电轴装置-柴油发电机组、舱内泥泵-齿轮箱-柴油机系统的信号，接入泵机分布式从站。

5）液压系统分布式从站

液压系统分布式从站完成对液压泵-齿轮箱-柴油机系统以及应急液压系统的信号采集及相关电磁阀驱动。

6）尾分布式从站

尾部从站PLC I/O模块连接疏浚仪器仪表、传感器、相关液压电磁阀等。

4.1.3机舱报警系统AMS

机舱报警系统PLC采用分布式结构，主站设置在MSB旁的PLC控制中心机柜，设置若干分布式从站，主站与从站之间采用Profibus-DP现场总线。AMS PLC的CPU通过以太网与两台AMS工作站进行数据通讯。

从站具体分布如下：

① 首部AMS从站② 左舷机舱AMS从站

③ 右舷机舱AMS从站④ 尾部AMS从站。

各分布式从站就近采集各机舱设备的报警信息，并将相应的报警状态传输给AMS主站，在主站的计算机上动态的显示各报警点实时状况。AMS系统的采集信息可提供给SCADA系统使用，其系统间的通讯由以太网完成。

4. 2网络系统

4.2.1 以太网络的选择

以太网络采用10M/ 100M 或千兆高速工业以太网,符合IEEE802. 3 标准, 执行TCP/ IP 协议。本船的通讯介质有同轴电缆、双绞线和光缆等三种，其中连接桥楼、机舱和泵舱的冗余环网采用光缆。

4.2.2交换机的选择

工业以太网交换机ED6008系列是专为工业应用而设计的,它具有高性能的交换机技术,冗余的环网性能,并且能够汇报动态状态，同时ED6008系列有8个支持10/ 100BaseT (X) ( RJ245)或100BaseFX(光纤) 的以太网交换端口, 并且当有以太网设备和ED6008 连接的时候,他的自诊断特性和自动MDI/MDIX 功能可以消除兼容性问题，因此本船的网络系统采用ED6008作为整个系统的交换机。

4.2.3现场总线网络

现场总线网络中,网关和各个采集/ 控制模块之间采用现场Profibus总线进行通讯,通讯速度最高可达1.25M。根据挖泥船的特点要求,现场总线网络结构采用总线星形结构,网关冗余配置,确保了系统的可靠性。采集/ 控制模块使用双绞线进行连接,数据采集/ 控制终端在现场信号附近就地安装,在提高系统抗干扰能力,同时大大节省了信号电缆的使用，减少了安装使用成本,也方便了系统的运行维护工作。

5结束语

PLC已经在船舶控制领域得到广泛的运用，随着网络技术的不断提高和发展，船舶的PLC控制能力和控制范围也在不断扩大。大力推广船舶PLC网络技术，必将加快我国船舶自动化、智能化的发展步伐。

参考文献

［1］挖泥船现场监视系统设计[J]. 交通与计算机，1997

［2］绞吸挖泥船工况监测系统[J]. 水运工程， 2000

［3］绞吸挖泥船疏浚仿真训练器系统设计简述[J].船舶，2004

［4］网络技术在船舶控制系统中的应用[J].船电技术， 2005（3）

PLC控制系统中通信网络 篇4

关键词：PLC,网络通信,工业,现场控制

1 引言

通过PLC在工业生产中的应用, 在一定程度上提高了工业生产效率, 降低了人工劳动强度, 满足工业现场控制的要求。

2 PLC控制技术的特点

(1) 易于安装。通常可编程控制模块的体积小、重量轻, 连接简单, 能够实现即插即用, 在设备内部安装使用十分方便。这也使得机电一体化控制设备得到了实现。编辑控制器的建设时间段, 使用的界面清晰明确, 即使对于初级使用者也能够简单操作。为了保证可编辑控制器的正常工作和运行, 在每一个编程控制模块都装设了故障指示灯, 只需要使用者通过对视频监视器对机器的运行情况进行监视, 就能够及时发现故障并进行修改, 保证了机器的正常运行。 (2) 具有较强的功能。运行功能强大是第二个特点, 不但能够进行逻辑的运算、顺序的控制以及计时、计数还能够模拟量和数字的输入和输出, 实现人机对话以及自动检验。此外, 可编程控制器还能实现对部分生产线以及整个生产流程的控制。

3 PLC控制器通信接口及通信系统

(1) 网络通信接口。通过PLC控制器在污水控制系统的应用, 之需要设计两个应用接口, 即PLC控制器和上位机, 实现与工业计算机的通信接口与PLC控制器的各污水终端通信端口的连接。其中PLC控制器和上位机之间的接口是用以太网实现通信功能。为了能够保证以太网的通信功能, PLC必须要能够支持以太网通信接口。在控制器外面装设一个专门用于以太网通信接口的芯片, 实现数据的转化。 (2) PLC设备通信接口。PLC控制器与污水处理各终端单元间的通信接口采用的是MODBUS总线, 这是属于标准的工业控制总线, 适宜距离短而且低速率的数据之间传输。该总线设计简单, 而且使用方便, 通信诚信代码开发时间短, 具有很好的抗干扰能力。这个特点使得MODBUS总线在工业中应用广泛, 特别是在污水处理当中使用更是普遍。由于各分站具有一定的空间距离, 这就必须要保证数据传输的可靠性。此外, 污水处理系统中存在大量的高频电击等磁场强度较大的设备, 这就使得设备在启停或者运转中有大量的电磁干扰, 使用MODBUS总线恰好能够有效解决电磁干扰的问题。 (3) PLC控制器通信系统。基于PLC控制器的污水处理通信系统, 该通信系统中, PLC控制器通过以太网接口与上层的公共计算机建立通信链路并实现了数据交换, 而上层的公共计算机与其它的信息处理计算机和后端计算机等相关的计算机组成一个上层的局域网, 负责污水处理的所有上层信息处理、人机交互等相关功能。

4 在工业现场控制中的应用

(1) 过程控制。在过去的编程控制中, 其运用的范围主要就是一个离散的, 点式控制, 在连续控制的方面还是有着一定的局限性。正是由于编程技术快速的发展, 才让过程的连续控制成为可能, 这样的话能够运用的范围也就越来越广了, 在这样的市场发展情况下, 传统的那些可编程控制器, 将会被这些新的全过程控制器所取代, 而且新的这些技术能够在越来越多的领域起到作用。 (2) 运动控制。企业的生产永远都处于一个流动的过程中, 也就是我们需要保证过程的控制能够在运动的条件下也要保持高的正确度。但是传统的可编程控制器没有办法实现运动过程的高精度控制, 所以新的可编程控制器就在这样的条件下得到了广泛的运用。就是因为更为完善的可编程控制器能够实现运动过程的准确监控, 所以就能够让生产的过程也实现对不同生产过程的流动控制, 也能够更加快速的处理数据, 使用的效果效率也就越好。 (3) 数据处理。可编程控制器处理数据的功能也越来越强大了, 在一些数学运算, 以及数据传输的功能上都得到了比较高的提升, 这样的话可编程开控制器也能够对自我进行一定的控制, 同时有效的采集有效数据, 对于很多的流动生产过程都能能够起到比较好的作用。 (4) 在生产非标自动化上的应用。如今的生产开始追求自动化, 全程自动化的控制, 包括产品的质量控制和生产安全的控制;正是由于我们的可编程控制器能够实现有效的连续控制, 这样就能够实现生产过程的全自动化, 保证生产过程的效率提高, 保证生产过程的实时监测成为可能, 减少人力, 避免质量和安全问题出现。

5 计算机网络通信技术未来的发展

(1) 向网络融合的趋势发展。由于我们如今的网络技术快速的发展, 计算机技术也是愈发先进, 再加上我们更高效的广播传播系统, 这样我们就能够把他们的优势都结合起来, 那么在未来就一定能够实现更为高效的计算机网络通信技术。三种计算机技术, 网络技术, 和广播电视技术的高效融合, 就是我么网络通讯技术的未来发展方向, 也只有这三个技术的更高效发展, 才能让我们的网络通讯稳定性, 和效率得到更多的提高, 能够增加网络通讯技术行业的发展, 提高行业的经济收益, 增加使用人群的舒适程度, 更多的方便我们的生活。 (2) 向无线通信的趋势发展。有限网络通讯技术的发展, 其实已经到了一定的层次了, 接下来就是无限技术的发展了。因为无线技术能够让我们的生活, 不再受“线”的束缚, 能够更加自由, 更加舒适的享受网络技术, 其中wifi就是一个很好地例子, wifi技术受到越来越多人的认可, 也受到越来越多的应用。但是仅仅一个wifi不能说明整个通讯行业的发展, 主要还是要通过这样一个点, 来推动网络技术的整体发展, 无限网络技术的发展, 更是网络通讯技术的主要发展方向。 (3) 向移动通信的趋势发展。网络技术也必然向着移动通讯的方向发展, 从3g到4g, 可能未来还有5g还有6g, 所以说未来的网络通讯技术也必须要依靠着移动通讯技术更快发展。

6 结语

PLC网络通信在工业生产中的应用, 在一定程度上提高工业生产效率, 满足了工业生产控制的需要。

参考文献

[1]苗克坚.微机PCI总线接口的研究与设计[J].航空计算技术, 2000, 6 (2) :55-56.

