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摘要：在工業自動化領域，plc作為核心單元發揮著信息處理、指令發送等重要功能。而無論是信息的接收還是指令的傳遞，都有賴于通信系統。本文首先概述了PLC自動化控制系統的主體框架以及各組成部分的主要功能；隨后結合該系統的運行流程，重點對主程序、啟動中斷程序、功能程序的應用展開了簡要分析；最后結合PLC自動化控制系統的通信模式，介紹了系統運行中使用到的PPI通信協議和Profibus通信技術。實踐表明，經過通信優化后的PLC自動化控制系統，響應速度更快，運行可靠性更好，進一步提高了自動化水平。

關鍵詞：PLC；自動化控制系統；PPI通信協議；Profibus通信技術

基于PLC的自動化控制生產線，主要包括自動送料、物料加工、產品裝配、定向輸送、快速分揀五道工序。這些工序之間有著密切的邏輯關系，為保證前后兩道工序緊密銜接，必須提高PLC的響應速率和控制水平。而通信系統通過影響信號傳遞速度，進而直接決定了PLC接收信號的時效。因此，要想提高工業自動化控制水平，必須要對PLC自動化控制系統的通信技術上進行創新、優化。

1基于PLC自動化控制系統的基本架構

早期的PLC自動化控制系統，采用線性控制模式，各模塊按照物料加工順序采用線性排列方式。雖然網絡架構比較簡單，但是存在諸多弊端，例如PLC指令需要逐級下達，導致末端環節指令響應的延遲問題十分嚴重，特別是在工業生產速度較快的情況下，經常會出現錯誤。而基于Profibus開放式現場總線標準的新型PLC自動化控制系統，在通信模式上則采用了垂直化控制方式，由終端控制設備（PLC）與現場分散的I/O設備之間直接完成信息傳遞，無論是信息傳遞的時效性，還是網絡架構本身的穩定性，都得到了明顯提升。新系統的基本架構如圖1所示。在該系統中：（1）控制輸送站采用的是S7-315-2DP控制器，發出控制命令后，前端的傳動裝置，通過直線運動的方式將機械手推動到制定位置，然后控制機械手抓取物料臺上的產品。將產品提取起來之后，該控制器繼續發送指令，控制機械手做定向移動，達到制定位置后再松開機械手，將產品放下，實現整個閉環操作。（2）人機交互模塊采用的是TP170B觸摸屏，其功能包括兩部分：其一是實時呈現系統運行狀態，其二是監視整體現場控制設備對指令的響應情況。上述兩個模塊均屬于系統主站，除此之外還包括若干功能性從站，例如控制送料站從站、控制加工站從站。一級主站與二級主站之間為令牌通信，主站與從站之間為主從通信。依托通信系統實現信息與指令的傳遞，實現了該系統的穩定運行與功能發揮。

2基于PLC自動化控制系統的程序功能

PLC作為整個自動化控制系統的絕對核心，應根據系統的運行需要靈活選擇PLC的型號。本文選擇的S7系列中的S7-315-2DP型PLC作為主站控制器，選擇S7-200型PLC作為從站控制器。系統選用Profibus現場總線通信方式，設計程序功能如圖2所示。在上圖中：

（1）OB1為主程序，當系統開始運行后，首先啟動主程序，并在完成一次程序之后繼續循環，直到接收中止命令。BO1程序執行期間，PLC會發送全局數據，這些數據通過BO1搬運站主程序，依次傳遞到FB1搬運子程序、FC3急停程序、FC5加工站程序等等。另外，BO1還會利用時間監視器，對最大掃描時間進行監測，并將監測數據上傳給PLC。系統預設最大掃描時間為200ms，若實際掃描時間超出該值，則說明系統響應速度較慢，由管理員重新校正。

（2）啟動中斷程序。在PLC自動化控制系統的啟動模式中，共有三種模式，分別是暖啟動（OB100）、熱啟動（OB101）和冷啟動（OB102）。系統上電后，模式選擇器會根據預設指令，自動從上述三種模式中選擇其一，完成啟動。若程序執行過程中出現時間錯誤，則自動進行中斷，待校準時間后，返回上級程序，重新選擇啟動模式再次運行。

（3）功能程序。根據工業生產的具體需要編寫功能程序（FC），如FC4送料站程序、FC5加工站程序、FC6裝配站程序、FC11落料程序等等。在編寫程序時，為了方便編程人員的操作，西門子公司提供了一個面向西門子PLC用戶的指令庫，編程時刻直接從庫內調用相關指令，包括輸入參數（IN）、輸出參數（OUT）、靜態參數（STAT）等。

3基于PLC自動化控制系統的通信技術

西門子S7系列PLC支持多種通信模式，例如PPI（點對點接口）、MPI（多點接口）以及Profibus（現場總線）等。不同的通信模式，除了影響系統內部的信息傳輸速率外，也會對信息抗干擾能力等產生直接影響。因此，基于PLC自動化控制系統本身的網絡架構和功能需要，選擇恰當的通信技術至關重要。PPI通信協議:作為S7系列PLC最常用的通信模式，可直接利用PLC自帶的通信端口完成系統的信息收發需要。從本質上來看，PPI屬于主從協議，可支持一級、二級主站，與各從站之間的信息傳遞。在系統啟動運行時，OB1主程序首先判斷網絡是否存在占用的情況，若網絡通暢，則建立PPI網絡。并基于該網絡由主站向從站發出請求指令。在從站作出相應后，依托PPI網絡實現“主-從”通信。雖然PLC只提供了PORT0和PORT1兩個通信端口，但是基于PPI網絡最多支持建立32個“主-從”網絡，因此完全能夠滿足自動化控制系統運行時的通信需求。另外，PPI高級協議還支持在獨立的網絡設備之間建立聯系，但是一臺設備連接其他設備的數量有限制。例如，S7-200型PLC的CPU支持PPI高級協議，其中的PROT0端口最大連接數為5，而PROT1端口最大連接數為8。同樣的，EM277模塊也支持PPI高級協議，最大支持連接數為6。具體情況如表1所示。Profibus通信技術。Profibus作為一類開放式的通信系統，在制造業自動化、樓宇自動化等領域均有著廣泛使用。相比于PPI通信技術，Profibus的優勢在于適應更加復雜的通信任務，并且能夠有效解決復雜網絡架構中，總線容易發生信息堵塞的問題，對提高整個系統的通信能力有積極作用。其結構如圖3所示。結合圖3，Profibus通信協議共分為5大層次，頂層為人機交互界面，用戶可手動輸入指令，也可調用各部分的運行數據，了解整個工業生產系統的實時進度；應用層包括了基本功能和擴展功能，提供了DP用戶接口；未定義的3-6層，由用戶根據工業生產需要自行定義，或者后續進行功能擴展；數據鏈路層主要時現場總線數據鏈路，同時提供了IEC接口，實現現場總線和各從站設備的連接；物理層以RS-485光纖為主。在Profibus通信中，可使用特殊的起始、結束定界符，對每個字節進行奇偶校驗，有助于提高通信數據的可靠性。

4結論

PLC在工業自動化控制方面有著廣泛運用，但是由于工業生產現場環境復雜，加上對系統運行的時效性、協調性等均有較高要求，這就需要對通信技術進行改良和創新。從實踐來看，基于Profibus通信技術的PLC自動化控制系統，顯著提高了通信效率，解決了指令丟失、響應延遲的問題，對進一步提高PLC自動化控制系統的實用效果有良好作用。

參考文獻

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作者:李宇軒 單位:哈爾濱工程大學