plc在自动控制领域中的应用(编辑修改稿)

plc在自动控制领域中的应用(编辑修改稿)内容摘要：

而配置不同的子网通信协议。 ② PLC 网络中的通信协议一般有通用协议 和专用协议两种。 ③ PLC 网络的高层子网中常配置 MAP 规约 (全 MAP )或 Ether 协议，使得 PLC 网络更加标准化和通用化，也使得 PLC 网络的互联、 PLC 网络与其它局域网的互联更加容易。 ④ PLC 网络的中间层和底层多采用专用协议，最底层常采用周期 I/O 方式通信，以适应对实时性要求高但信息较短的过程数据和控制命令的传送，中间层多采用令牌方式或主从方式控制通信。 ⑤ PC (个人电脑 )加入不同级别的子网，必须按所联入的子网配置通信模板，并按该级子网配置的通信协议编制用户程序 : ⑥ PLC 网 络底层子网对实时性要求较高，采用协议多只有物理层、层和应用层三层。 高层子网与普通网络相近，加之要与异种网互联，通信协议多为标准 7 层协议。 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文）报告 论 PLC 在自动控制领域中的应用 机电工程系机电一体化专业 075 班 臧宝亮 Page 12 of 27 二、 PLC 网络中的通信 PL C 网络 可分为 PLC 控制网络和 PLC 通信网络两种，它们在功能上和工作方式上有很大的差别。 PLC 控制网络只传运。 每次传送数量较少，例如， PLC 的远程 I/O 链路、通过 Link 区交换数据的 PLC 同位系统。 PLC 通信网络则即可传送开关量又可传送数字量，且通信数据量较大，例如， SIEMENS 的 SIENECH l网、 AB 公司 DH+网等。 PLC 通信网络 类似于普通的局域网。 实际应用中对 PLC 网络并不做具体划分。 PLC 网络的通信包括 PLC 之间、 PLC 与上下位计算机间和 PLC 与智能设备间的通信。 常规的联网通信方法是利用 PLC 主控模块上的 RS232 或 RS 422/423 接口和专用电缆组成较简单的多机系统。 也可利用 PLC 的专用通信模块，用双绞线、同轴电缆或光缆连接组成网络从而实现不同系统间的信息交换，构成集中管理、分散控制的集散型、分层式控制系统。 并行通信和串行通信在 PLC 及其网络中都存在。 其中，在 PLC 内部，多处理器的 PLC中的多个处理器间通过共享存储区在协 处理器控制与管理之下的通信和 PLC 中 CPU与各智能模块处理器间经背板总线的通信多为并行通信。 我们研究的重点是 PLC 网络中的串行通信。 PLC 网络中的各级子网无论是环形结构还是总线结构，通信介质是网络的共享资源，网络中的 PLC 建立通信，就必须取得共享通信介质的使用权，即要有一个存取控制方式来分配共享通信介质的使用权。 另外， PLC 建立通信通道后，要将数据传送出去，这又要考虑数据传送方式是有连接的还是无连接的，是有应答的还是无应答的，或是广播通信。 即通过本段内容我们可以明确， PLC 网络中各级子网的通信方法包括存 取控制和数据传送方式两部分。 以下将详细介绍 PLC 网络中的典型通信方式 ： LC 控制网络的“全局 1/O 方式”通信 “全局 1 /O 方式”是利用串行共享存储区通信的方式，主要用于带有 Link 链接区的PLC 间的通信。 工作原理是在 PLC 网络中的各台 PLC 的 1/O 区划出一块链接区，每个链接区都采用相同的邮箱结构，相同编号的发送区与接收区的大小相同，占用相同的地址段，一个为发送区，其余皆为接收区，通过广播式通信，使各 PLC 链接区 11’的数据保持一致，即链接区中既有自己发送的数据，也有其它 PLC 送来的数据，每台 PLC 只要访问自己的链接区，就等于访问了其它 PLC，就相当于与其它 PLC 交换了数据。 实际上链接区成为网络的共享存储区，也成为 PLC 交换数据的中介区。 “全局 1 /O 方式”的通信方法如图 所示。 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文）报告 论 PLC 在自动控制领域中的应用 机电工程系机电一体化专业 075 班 臧宝亮 Page 13 of 27 链接区可采用异步方式刷新，也可采用同步方式刷新。 当采用异步方式刷新时，与PLC 中用户程序无关，山各 PLC 月矛带通信处理器按顺序进行广播通信，并使所有链接区保持等值。 当采用同步方式刷新时，山用户程序中对链接区的发送指令启动一次刷新，只有当链接区的发送区数据变化时刁刷新。 