PLC控制系统中通信网络 篇5

一、前言

在城市集中供热系统中，热力站作为热网系统面对系统热用户最后一级调节单元，热力站的控制效果直接决定热用户的采暖效果。太原市热力公司所辖城市热网包含400余座热力站，供热面积覆盖太原市总采暖面积的60%，所有热力站均采用间连型热力换热站。

在间连热网热力站中，二次网供回水压力、温度及流量均是影响供热效果的重要因素，而二次网各供参数的调节主要是依靠对二次网循环泵及补水泵的控制。传统的热力站控制中，循环泵与补水泵一般都采用工频泵，系统在设计选型时已经决定了系统二次网的主要参数，但是相对的，系统的适应性、扩展性及各参数的精确调整均受到极大限制。

太原热力公司自99年起，开始逐步对太原集中供热热网的各个热力站进行自动控制化改造。对于原有的热力站，统一增加自控仪表、PLC及变频设备;对于新建的热力站，在设计时即在工艺系统基础上引入自控设备。自控系统辅助将热力站的控制精确化，结合热网中控室全网平衡系统及通讯网络系统，进行全网均匀调节，达到较好的控制效果。本文着重介绍自控系统及变频器在热力站控制中的应用。

二、热力站自控系统构成间连型热力站自控系统按设备类型分，可分为：温度、压力变送器，流量计，电动调节阀，循环泵及补水泵;按控制回路分，则可分为：一次网流量控制回路、二次网循环控制回路、二次网定压回路。

在热力站自控系统中，一次网流量控制回路主要通过调节一次回水调节阀来实现。二次网的调节回路则是通过调节二次网循环泵及补水泵转速来实现。一次网的控制指令主要由热网调度中心根据全网平衡算法下发，而二次网循环泵及补水泵变频器转速则由站内PLC系统依据各热力站所带热网的实际情况计算得出。

三、系统控制思想

在集中供热工程中由于各用户的建筑面积、暖气片性能及房屋保温质量各不相同，很难确定一组典型的室内温度作为直接被控量，而供、回水的平均温度从整体上反映了各用户暖气片的平均温度，因此一般的供热系统都是根据室外环境温度及不同的供热时段来控制供、回水平均温度的方法来间接控制用户室温。

在太原各热网控制中，由于在进行热力站自控改造的同时，对热网调度系统也进行了调整。目前太原各个热力分公司热网调度中心都加设了全网平衡系统，调度中心通过与个热力

站进行通讯，获取热网数据，并根据室外温度情况对全网热力站的供热效果进行均匀调整。各热力站从控制中心获取对应的二次网供回水平均温度，站内系统将独立控制回路分为二次网供回水平均温度控制回路和一次网流量控制回路，根据平均温度的偏差确定一次网流量的设定值，然后调节阀门开度使流量达到设定值。

站内的控制系统还根据热力站的实际情况对二次网循环泵及补水泵进行调速，系统根据二次网供、回水平均温度的温差，通过变频器自动调节循环泵的转速，实现对系统总流量和温度的调节。使循环水泵按照实际负荷输出功率，减少不必要的电能损失，实现小流量大温差的运行模式。通过此举，可以及时地把流量、扬程调整到需要的数值上，消除多余的电能消耗，从而达到良好的节能效果。通常热力系统会设计两台变频泵，这不仅是为了系统备用，也是为了防止系统超调。如果负荷不够，则泵的转速加大，达到100%时还不满足要求，则启动第二台泵。同时系统还可以根据运行时间自动切换各循环泵，也提供低水压保护和连锁功能。

控制系统的二网供、回水压力是热网安全运行的重要参数。供水压力过高可能造成热水管道及用户暖气片的破裂;供、回水压力过低，使得部分热用户无法的到足够热量。恒压控制的最佳方案是对补水泵进行变频调速控制，但考虑此处对压力的稳定性要求并不高，只要压力不超出某一范围即可，所以也可以采用开关补水控制方案。

四、热力站控制系统的实现

1、一网回路控制：

热力站的一次网回路控制，主要是热负荷控制。通过控制调节一次网回路上的电动调节阀，来调节流过热力站的一次热水的流量。在全网控制系统中，全网控制中心根据目前室外温度情况，参考热源的运行情况及各热力站反馈的二次网运行数据，计算出各热力站一次网控制阀门的开度指令或二次网目标控制温度。热力站系统根据全网控制中心下发的指令，调节一次网流量调节阀，从而实现全热网的热资源均匀分配。

一次网回路控制中主要的参考对象为热力站一、二次网供回水温度;一次网控制的对象为一次网调节阀;控制目的为提供热力站必须的供暖热量。

2、二次网循环泵控制：

热力站系统二次网循环泵是通过变频器来调速。

传统热力站系统循环泵通常采用工频泵，循环泵选定后，热力站二次网的流量无法进行调整，从而造成热力站系统无法根据室外温度及实际供热需求来调整，造成热力及电力资源的浪费。而且大功率的工频泵在起停时会对电网造成冲击。

目前，热力系统自控改造中，对15KW以上的循环泵普遍使用变频控制。一般的循环泵均采用压差控制方式，即循环泵的转速受二次网供回水压差调整。压差控制的方式可以通过调节循环泵转速，调节二网流量以满足供热需求，从而减少浪费。

在热力站循环泵控制中，我们采用供回水温差结合供回水压差控制的方式。

热力站控制系统根据各系统的实际情况，设定一个供回水压差目标值。设定此供回水压差值以满足二次管网的供暖水循环。在此基础上，热力站PLC系统通过测量二次网供回水温差来对循环泵进行修正。当二网供回水温差偏大时，则需提高循环泵转速，加大二网流量，提高二网回水温度，改善供热效果;当二网供回水温差过小时，需适当降低循环泵转速，减小二次网的流量，实现小流量大温差的运行模式。这种调整可以起到节约电能及热能的效果，在大型热网中，这种节能手段就能取得可观的效果。

3、二网定压补水控制：

二次网的补水控制采用的是定压控制，传统热力站中往往采用压力表电节点控制。随着城市集中供热的发展，系统的热负荷越来越大，热力站系统所带的供暖面积都比较大，并且供热网条件不一，二网系统的水力损失较大。严重的水力损失使得二次网的补水系统压力加大，补水频繁。而传统的工频补水泵的频繁起停，容易造成二次管网压力的波动。

在热负荷较大的系统中，我们采用补水泵变频控制，对补水系统进行精确的微调。当系统失水时，二网压力下降，系统会通过变频器控制补水泵以一定的转速进行补水，补水泵的转速根据当前压力与目标压力的差值均匀调整，从而避免补水泵在启动和停止时对二次网系统的冲击。

4.现场人机界面

在现场人机界面上，可以通过操作面板任意调节系统所需的各种运行状态，例如：

一、二次网供回水温度及温差，变频器最大最小运行频率等，并可随时查阅以往运行记录。根据用户要求可将当前参数以画面、曲线、报表的形式在屏幕上显示。

五、热力站自控系统的优点

在热力站中使用变频器及可编程控制器，充分发挥变频器的调速和节能的优点及可编程控制器配置灵活、控制可靠、编程方便的优点，使整个系统的稳定性有了可靠保障。

通过热力站自动控制系统的投运，过去主要依靠人工调节的控制手段得到了彻底改善，热网的运行得到合理控制，失调现象得到了有效地解决，消除了热网中各站冷热不均的现象。按需供热、节能降耗，改变了不合理的小温差大流量运行方式，既保证了远端客户的供热需要又避免了近端用户的过热现象直接提高了热网的供热效果。

