探究PLC网络的无线通信方式

探究PLC网络的无线通信方式

邹薇

黑龙江农垦通信有限公司齐齐哈尔分公司

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。

二、PLC控制系统中通信网络的研究

1.PLC控制系统

（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。

（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。

（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CONTROLNET、MODBUSPLUS等）、现场设备级网络（如现场总线）和远程I/O。

（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）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]。

（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。

（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网络的应用特点和比较

1.专用网络与公共网络的比较

PLC无线专用网络的控制系统是一个独立的并且封闭的系统，其结构相对来讲比较简单。数据传输比较方便，安全性好，但是这种通信方式，系统受地域范围的限制，只适合在比较小的区域里使用，利用公用网络来操控的PLC控制系统可以充分的利用其网络传输通道广泛的特点，这样在比较广阔的地域里，这样就可以使系统随时的进行连接或互通，而且设备与设备之间的传输量也更大，容量扩展性也非常好，但是缺点就是公用安全网络系统安全性能比较差，其软件设计难度，并且通信协议也比较复杂，而且公网设备的运行和网络流量也会影响PLC的控制，这样就存在"掉线"或"死机"的隐患，并且公用网络租赁费用比较高昂，所以此种传输方式所需成本也比较高。

2.数据传输电台所搭建的PLC网络

数据传输电台的传输特点是实施性能好，而且有专门的数据传输信道，每次投资建设只需一次，没有额外的运行费用，性能更稳定等优点，其不足之处就是因为在同一个频率范围里，只能够一个设备发送数据，并且由于其覆盖范围比较小，所以网络容量也不高，并且一点对多点还需要使用轮流咨询的方式，大大降低传输效率，并且数据传输的电台建设成本也都很高，后期维护费用也很高，导致成本加大。

3.全球定位系统构建PLC网络

全球定位系统不受通信范围的限制，其设各所要消耗的功率也比较小。使用这种方式不需架设网络，安装好设备即可投入使用，建设成本很低。当站点分布比较广，数量比较多的时候，使用GPRS进行分组交換可以在许多个站点之间进行快速的以及效率高的双向通信进行数据。传输GPRS的不足之处是対公用网路的通信量要求非常的高，并且网络并不安全，而GPRS需要进行下一代的网络升级，如果依旧按流量计或者是租赁使用特定IP，就会导致架设成本大大提高。

三、PLC未来的发展趋势

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。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。

结语

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]马杰.无线数据现场监测系统的研究与设计[J].吉林省教育学院学报(上旬).2013(04)

[2]姜梦晓,黄桢宇,俞佳星,张漠鑫.基于无线通讯的多智能体机器人协同探测平台[J].工业控制计算机.2015(10)

[3]郭飞,吴苏炜,张志伟,纪克鹏,方猛.基于无线传输的过程称量控制系统[J].自动化技术与应用.2018(04)