链接区是从 PLC 的 I/O 区划分出来的，经等值化通 信变成所有 PLC 的共享区，因此称为“全局 I/O 方式”通信。 C 控制网络的“周期 I/O 方式”通信 “周 期 U O 方式”通信主要用于 PLC 的远程 I/O 链路的控制网络的通信。 工作原理 :远程 I/O 链路按主从方式工作， PLC 自带的 I/O 主单元在远程 UO 链路中担任主站，其它远程 I/0 链路作为从站。 在主站中设立“远程 I/0 缓冲区”，采用邮箱结构，划分出几个分箱分别与梅个从站相对应，每个分箱再分为发送区和接收区。 主站中的通信处理器采用周期扫描方式按顺序与各从站交换数据，把与其对应的分箱中的发送区数据送往从站，从 从站区读取数据存入相应的接收区，这样使得主站中的远程 I/0 缓冲区得以周期性地刷新。 此过程中 PLC 的 CPU 单元只负责对用户程序扫描，按循环方式进行处理，每周期都会集中进行 I/0 处理，既对本地 UO 单元也对远程 I/0 缓冲区进行读写操作。 PLC 的 CPU 对用户程序的周期性循环扫描与通信处理器对各远程 I/0 单元的周期性扫描是异步进行的，PLC 的 CPU 单元实际并没有直接操作远程 I/0 缓冲区的周期性刷新，使得 CPU 单元相对直接访问了远程 I/0 单元。 主站 中 的 通信处理器采用周期扫描方式与各从站交换数据，从而周期性的刷新“ 远程 I/0 缓冲区”，这种通信方式既有周期性又涉及远程 I/0 单元，因而被称为“周期 I/0 方式”。 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文）报告 论 PLC 在自动控制领域中的应用 机电工程系机电一体化专业 075 班 臧宝亮 Page 14 of 27 C 通信网络的主从总线 (U:N )通信方式 主从总线通信方式是采用集中式存取控制方式分配总线使用权，通常采用轮询表的方法。 轮询表是一张从站号的排列顺序表，配置在主站中，主站按照轮询表中的排列顺序对各从站进行访问，查看从站是否有占用总线的请求，从而对总线使用权进行分配。 为保证实时性，轮询表中各从站号至少出现一次，这样可保证每个从站在周期轮询时的侮个周期内至少有一次总线使用权。 而对实时性要求较高的从站，则 可采用静态方式在轮询表中让该从站号多出现几次，从而获得较高的通信优先权，同时也可采用中断法的动态方式打断正常的轮询周期，随时插入获得总线使用权，从而更好的实现对实时性的要求。 主从总线通信方式中有两种基本的数据传送方式。 一种只允许主站与从站间的通信，而禁止从站间的通信，从站间的通信必须经主站处理。 另一种是两种通信都允许，从站获得总线使用权后先与主站通信，再直接与从站通信。 C 通信网络的浮动主站 (N:M) 通信方式 浮动主站通信方式适用于总线结构的 PLC 网络。 总线上有 M 个站，其中 N 个为主站。 N:M 通 信方式采用主从总线与令牌总线相结合的存取控制方式。 N 个主站首先组成逻辑环，通过令牌方式在逻辑环上分配总线使用权，因而主站是浮动的，是不固定的。 主站获得总线使用权后，再按主从方式确定在自己的令牌环持有时间内与其它从站的通信。 每个主站中都配置有一张轮询表，按表上的排列顺序获得总线使用权的主站与其它主站或从站进行通信。 浮动主站通信方式采用多种数据传送方式与目的站通信，其中以无应答无连接方式的传送方式速度最快。 5. PLC 通信网络的令牌总线 (N:N )通信方式 令牌总线通信方式采用典型的令牌总线存取控制技术 :总线 结构的 PLC 网络中 N 个站地位平等没有主从站之分，总线上 N 个站组成一个逻辑环，令牌在逻辑环中按一定方向流动，获得令牌的站就取得了总线的使用权。 为保证实时性，令牌总线通信方式中严格 }‘良定每个站的令牌持有时间，并保证每个站在令牌循环过程中都有机会获得总线使用权。 令牌总线通信方式中的数据传送方式对实时性影响明显。 例如，若采用无应答数据传 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文）报告 论 PLC 在自动控制领域中的应用 机电工程系机电一体化专业 075 班 臧宝亮 Page 15 of 27 送方式，获得总线使用权的站可立即向目的站发送数据，数据发送完成则通信也就完成。 但如果是应答方式的数据传送，待数据发送完毕后还必须等待目的站在获得令牌占用总线发回应答 1 防后，整个通信 能结束。 很明显后者通信时间长，导致实时性下降。 