作者简介

剌慧东 男 现供职于山西省太原市热力公司材料设备处，分管技术工作，兼任山西省城镇供热协会特聘电气专家。

参考文献

[1> 王亦昭、刘雄，供热工程，机械工业出版社，2007年8月;

PLC控制系统中通信网络 篇6

关键词：PLC；电梯控制系统；应用

随着国家经济的发展和进步，城市化的进程越来越快，而随着城市化进程的加快，大量的人口进入了城市，城市建筑变得越来越多，但是城市用地面积是有限的，因此，城市中的高层建筑变得越来越多。对于现代化的高层建筑来说，电梯已经成为了高层建筑必不可少的一种垂直运输工具，可以极大的提高高层建筑中人员的移动效率，它的使用已经越来越广泛并且人们对于电梯的依赖程度越来越高，对于现代化的城市来说，电梯可以说是城市文明发展的一个重要的标志。电梯只有配备了良好的控制系统，才能满足人们的功能性需求。对于传统的电梯来说，采用的是一种比较低端的控制方式，即继电器和接触器控制路线，这种控制方法可靠性差，故障率高，并且要经常性地进行维修，在安装的时候占用的空间也比较大，随着技术的进步，这种控制方式已经逐渐被淘汰了。现在使用的是PLC控制系统，它可以很好的解决上面提到的问题，具有较高的可靠性，在操作的时候编程简便，成本可以控制在较低的水平，使用也非常的方便。因此，在现代的电梯控制中，PLC控制系统已经得到了广泛的应用，它使得电梯在运行过程中更加的安全和舒适。

1.电梯控制系统的组成

对电梯进行控制，主要是通过两大部分来实现的，一部分是电力拖动系统，另一部分是逻辑控制系统。电梯在使用过程中主要追求的是一种舒适感，为了达到这个目标，要控制电机的输出转矩，使得通过一定的调速方式，达到满足负载转矩的要求。电梯的拖动系统如下图所示，其中，电梯的轿厢和配重在钢丝绳的两端，钢丝绳跨挂在曳引轮上，电机与减速机构相连，并拖动曳引轮，从而使轿厢实现上下的运动。

逻辑控制系统是由很多电子元器件组成的，包括控制柜、楼层指示等等，它们分别安装在电梯的内外井道以及其他的电梯部件之上。电梯的逻辑控制系统对电梯的拖动系统进行控制，从而使电梯按照既定的程序实现一定的功能。

电梯的电力拖动系统的变化范围比较小，对于一定运行速度和运行载荷的电梯来说，电力拖动系统根据这些参数就可以基本确定下来，但是逻辑控制系统却不同，它有更大的选择范围，要考虑的因素更多，比如电梯使用的地点、承载的对象等问题，只有进行仔细的选择，才能使电梯满足需求。

2.PLC电梯控制系统

2.1 PLC电梯控制系统的基本结构

与其它的控制系统相类似，采用PLC对电梯进行控制，也分为两大部分，即信号控制系统和拖动控制系统，这些控制系统主要由PLC主机、机械系统、层号指示系统、调速系统等组成，控制的核心部分即PLC主机。通过PLC软件可以实现对轿内指令、运行控制、开关门等方面的控制，对于拖动系统，当PLC接收到信号之后，再向拖动系统发出指令，完成相应的动作。

2.2 PLC电梯控制系统的功能。

（1）一台相应功率的电动机控制轿厢的上升与下降，同时各层之间设有上、下呼叫开关；

（2）自动关门待客，当电梯完成所有轿厢指令后而没有收到任何层外呼叫信号时，应实现轿厢的自动关门，并按照调定时间自动关闭轿厢内的照明和通

风设备；

（3）待客自动开门，当电梯在某一层停梯待客时，在层外召唤按钮被按下后，应能自动开门迎客；

（4）内指令记忆，当电梯的轿厢内同时有多个选层指令时，电梯应在调定时间内自动运行，并根据顺序自动停靠车门；

（5）呼梯记忆与顺向截停，电梯在运行中应能记忆层外的呼梯指令，并自动对符合运行方向的召唤进行逐一停靠应答；

（6）自动定向，当轿厢内操纵盘上电梯位置相对于选层指令在不同方向时，电梯应能按先入为主的原则，自动确定运行方向；

（7）自动关门与提早关门，电梯一般停站4～6s应能完成自动关门，若在延时时间内按下关门按钮，门将提前进行关门动作；

3. PLC 在电梯故障诊断中的程序设计与实施

采用PLC对电梯控制系统进行改造，改造后的系统从外围元器件中提取故障检测信号作为PLC的输入信号，这样PLC既完成了对电梯的控制，又能对电梯运行状态进行实时检测诊断。诊断程序主要由故障采集、故障搜寻、故障分离和故障输出构成。电梯在出现故障后，PLC将其状态从指针寄存器送给输出寄存器并输出，故障便能通过数字显示器上显示的故障信号判断出来。

当送给PLC的某检测信号超过阈值或发生异常变化时，使得PLC内部某一继电器断电，其常闭触点断开使得输出继电器断开，运行电路的电源被切断，电梯因而停运。

4.结语

目前，电梯的控制方式普遍采用两种，一种是采用微机作为信号控制单元，采集电梯系统的信号及功能的设定，另一种是用PLC取代微机实现信号的控制。采用PLC电梯控制系统可实现各种复杂的控制，增加或改变控制功能方便，并且可进行故障自动检测报警提示，使得系统性能更加稳定，电梯运行也更加平稳，使用维护简单，具有良好的经济效益，能达到节能、绿色的要求。

参考文献：

[1]李全利，方强，常斗南. PC-LINK网络在电梯控制系统中的应用[J].天津职业技术师范学院学报，2002，03：39-41.

PLC控制系统中通信网络 篇7

关键词：PLC,串行通信,油管检测,VB

0前言

油管检测系统用于对油管损伤缺陷进行检测。油管采取直线运动通过检测机构的方式实现对油管管体的扫描检测。为实现油管的智能化检测,需要油管在到达检测位时开始采集数据,并在油管离开检测位时停止采集数据。油管位置信号通过光电开关获取,采用松下FP-X型PLC实时监测光电传感器的状态。通过与PLC的串行通信,计算机获得油管位置信号,根据油管的位置控制数据采集。计算机与PLC的串行通信在MicrosoftVisualBasic 6.0环境下开发完成。

1 松下PLC通信协议

1.1 计算机链接通信

松下FP-X型PLC通过USB端口可以实现计算机链接通信功能。连接在PLC上的计算机拥有信息传送权。计算机向PLC发出指令(指令信息)后,PLC按照指令作出响应(响应信息)。计算机和PLC之间的数据交换使用MEWTOCOL-COM通信协议。对于由计算机发出的指令,PLC会自动地做出响应回复,在PLC侧不需要有关通信的程序。

针对PLC的指令称作“指令”,从计算机向PLC发出;从PLC返回到计算机的信息称作“响应”。PLC收到指令后,自行处理指令后作出响应。计算机侧可以通过返回的响应确认指令的执行结果通信以会话形式进行指令和响应以代码发送最初的发送权在计算机侧,发送权在每次信息发送时,在计算机和PLC之间交换[1]。

1.2 指令和响应的形式

1.2.1 指令信息

在文本部分写入指令所需项目,指定PLC地址后发送。指令信息格式如下所示:

始端代码:在信息的开始处必须写入%;

PLC地址:写入指令接收方PLC的地址,默认地址为“01”,该地址可通过系统寄存器设置;

文本:内容随着指令种类而不同;

BCC校验码:采用横向奇偶进行错误检测,用“**”代替BCC时,可以省略BCC;

终端代码:在信息终端必须写入“CR”。

1.2.2 响应信息

收到上述指令的PLC把处理结果发送给计算机。PLC返回给计算机的“响应”信息格式如下所示:

文本:内容随着指令的种类而不同,未正常处理时记录错误代码,可以确认异常内容;

其他各项与指令信息定义相同。

部分常用指令代码如表1所示。

2 VB中构建计算机与PLC通信程序

2.1 Mscomm介绍

VB提供了串行端口控件Mscomm为应用程序提供串行通信。该控件屏蔽了通信过程中的底层操作,程序员应用时只需设置、监视Mscomm控件的属性和事件即可完成对串行口的初始化和数据的输入输出工作。Mscomm控件的主要属性如下:

Commport属性设置并返回通信端口号,例如:Mscomm.Commport=1,即设置当前通信端口为COM 1。Setting属性设置并返回波特率、奇偶校验、数据位长度、停止位长度,格式为:Mscomm.Setting=string。string是一个包含四部分的字符串,第一部分为波特率;第二部分为奇偶校验:N表示不校验,E表示偶校验,O表示奇校验,S表示空格校验,M表示符号校验;第三部分为数据位长度,其可选值为4,5,6,7,8;第四部分为停止位长度,其可选值为1,1.5,2。Setting属性的缺省值为“9600,N,8,1”。PortOpen属性设置并返回通信端口的状态,也可以打开和关闭端口。Input属性从接收缓冲区返回和删除字符,该属性在运行时为只读。InputLen属性设置并返回每次Input属性从接收缓冲区读取的字符数,InputLen属性的缺省值为0,设置InputLen为0时,Input将读取接收缓冲区的全部内容。Output属性向传送缓冲区写数据,要传送的数据为文本数据或二进制数据[3]。

2.2 VB中通信程序的实现

2.2.1 串口初始化

2.2.2 数据发送与接收

3 PLC串行通信在油管智能检测控制中的实现

3.1 油管检测系统

油管检测系统示意图如图1所示。油管在辊轮带动下,匀速通过检测机构接受检测。当油管到达检测位时开始采集数据,当油管离开检测位时停止采集数据。检测位置的识别由安装在检测机构前方的光电开关完成,采用松下FP-X型PLC实时监测光电传感器的状态。通过与PLC的串行通信,计算机获得油管位置信号,从而根据油管的位置控制数据采集。

3.2 计算机链接通信环境设定

PLC采用将USB作为虚拟的串行端口进行通信的方式,因此认为由USB所连接的FP-X型PLC是由计算机通过COM端口进行连接的。计算机链接的通信设置要通过编程工具FPWIN GR来进行。在PLC系统寄存器设置中设置如下内容:

No.411站号(PLC地址):可从1～99进行设定;

No.412通信模式设置为计算机链接;在端口选择中,选择“内置USB”;

No.414(COM 2端口用)传送格式的设定:数据长度8bit,奇偶校验为奇校验,停止位1bit,终端代码CR(固定),始端代码无STX(固定);

No.415速率的设定:速率固定为115200bps。

3.3 VB通信程序的开发

在检测台正前方装有光电开关用来感应油管是否到达检测位,其对应的PLC输入端子为X 0。采用中间继电器R 0存储X 0的上升沿,R 1存储X 0的下降沿。梯形图程序如图2所示。

当油管进入检测机构时,R 0为1并保持1S,此时开始数据采集;当油管离开检测机构时,R 1为1并保持1S,此时停止数据采集。R 0和R 1的状态通过指令RCS读取。由于系统要反映PLC数据区的实时变化,所以在控件Timer1(100ms执行一次)里编写发出和接收指令的代码:

"%01#RCSR 0000"+"**"+Chr(13)代表发送的命令为%01#RCSR 0000**CR,RCS代表通信指令为读取单个触点的状态信息,R 0000代表R 0。PLC收到该指令,会根据R 0位的状态回复。若为“1”,则响应信息为:%01$RC 120CR,RC表示触点状态读取,“1”为触点状态,“20”为不使用BCC校验时的输出字符;若为“0”,则响应信息为:%01$RC 021CR。

4 结论

在MicrosoftVisualBasic 6.0环境下开发了基于松下通信协议MEWTOCOL-COM的通信程序,实现了计算机与FP-X型PLC的串行通信,并应用到油管智能检测控制中。经现场长期使用,该系统运行稳定可靠。PLC通信技术可广泛应用于其他智能控制领域

参考文献

[1]松下电工(中国)有限公司,可编程控制器FP-X用户手册[Z].

[2]松下电工(中国)有限公司,松下电工FP系列可编程控制器通信协议MEWTOCOL.

[3]MSDNLibrary Visual Studio6.0.

PLC控制系统中通信网络 篇8

进入21世纪,随着科技的发展,可编程序控制器PLC因其编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点在工业领域得到了广泛应用。但其在人机交互方面存在着一定的不足,而工业控制计算机具有良好的人机界面及控制决策能力,因此,将二者结合起来可有效地实现整个生产过程的综合控制。

1胶带机监测系统的组成

本文介绍的胶带运输实时监控系统由PLC与工业控制计算机组成。该系统采用上、下位机主从式结构,PLC作为下位机完成工业现场数据的实时采集和分站控制功能;上位机采用工业控制计算机实现数据的显示、报警等功能。该系统可实现胶带运输过程中的模拟显示、故障报警、实时控制等功能。

2通信方式

该系统采用AB公司的SLC500系列PLC,通信方式采用串行通信,通信接口均为PLC与工业控制计算机上的RS232接口。由于RS232采用非平衡方式传输数据,传输距离近,而胶带输送机趋向大功率、长距离,且单机监测信息量多,控制要求复杂,所以直接采用RS232方式不能满足传输距离要求。RS485采用平衡差动方式进行数据传输,适合于较远距离传输,并具有较强的抗干扰能力,因此,本系统采用RS485方式。RS232与RS485之间的信号转换采用通信转换器,总体通信结构见图1。RS485通信距离理论上最长为1 200m,在本应用中实际通信距离仅为几百米,故能完全满足要求。当通信距离超过此值,可采用现场总线技术更换通信模块,进行更远距离的通信。

3通信规程

SLC500系列PLC串行通信采用半双工异步传送,支持CCM通信协议,并具有以下功能:①上位通信功能;②主局功能;③一对一功能;④无协议串行通信功能。以上功能可以实现PLC 的寄存器和内部继电器的读入和写出、传送状态的跟踪等。由于CCM协议采用主从通信方式,所以通信过程中由主局保持主动权,向子局发出呼叫,并通过向子局发送命令帧来控制数据传送的方向、格式和内容;子局对得到的主局呼叫做出响应,并根据命令帧要求进行数据传输。由于在胶带运输控制系统中要进行数据的读取和写入双向操作,因此采用一对一方式,工业控制计算机作为主局,PLC作为子局。

以主局向子局写入数据为例,数据传输过程见图2,通信是以主局向子局提出呼叫开始,子局做出应答以建立连接,主局接到应答后,向子局发送首标,子局将依据首标的各项要求与主局进行数据传输,在子局做出响应后,开始传送数据,数据以128字节(ASCII方式)为单位进行分组传送,最后主局发送EOF信号结束本次通信。其中,首标作为命令帧,规定了数据传送方向、数据操作起始地址及数据传送量等。

在进行数据通信时,通信应答时间决定了系统的读写速度,而作为主局的计算机通信时间因上位计算机类型、PC扫描时间、PLC数据通信接口模块应答延迟时间设定值、波特率、数据传送量的不同而不同。其中,PC扫描时间与应答延迟时间对整个通信时间具有一定的影响:当PC 扫描时间比应答延迟时间短时,前者对通信时间没有影响;反之,当PC扫描时间比应答延迟时间长时,在计算总通信时间时,采用PC扫描时间,计算公式如下:

总通信时间=A+B+C+D 。

其中:A、B、C、D分别为呼叫发送/应答时间、首标发送/应答时间、数据发送/应答时间、通信结束应答时间。以数据发送时间为例,其计算公式为:

数据发送时间=数据传送字符数×通信时间/字符+PC扫描时间 。

数据通信中,传送方式支持ASCII码和二进制两种,数据传送量因采用的传送方式不同而不同。在胶带运输系统中要求有较强的可靠性和实时性,为提高通信速率,更好地实现实时监控,选用二进制传输方式,波特率选用9 600b/s,并采用奇校验,通信速度为1ms/字符。