C 通信网络的令牌坏通信方式 在采用环形拓扑结构的 PLC 通信网络中，多采用令牌环法的存取控制方式，并且这种通信方式具有很好的实时性。 令牌环通信方式中，令牌在物理环中按箭头指向顺序传送，获得令牌的站才能发送数据。 如图 所示 :A 站要向 C 站发送数据。 在 A 站获得令牌时，A 站把待发送数据加载在传送帧中，并继续向下传送令牌，经 B 站到达 C 站后， C 站将帧格式中的目的地址与本站地址比较，以确定此帧是否为传送至 C 站的。 之后 C 站对此帧作差错校验，并将校验结果以肯定或否定 应答方式填在帧的 ACK 确认段中，同时将此帧信息复制下来，再把带有应答信息的帧继续向下传送。 当 A 站接收到此帧后，将帧的源地址与本站的地址作比较，确定此帧是 A 站发出的，再检查 ACK 段信息，以便在否定应答下对数据组织重发，而在肯定应答下将把此帧从环上去掉，只剩令牌继续在环中循环传送。 SMA/CD( CarriersenseM ultipleA ccessW ithC ollisionD etection) CS MA /C D 通信方式是一种随机通信方式，适用于总线结构的 PLC 网络。 采用CSMA/CD 存取控制方式，网络总线上各站无主从之分，地位平等，对总线使用权的获得多采用“先听后讲，边讲边听”的方法。 先听后讲是指各站在发送数据前必须对总线进行监听，确认总线空闲后才能发送数据据的同时为了完全避免各站在使用总线传输数据时发生冲突，在发送数继续对总线监听，若有冲突出现，则必须立即中出阻塞消息通知总线上各站，这就是后一句“边训边听”断传送，并发之后，冲突双方要采用随机数代入指数函数的避退算法来决定对总线使用权的的重新获得。 CSMA/CD 通信方式作为一种随机通信方式，方法简单，对通信资源利用高，但不能保证存取 控制方式的实时性。 原因在于这种通信方式不能保证总线上各个站在一定时间周期内都能获得总线使用权，也不能静态方式地赋予某些站较高的优先权，更不能动态方式地赋予紧急通信任务较高的优先权，因而这种存取控制方式的实时性很差。 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文）报告 论 PLC 在自动控制领域中的应用 机电工程系机电一体化专业 075 班 臧宝亮 Page 16 of 27 CS MA /C D 通信方式可根据实际情况对通信速度及可靠性的要求随机选择有连接、无连接、有应答、无应答或是广播通信中的任一种数据传送方式，灵活性较大。 以上详细地介绍了几种典型的 PLC 网络通信方式。 随着科学技术不断发展，现代 PLC网络系统中，在一些新的现场总线中常可集多种通信方式于一体，并能在 实际应用中自动在各通信方式间切换，调度各自的优先级，从而更好的实现对多种总线资源的充分利用和实时准确的传送数据。 1． 4 PLC的发展趋势 信息技术的发展对现代控制技术提出了更高的要求，作为现代工业支柱之一， PLC面向未来的信息时代也在不断完善、增强和拓展自身功能，以更好地适应现代控制系统的发展要求。 ，速度更快 PL C是计算机技术、通信技术和自动控制技术三者有机结合的高科技产品因而随着微电子技术、计算机技术、通信技术和现代自控技术的飞速发展 PLC的功能也在不断增强，并将推出速度更快、功能更 强的 PLC系列产品。 现代 PL C系列产品中的模块正在向智能化、功能专一、 .钻种齐全的方向展。 以微处理器为基础的智能 I/O模块可与 PLC的主 CPU模块并行工作，提高 PLC扫描速度，又可实现模块自适应、参数自整定等功能，从而使 I/O接功能、过程控制功能大大增强。 根据实际控制对象的具体要求，现代 PLC将会研制出更多的功能模块和更完整的系列产 现代 PL C系统采用了更强的微处理器、容量更大的存储器，并将逻辑控制、模拟量控制、数学运算及通信功能等有机结合了起来，性能 不断提高，同时 PLC与工业控制计算机、集散控制系统 (DCS ), 嵌入式计算机等系统在功能和应用方面相互渗透、相互结合，拓宽了更广阔的控制应用领域 PL C 系 统己具有了很强的通信能力，可在 PLC间、 PLC与计算机间近距离或远距离联网通信，形成统一的、分散式集中控制系统。 同时由于各厂家 PLC通信协议的专用特点，现代 PLC系统将更多采用标准工业总线，向 MAP规约 [1p靠拢，使不同机型的 PLC系统间可自由联网通信，实现资源共享，适应现代工业无人、无线、远程、复杂的综合控制管理的需要。 5. 软件的发展 现代 PL C系统的编程语言除了常用的梯形图。