4通信程序设计

在通信程序设计中,子局和主局的通信参数设定均可通过软件来实现。以下主要介绍采用VB6.0软件编制主局的通信方法。

MSComm控件能够提供串行通信功能,具有事件驱动、查询两种通信方式。事件驱动通信是利用控件的OnComm事件捕获通信事件或通信错误,并执行OnComm的事件处理过程。当前发生的通信事件或通信错误由控件的CommEvent属性来判断。

该系统中,工业控制计算机作为主局,向作为子局的PLC发出呼叫及命令帧,并采用中断方式等待PLC的响应,即在MSComm控件的OnComm事件中根据CommEvent属性值来编制相应的响应过程或错误处理程序。在通信开始前,首先通过控件的Settings设定通信参数为“9 600,0,8,1”,依据CCM协议的每次实际传送数据量,定义Rthreshold为应收到的字节数。完成串口初始化定义后,打开通信口,主局发出呼叫,在得到子局响应时,Comm2Event属性值变为comEvReceive,激活OnComm事件处理相应事件,事件程序流程图见图3。首先将读取的子局信息处理,判断其与呼叫帧是否一致,若一致,发送首标命令帧,否则重新呼叫。在得到子局的首标回应后,开始数据的读取或写入操作,依据数据传送方向及数据量的不同设定控件的Rthreshold属性。最后通信以主局接收到EOF为结束。循环执行上述过程以完成数据的连续读写。

对于通信中的错误,一般可以通过接收到的CommEvent属性值来判断处理。但对于线路故障或PLC出现掉电等情况,CommEvent属性值无法激活,就要利用看门狗的方式设定定时程序,若通信超时,则结束前次通信,重新呼叫。

5结语

该技术已在煤矿井下的胶带运输机监控系统中投入使用。现场运行表明,该技术的应用方便了现场控制监视,有利于故障的及时排除,提高了生产的安全性及系统的可靠性,便于进行网络扩展,在车间级监控系统中有较好的推广前景。

摘要：通过对PLC通信技术的研究及开发,实现了胶带机性能参数的实时就地监测,提高了胶带运输的可靠性,具有较高的推广价值。

PLC控制系统中通信网络 篇9

1 PLC在工业控制中的应用

1.1 使工业控制更加便捷

PLC技术的广泛应用, 使工业化控制技术得到了迅速的发展。PLC控制技术在工业化控制中的应用主要体现在PLC具有操作敏捷、编程简单、维修更换方便的特点。PLC的具体操作包括编程, 将程序输入, 按程序运行。一般来说关键的技术就是编程, 当实现一个简单的功能时, 编写的程序也会很简单。当实现一个复杂的功能时, 编写的程序就会很复杂, 甚至经常出现编写失败的情况。为了实现工业的自动控制, PLC必须满足机械设备所需要做的动作, 然后通过指令的发出, 实现自动化。PLC功能必须满足, 当机械设备出现运行不正常或者出现故障时, PLC能够检测到信号, 通过控制机械设备的动作, 实现正常运行。如果出现故障, PLC能够控制实现紧急停机或者紧急处理故障处。通过PLC软件和硬件的相互配合, 实现了自己诊断、自己解决的模式。在工业控制中, 使用PLC技术能够很快找到故障出现的位置, 这样节约了工业生产过程中故障的排除和修复的时间。另外, PLC不仅能够及时的解决故障, 而且在选择解决方式的时候, 通过PLC的微处理器的运算, 在抗干扰方面得到优化后, 经过计算机模拟分析以后, 最后选择最优的解决方案。

1.2 可以在恶劣的运行环境中正常工作

在现代化的工业化生产中, 有的工作车间环境恶劣, 或者机械设备需要在那种环境中运行, 因此就要求机械零件或者电子控制设备能适应恶劣的工作环境, 在恶劣环境中能够保持正常工作, 元件不会受损等。这就对PLC提出了更高的要求, 但是PLC系统具有高强度的抗干扰能力, 在工业环境中能远远满足恶劣环境的要求。PLC可以在高温、高压、高强度电磁、高湿度等环境中正常运行, 这样就保证了工业生产运行的可靠性。

1.3 实现机电一体化

PLC专门为工业化控制服务, 它具有体积小的特点, 而且功能强大。在机电一体化的进程中, PLC技术得到了广泛的发展, 起到了关键的作用。PLC技术将电气和机械部件相结合, 通过计算机控制机械设备的运行。PLC将电子元件和机械部件和仪表仪器有机的结合在一起, 实现了机电一体化。这种巧妙地结合, 大大省去了人力, 提高了机械设备的工作效率。

1.4 实现灵活运行

PLC技术在工业控制中应用中, 具有编程灵活性、操作灵活性及扩展灵活性的优点。PLC技术的应用大大提高了机械设备的运行的灵活性。PLC模块可以利用多种编程语言, 因此掌握其中一种语言就可以实现编程。PLC在工业控制中可以利用增加卡件来增加点数, 根据设计应用的规模, 设计师可以自己选择适应生产。操作灵活性是指, 在PLC的编程设计过程中, 设计的工作量大大减少, 安装过程中只需将编写好的程序利用计算机下载到PLC中, 同样也具有操作的灵活性。

1.5 过程控制

PLC技术在实际的工业控制应用中, 通过和计算机技术及微电子处理技术的结合实现了功能的不断优化。目前, PLC能够准确的实现过程控制, 对于提高机器的运行准确性提供了保障。PLC通过机械设备实际运行中的参数, 如电压、电流、温度、湿度等的变化来控制工业生产中的模拟量实现过程控制。目前, 在工业控制中常以开环、闭环为代表, 这种控制方式在各种工业领域都取得了理想的效果。

1.6 PLC的远程控制

随着计算机网络技术的发展, PLC技术和网络控制技术不断融合, 实现了PLC的远程控制。PLC可以通过触点的状态实现远程的控制, 同时PLC还能精确的远程控制机械设备的运行效果, 自动优化解决方案, 实现最小误差的控制。

2 网络技术在工业将控制中的应用

随着电子技术的发展, 网络技术在工业控制中的应用也越来越普遍。网络控制技术在工业中的应用大大提高了机械设备运行的准确性, 这是未来工业控制领域中关键的技术。

网络技术主要是针对计算机网络来讲。近些年来计算机网络技术得到了迅速的发展, 网络控制技术也随着计算机网络技术的发展迅速发展起来, 但是目前我国计算机网络技术起步比较晚, 发展水平有限, 因此也限制了工业自动化控制的进程。我国的自动控制进程与发达国家相比还具有很大的差距, 因此对我国来说网络技术的革新很重要。我国要不断引进国外先进的网络技术, 在此基础上不断消化吸收再创新。近几年, 我国出现了一种新型的网络新技术现场总线。这一网络控制技术具有数字通讯和数字计算能力的现场设备。将这种具有数字通讯能力和数字计算能力的现场设备作为信号转化的节点, 而总线就是信号传播的纽带, 因此也就实现了数字通信。在工业控制的实际应用中, 网络控制技术可以将多种企业的协调能力得到统一, 使得企业的经营管理成为一个集合的有机整理, 实现了产品的开发、原料的供应、车间的生产加工、市场信息的一体化管理。其中最重要的包括两个方面。第一, 网络控制技术通过控制网络将各个部门的主机用网络通讯协议的形式连接在一起, 使各个部门能够及时的进行沟通和信息的传递, 从而形成一种完善的通讯系统。第二, 网络控制技术通过控制网络, 将电气设备和机械设备的工作参数的可以输入到计算机中, 然后通过指令的形式向PLC发出, 从而将所有的设备的运行收集于PLC存储器中。

3 结束语

在现代化的工业化控制进程中, PLC技术及其网络控制技术的结合使得工业化控制更加智能, 大大提高了机械的运行效率和运行精确性。当今世界PLC的发展程度已经成为衡量一个国家工业控制自动化的重要标志。PLC技术实现了工业控制的机械化向自动化和机电一体化的转型, 这种转型有助于提高企业的经营管理能力和机械设备的工作效率。虽然我国的PLC技术和网络控制技术相比发达国家有差距, 因此我们必须要进一步加强PLC及其网络控制技术的研发和创新, 同时应注意与其他技术的有机结合, 实现功能的不断优化。

参考文献

[1]胡学林.可编程控制器应用技术[M].高等教育出版社, 2012, 7 (01) .

[2]徐军.可编程控制器PLC的数据通讯及网络技术[J].自动化与仪器仪表.2012, 6 (11) :131-132

PLC控制系统中通信网络 篇10

煤矿信集闭系统是一套用于煤矿井下对矿井轨道机车的运行进行监控和调度的工业监控系统,它不但能实时显示井下大巷电机车的运行区段、位置、机车车号、运行方向、信号灯状态、传感器状态、道岔状态和区段闭锁状况等,而且调度人员还可通过设于调度室内的监视器,实时监视各种机车的运行状态,可远距离扳岔、切换中枢、开放信号机,并自动实现敌对进路的封锁,不允许敌对信号同时开放,从而保证了列车的安全运行,减少了操作人员,大大提高了机车的运输效率。

目前,许多煤矿的信集闭系统采用PLC作为控制主机,虽然PLC的逻辑控制功能非常强,但如果采用主站形式,它仍属于点对点式的控制模式,系统电缆安装量大,布线复杂,成本高,控制距离也受到很大限制。基于此,有的煤矿采用分站结构,例如以单片机系统作为分站。这种方式不但扩大了控制范围,而且以通信方式进行控制信号及状态数据的传送,可大大节省信号电缆,使安装和调试变得简单易行,同时也降低了成本。但这种单片机分站模式也有其不足之处:煤矿井下工作条件恶劣,单片机系统的抗干扰能力差,监控系统的可靠性难以保证。

众所周知,PLC不但具有故障率低、抗干扰性能强等优点,而且具有强大的网络控制功能。如果充分利用PLC灵活的通信功能,以PLC作为分站,则在扩大井下控制范围、节省电缆的同时,又可提高系统的抗干扰能力。

另一方面,考虑到PLC数据计算处理与管理能力较弱,特别是不能给用户提供一个良好的人机界面,笔者以上位机作为监控机,给用户提供了形象生动的显示及操作界面。本文以Koyo公司PLC为例,提出一种基于VB环境的主从分站模式的PLC监控网络的设计方案。

1系统设计方案

Koyo公司的SU系列PLC功能强大,但价格较高,而SN系列PLC功能简单,但价格低廉。由于本监控系统分站数量较多,因此主站采用SU系列PLC,而分站由SN系列PLC承担。

根据信集闭监控系统的工作原理,整个系统由调度室内和调度室外2个部分组成,室内、室外通过通信电缆进行信号的传输。调度室外由现场执行单元、底层分站PLC控制网络等主要设备组成,调度室内由管理计算机系统(PC机)、液晶电视、主站PLC、通信模块 、操作台、电源控制柜等组成。整个系统采用4层分布式结构体系,其结构如图1所示。

第1层:监控层,由PC机系统组成,主要用于完成现场工作过程的跟踪、模拟显示、状态重现、报警、故障诊断等,另外负责发送用户操作命令到主站PLC。

第2层:主站控制层,用以收集各分站的状态信息,并实现数据的上传,同时完成监控命令的下传。

第3层:分站PLC控制层,实现现场数据的采集及现场设备的控制。

第4层:现场层,主要指各种现场执行单元及其控制电路。

由于PC机与主站PLC距离较近,因此两者通过PLC的通用通信口(RS232接口)连接。但机车轨道距离较长,主站PLC与分站PLC之间通过通信模块以RS485方式连接,分站的10个PLC组成RS485网络,但分站之间不通信。每个分站及其I/O模块安装在现场设备附近,实现就近控制。

主站PLC收集10个分站的现场信息并送到PC机,信息经过处理后,一方面在液晶显示器上显示,用以模拟现场各执行单元的工作状态,另一方面又被存入数据库中,记录各种报警事件,以备查询。

这种集散式控制系统的优点:在物理结构上采用主从分站式控制,以通信方式进行数据的传送,大大节省了电缆,减少了线路对信号的干扰,使系统具有良好的扩展性能。

2软件设计

软件设计包括3个部分:基于CCM通信协议的PC机监控程序、主站PLC和分站PLC之间的通信程序及分站PLC监控程序。

2.1 基于CCM通信协议的PC机监控程序

PC机所显示的信号状态必须与现场的信号状态一一对应,因此它必须能模拟各机车位置、机车运行方向、轨道区间段占用及闭锁情况、信号机状态、道岔位置等运行状态,同时具有闯红灯、传感器失常、转辙机不到位等故障的报警与显示功能。为了从PC机上实现对各执行单元的控制,例如,发送道岔集控、进路解锁、区段解锁、报警解除、左进路、右进路、道岔正位、道岔反位等命令,PC机还要具有命令发送功能。由于VB 具有良好的操作界面,同时具有方便的串行通信功能,因此,PC机监控程序是基于VB环境设计的。

通信过程中,PC机作为通信主局,主站PLC作为通信子局。无论是PC机从PLC读状态数据,还是向PLC 发送控制命令,通信过程均由作为主局的PC机启动。为了1次通信能完成10个分站状态信息的收集,在PLC的寄存器(R)域开辟出10个连续区域,用于存放PLC从10个分站收集的现场信息,这样就大大减少了通信次数,提高了系统运行速度。为保证系统的实时性,PC机每0.5 s从PLC读1次数据,处理后立即刷新监控界面。为了向PLC发送控制命令,在PLC的中间继电器(M)区开辟一个命令缓冲区,发送控制命令的实质即为向该区域写数据,之后再由主PLC把该命令发送到规定的分站PLC。

PC机和PLC通信之前,首先设定PC机和PLC的通信参数,PC机作为通信主局,其参数通过MSComm串行通信控件的相关属性设定。具体如下:局号为1、通信波特率为9 600 bps、1位起始位、8位数据位、1位停止位。主站PLC作为子局,其参数通过PLC的DIP 开关设定,其局号为1,其它参数与PC机的一致。

PC机和主站PLC的通信遵循CCM通信协议。通信从PC机呼叫主站PLC开始,PC机从主站PLC读取数据的通信过程如图2所示。

1次通信过程包括A～J个步骤,每个步骤的意义如下:

A:主局向子局发出呼叫信号;

B:子局收到主局呼叫信号的应答信号;

C:主局向子局发送首标信号,告诉子局从何处读多少个数据;

D:子局应答信号;

E:子局发送的第一组数据,最大为128 B;

F:主局应答信号;

G:子局发送的第二组数据,最大为128 B;

H:主局应答信号,如果还有超过128 B的数据要发送,重复G～H过程

I:子局发送的最后一组数据,它为1～128 B之间的任意字节数;如果所读状态数据的总数小于128 B,则不必进行E～H过程;

J:主局应答信号;

K:子局发送结束信号。

按上述A～J过程,用MSComm控件的Input属性和Output属性即可编写通信程序,得到现场状态数据包。

PC机接收到主站PLC收集的数据包后,首先把每个分站的状态数据从数据包里分离出来,然后再对各分站的数据进行二次分离,从中取出代表道岔报警、道岔状态、信号灯状态、信号灯报警、机车运行方向、区段状态、机车位置传感器等信息,同时把信号对应的现场工作状态反映到监控界面上。数据分离完后,把其保存到Access数据库,用于故障报警、状态重现的处理。

2.2 主站PLC与分站PLC之间的通信程序

主站PLC与分站PLC之间的通信程序使用通信模块的写入指令WX和读出指令RX进行编制。其关键就是编写对10个分站的轮循读写程序,按一定顺序将分站收集的数据读到主PLC的数据寄存器区,并把相关控制命令发送到分站PLC。

通信之前,必须把通信模块的通信参数通过模块上的DIP开关进行设定,同时把SN系列PLC的通信参数通过寄存器R7655和R7656设定。

2.3 分站PLC监控程序

各分站PLC监控程序由其控制的现场执行单元的种类、数量、功能决定。

3结语

实际运行表明,基于主从分站式PLC网络的煤矿信集闭监控系统实时性好、可靠性高、扩展性强。该系统自2005年在某煤矿投入运行以来,系统稳定,操作及维护方便,在减轻工人劳动强度的同时,也大大地提高了生产效率,取得了显著的经济效益和社会效益。

参考文献

关于PLC控制系统中的抗干扰 篇11

一、PLC控制系统中电磁干扰的主要来源

影响PLC的干扰源大都产生在电流或电压变化剧烈的部位。其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信网络内的辐射，由通信线路的感应引起干扰。

1.来自电源的干扰

PLC控制器的正常供电电源均由电网供电，由于电网覆盖范围广，会受到空间电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化，如开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。

实践应用中，因电源引入的干扰造成PLC控制器故障的情况很多。笔者遇到过这样的问题：某企业车间的设备是用PLC进行控制的，当设备到位后，通过调试设备运行正常，但是没多久运行中就出现问题了，原先认为可能是PLC控制器出了故障。后来通过现场察看，发现相邻的新建企业用电量很大，另外还有一些高频设备。后来通过更换隔离性能更高的UPS电源，重新调整变电所的配电盘接线，问题得到了解决。

2.来自信号线引入的干扰

与PLC控制器连接的信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用仪表的供电电源串入的电网干扰；二是线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这种干扰信号会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时会引起控制器件的控制逻辑出差或者造成控制逻辑的混乱。如某车间的PLC控制设备，只要与它一墙之隔的高频设备一工作，就会对PLC控制器产生干扰，影响正常工作。通过使PLC控制箱远离干扰源，并且采取相关一系列抗电磁辐射感应的措施，控制设备就能得到正常运行。

对于隔离性能差的系统，还将导致信号的互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制器因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。

3.来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一，正确接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC无法正常工作。PLC控制器的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等，接地系统混乱对PLC控制器的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。

此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路。在变化磁场的作用下，屏蔽层内会出现感应电流，屏蔽层与芯线之间的耦合将会干扰信号回路。若系统地与其他接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。

4.来自PLC控制器内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂。作为应用部门是无法改变的，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。

二、PLC控制系统的抗干扰设计

为了保证系统在工业电磁环境中免受或少受内外电磁干扰，必须从设计阶段开始就采取三个方面抑制措施：抑制干扰源，切断或衰减电磁干扰的传播途径，提高装置和系统的抗干扰能力。这三点就是抑制电磁干扰的基本原则，在进行具体系统的抗干扰设计时，还要注意以下的问题。

1.设备选型

在选择设备时，首先要选择有较高抗干扰能力的产品，其具有电磁兼容性，尤其是抗外部干扰能力，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC控制器。其次，还应了解生产厂制定的抗干扰指标，如共模抑制比、差模抑制比、耐压能力以及允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作；另外，靠考查其在类似工作中的应用实绩。 在选择国外进口产品时要注意：我国采用的是220V高内阻电网制式，而欧美地区是110V低内阻电网。由于我国电网内阻大，尤其是在企业中三相供电负载不平衡时，零点电位变化大，中心电位偏移大（严重的偏移电压可达60—70V以上），工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，对系统抗干扰性能要求更高，在国外能正常工作的PLC产品在国内工业就不一定能可靠运行。这就要在采用国外产品时，按我国的标准（GB/T13926）合理选择。

2.综合抗干扰设计

主要考虑来自PLC外部的几种抑制措施，主要内容包括对PLC及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰；对外引线进行隔离、滤波，特别是原动力电缆、分层布置以防通过外引线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外，还必须利用软件手段，进一步提高系统的安全可靠性。

三、PLC控制系统的抗干扰措施

PLC控制器的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品，且有赖于使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中进行全面考虑，并结合具体情况进行综合设计，才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。

1.选择好的设备

选用隔离性能较好的设备，选用优良的电源，动力线和信号线走线要更加合理等等，也能解决干扰，但是比较繁琐、不易操作，而且成本较高。

2.利用信号隔离器解决干扰问题

只要在有干扰的地方，输入端和输出端中间加上这种产品，就可有效解决干扰问题。信号隔离器使用简单方便、可靠、成本低廉。标准系列导轨结构，易于安装，可保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。

3.采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰

PLC供电的电源，一般都采用隔离性能较好的电源，而对于变送器供电的电源和PLC控制器有直接电气连接仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差。对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC控制器的干扰。此外，为了保证电网馈点不中断，可采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的安全可靠性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制器的理想电源。

为了减少动力电缆辐射电磁干扰，可采用铜带铠装屏蔽电力电缆，降低动力线产生的电磁干扰。不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层铺设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠近平行铺设，以减少电磁干扰。

4.硬件滤波及软件抗干扰

在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。由于电磁干扰的复杂性，通过硬件根本消除干扰影响是不可能的。因此，在PLC控制器的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效消除周期性干扰；定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采用间接跳转、设置软件陷阱等提高软件的结构可靠性。

5.正确选择接地点，完善接地系统

完善的接地系统是PLC控制器抗电磁干扰的重要措施之一，系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种。PLC控制器属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz，所以PLC控制器接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的PLC控制器适于并联一点接地方式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接点。

PLC控制器中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰。对有些干扰情况还需做具体分析，采取对症下药的方法，才能够使PLC控制系统正常工作。

PLC控制系统中通信网络 篇12

1 中波发射自动化控制系统的总体构成与功能

厦门广电集团发射中心202台中波发射自动化控制系统主要由受控系统、前端监控器、网络和系统服务器等四部分组成。网络结构的拓扑结构如图1。

总体采用现场分布式结构, 每个受控系统都有自己独立的前端监控器, 并在其监控下工作。受控系统由主/备发射机、同轴开关、假负载、音频矩阵及温控器等组成。

前端控制器采用OMRON公司生产的CS1H-CPU63型可编程序控制器, 它是实时监控系统中最基本、最核心的单元, 在整个系统中起着承上启下的作用。它能够脱离上位软件和网络连接而独立完成对受控系统的监测和控制, 对受控系统各种异常状态用不同的方式发出告警信号, 并能够存储开关机时间表等日常管理流程数据。

自动化控制系统的主要功能分为: (1) 基本控制功能 (远程控制及自动开关机等) ; (2) 开关量、模拟量的监测; (3) 开关机时间表的设定; (4) 与用户系统及服务系统的通信功能。其中前两项功能通过PLC通信协议宏来实现。

2 Thomcast公司M2W发射机提供的通信协议分析

M2W发射机的标准通信协议帧的格式分为:写控制帧 (控制量) 和读控制帧 (状态量) 。如下表, 我们把常用的一些常用的操作指令列出来。

2.1 写控制: (开关机控制量)

2.2 读控制: (机器状态量)

特别说明:在M2W发射机内部PLC是采用文件的格式存储机器信息的, 其中:N1——遥控连接的直接命令输入;N2——本地连接的直接命令输入 (发射机触摸屏) ;N3——发射机实际数据。N1文件在指令写入时发射机将做出反应, 从N3文件则可读取机器的实际数据进行监测, 通过对这两个文件的修改和读取来实现发射机的控制。

OMRON通信协议宏的简介与应用设计

3.1 通信协议宏概述

通信协议宏是PLC具有的一种通信控制功能, 用于为符合具有串行通信端口的通用外部设备的通信规范的通信协议创建宏。支持与几乎所有具有RS-232C或RS-422A/485端口外部通用设备的通信, 通过编制通信协议指令实现对外部通信设备的相应数据采集和控制。

CX-Protocol是创建协议宏应用软件。协议宏由通信指令系列组成, 支持硬件是PMSU (串行通信单元) 。CX-Protocol将协议宏传送至PMSU、通过CPU单元上的PMCR指令来指定协议宏的序号并执行通信序列。一个通信指令序列由若干步组成, 每个步由发送、接收或者发送与接收指令组成;可允许用户根据处理结果来重复、结束这些步或者对这些步生成分支。

3.2 通信协议宏的创建

根据上面的表格, 我们先将这些常用操作指令转换成发射机通信协议的指令帧 (即协议宏的通信报文) , 通信报文分为发送报文和接收报文, 包含有:报头、地址、长度、数据、错误检验码和终止符, 但每个字段不是必需的, 在发送报文中, 可以仅有数据字段 (实际上数据字段就已经包含有报头、地址、错误检验码和终止符) ;在接收报文中, 存在终止符时, 报头、地址、长度、错误检验码也可以不存在, 如果数据长度固定, 则终止符也可以不存在。

根据M2W发射机的协议说明, 无论在写或读操作, 发送完成后发射机均会返回一个响应帧, 如果出错则要求重发, 正确则发送“1006”确认该操作。

3.3 写控制帧格式

发送命令:

+++++++++++++++

返回:响应+++++++++++其中, 发送报文可以定义+为报头字段;+为地址字体;++++++++, 可这数据字体, 为写入N1中相应操作位的数据+为终止符;为错误校验码。接收报文中的“响应”有三种:接收正确─“1006”;接收错误─“1005”;校验错误─“1015”

以发送“开机”操作指令为例:100201090F008803AA020F89020001001003208d将N1中的“开机位”置“1”, 返回:1006100209014F00880310030dc4, 则再发送“1006”确定执行开机操作。如果返回“1005”或“1015”则重发操作指令。

3.4 读控制帧格式

发送命令:

++++++++++++++返回:响应++++++++++++其中++++给出功能码和读取的范围和文件类型, 其它字段与写控制的相同。返回时, 字段为读取的机器状态数据, 可用W () 指令写入DM数据存储区。

由于读取范围要求不超过240字节, 机器的状态数据需要分三次才能全部读出, 如发送:100201090F000101A2EE118900001003e00f则返回1006100209014F0001++0010032864, 这样我们可以读取到0~240字节的数据, 其它数据读取修改范围即可。

3.5 协议宏的创建

协议宏的一个序列由最多16个步组成, 一个步包含一条命令操作, 该命令分为:“发送”、“接收”、“发送与接收”、“打开”、“关闭”、“刷出”或“等待”, 通过步中的“下一个过程/出错过程”来指定执行下一步。协议宏就是通过“步”发送和接收处理通信报文, 完成指令操作的执行, 所以创建协议宏可分两步完成。 (1) 首先, 将“开机”操作指令按写控制帧格式转换成协议宏的发送报文 (SendMessage) , SendMessage为:+++++++++++++++,

按图2设置相应字段并存储为Send Message1, 也可直接设置在数据字段里。

3.6 CX-Protocol软件操作

(1) 创建各报文:打开C X-Protocol软件, 从“File” (文件) 菜单中选择“NEW” (新增) 创建一个项目, 创建项目后从PLC菜单中选择“EditPC-PLCCommsSettings” (编辑PC-PLC通信设定) ;在项目文件下创建协议列表 (NewProtocollist) , 右键点击“Create/Protocol” (创建/协议) , 指定下列项:协议名称、序列起始号、序列结束号和目标;右键点击“Create/Sequence”编制协议序列, 指定下列项:链接字、传送控制参数、响应类型和监测时间 (Tr、Tfr、Tfs) , 一个协议序列对应一条M2W发射机操作命令;在通信序列中右键点击“Create/Step” (创建/步) , 指定下列项:重复计数器、命令、重试计数、发送等待时间、发送报文、接收报文、有/无响应写入、下一个过程和出错过程, 每一步就是一条协议指令。右键点击步列表中的“SendMessage” (发送报文) 或“ReceiveMessage” (接收报文) 字段, 然后从弹出菜单中选择“NewMessage” (新报文) , 将全部使用到的协议指令输入为通信报文, 必要时做好注释, 便于读懂程序。 (2) 创建矩阵:如果要根据不同的响应报文决定下一步执行的步 (Step) , 就需要创建矩阵来完成。右键点击“Create/Matrix” (创建/矩阵) 和“Create/MartrixCase” (创建/矩阵实例) , 预先设定可能返回的响应报文数据, 改变各响应报文的下一个控制步, 一个矩阵中允许最多设定15种报文。如图4, 写控制指令时, 可将“接收B“设为”1006, 下一步为发送“1006”确认;“接收C”为“1005”和“接收C”为“1015”, 下一步为重新发写指令。 (3) 传送项目:选中项目名称, 点击菜单ProtocolDownloadProtocol, 将以上创建的项目传送至PMSU (从个人计算机到PMSU) 。

3.7 创建梯形图程序

梯形图程序主要有按时间表自动试机、开关机程序和故障处理等程序。梯形图程序段较长, 这里主要介绍在梯形图中如何调用协议宏指令。在梯形图中通过使用PMCR命令来调用协议宏指令, 首先为PMCR指令分配一条功能代码, 然后执行PMCR指令。

如图5所示:控制字1为#02E1, 其中0为通信端口 (内部逻辑端口号0) ;2为端口2;E1为内插板 (串行通信板) ;控制字2为#2, 表示执行02号通信序列。第一个发送字为100, 发送数据首字 (DM100)

第一个接收字为200, 接收数据存储首字 (DM200) 。当“T机开机”位1213.14置ON并将协议宏执行标志 (1919.15:端口2) 置OFF时, 将调用PMSU上注册的02号通信序列, 从而在通信端口允许标志 (A202.00:使用0号通信端口的内部逻辑端口) 为ON的情况下经由PMSU的端口2发送和接收数据。

4 系统硬件连接与测试

4.1 PLC需要用到的两个通信连接

4.1.1 电脑CX-Protocol软件与PLC的编程连接

首先, 必须先用编程电缆将电脑CX-Protocol软件连接到PLC的CPU外设口或内置RS-232C口上, 然后, 设置PLC“设备类型”、和“网络类型”。

4.1.2 PLC通信板 (CS1W-SCB41-V1) 与受控通信设备的通信连接

(1) 将串行通信板 (C S 1 W-SCB41-V1) 插入CS1的CPU模块中, 设置终端电阻ON/OFF开关为“ON”及线制开关2线/4线拨到“4”的位置。将通信板 (CS1W-SCB41-V1) 上的端口2 (RS-422A/485) 与M2W发射机的RS-485端口连接。 (2) 制作通信板与发射机的数据连接线, 并连接好两端通信口。 (3) 根据M2W的通信协议参数设定为:协议:全双工;和检验:CRC;COM口:RS422;波特率:19200;每字位数:8;奇偶Parity:偶数;停止位Stopbits:1。

5 系统调试

CX-Protocol提供了数据跟踪和监测功能, 当执行数据跟踪操作时, 从该点开始, 串行通信板对发送/接收报文中按时间顺序排列的数据执行跟踪记录, 通过跟踪发送或接收数据和信号, 可根据步来检查发送或接收和各条报文的内容并将其与预设的序列进行对比, 查找程序的出错原因。笔者在调试中体会到在使用通信协议宏时, 必须注意下面几个问题, 否则可能会造成通信失败。 (1) 执行PMCR指令时, 最好使用上升沿微分触发PMCR指令, 否则可能引起各条指令间的冲突。 (2) 根据实际测试发射机的接收和反馈时间, 设置发送完成监测时间Tfs为0.2S、接收等待监测时间Tr为0.2S和接收完成监测时间Tfr为0.4S, 既能保证指令的完整发送, 又节省等待时间, 并可以防止协议宏进入死锁状态。 (可参考操作手册中监测时间的计算方法) 。

6 出错处理

PLC设置有特殊辅助区, 存储PLC运行状态, 协议宏在发生以下任一错误时, 根据设定的重试计数自动重复执行同一个步 (最多3次) : (1) 监测时间 (Tfs、Tr、Tfr) 已过。 (2) 发生了接收通信错误。 (3) 接收报文不正确。 (4) 校验码存在错误。

发生异常时, 可通过这些状态了解异常情况, 并可应用这些状态位进行程序保护。以CS1为例常用的有:

7 结束语

通信协议宏不单可以实现对中波发射机房M2W发射机的自动化控制, 而且还可以应用在各种具有串行通信端口的设备上;如果采用RS-422A/485串行通信端口, 还可以实现1:N控制 (最多32部) 外部通信设备。此应用系统在我台投入运行以来, 能安全、稳定、可靠地工作, 整个控制系统灵活、方便、一体化控制, 大大提高了广播播出系统自动化、网络化的管理水平, 具有很好的实用性和行业中的推广价值。

参考文献

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[3]Thomcast.M2W中波发射机技术手册, 1998 (4) .