关于PLC控制系统及应用的探讨

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[摘 要]随着集成电路技术和计算机技术的发展，plc在不断发展和完善，新一代的PLC可编程控制器在通信、机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。本文笔者阐述了PLC控制系统的工作原理，分析了PLC串行通信原理及自由口模式控制串行口的方法，介绍了PLC控制系统的应用，具有重要的现实意义。

[关键词]PLC系统 工作原理 串行通信 应用

中图分类号：TD65+5.2 文献标识码：TD 文章编号：1009914X（2013）34003801

引言

可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。下面笔者探讨了PLC系统及应用领域。

一、PLC的工作原理

PLC是以循环扫描方式控制数字化的信息，实施逻辑性很强的通信控制。在系统硬件的支持和软件的控制下，PLC按固定的周期时间循环扫描，按用户程序中指令的顺序，一条一条地执行程序中的指令。在每一个扫描周期内，PLC顺序地执行自诊断，初始化，执行用户程序，通信服务等任务。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样，用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

二、PLC串行通信及自由口模式控制串行口的方法

数字通信就是将数字信息通过适当的传输线路，从一台机器传输到另一台机器。这里的机器可以是计算机、PLC或是有数字通信功能的其他数字设备。数字通信系统的任务是把地理位置不同的计算机和PLC及其他数字设备连接起来，高效率地完成数据的传输、信息交换和通信处理三项任务。

1、端口通信方式分类

（1）同步传输方式

采用同步传输时，将许多字符组成一个信息组，这样，字符可以一个接一个的传输，但是，在每簇信息的开始要加上同步字符，在没有信息要传输时，要填上空字符，因为同步传输不允许有间隙。在同步传输过程中，一个字符可以对应5-8bit。当然，对同一个传输过程，所有字符对应同样的比特数。这样，传输时，按每n个比特划分为一个时间片，发送端在一个时间片中发送一个字符，接收端则在一个时间片中接收一个字符。

（2）异步传输方式

异步传输方式指比特被划分成小组独立发送。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方不知道它们会在什么时候到达。异步传输存在一个潜在的问题，即接收方并不知道数据会在什么时候到达。在它检测到数据后，并且做出响应之前，第一个比特己经过去了。因此这个问题需要通过通信协议来解决。如每次异步传输都以一个开始比特开头，它通知接收方数据已经到达。这就给了接收方响应，接收和缓存数据比特的时间。在传输结束时，一个停止比特表示一次传输的终止。

（3）两种传输方式比较

从通信效率的角度看，同步传输方式接收方不必对每个字符进行开始和停止的操作，因此同步传输通信效率高，异步传输效率低。

2、PLC自由口模式控制串行口的方法

S7-200系列PLC在选择自由端口模式时，程序可以通过使用接收中断、传输中断、“传输”指令和“接收”指令控制通讯端口操作。通讯协议位于自由端口模式时完全受梯形图程序的控制。SMB30（用于端口0）和SMB130（用于端口1，如果S7-200有两个端口）被用于选择波特率和奇偶校验。

只有在S7-200位于RUN（运行）模式时才能使用自由端口通讯.在SMB30（端口0）或SMB130（端口1）的协议选择域中设置一个01数值，启用自由端口模式.位于自由端口模式时，无法与编程设备通讯。当S7-200位于STOP（停止）模式时，自由端口模式被禁用，正常通讯重新建立（例如，编程设备存取）。

（1）传输数据

通过“传输”指令（XMT）可以传送一个或多个字符，最多可达255个字符。如果在传输完成事件中附加一个中断例行程序，在缓冲器的最后一个字符传送后，S7-200会生成一个中断（端口0为中断事件9，端口1为中断事件26）。

（2）接收数据

通过“接收”指令（RCV）可以接收一个或多个字符，最多可达255个字符。如果在接收完成事件中附加一个中断例行程序，在缓冲器的最后一个字符接收后，S7-200会生成一个中断端口0为中断事件23，端口1为中断事件24）。

出现超时运行或奇偶校验错误时，“接收讯息”功能会自动终止。所以必须定义一个开始条件、一个结束条件，“接收讯息”功能才能操作。“接收”指令使用接收讯J，控制字节位（（SMB87或SMB187）定义讯息开始和结束条件。

三、PLC控制系统的应用

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、通信、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化大连等各个行业，下面笔者介绍一下PLC控制系统及其网络通信技术在立车控制系统中的应用。

1、立车控制系统结构的确定

车床有左右刀架和侧刀架三个刀架，侧刀架的操作直接在侧刀架上实现，由于离控制柜比较近，所以其输入输出可以直接接入控制柜PLC中；左右刀架的操作可以通过四个不同地方的按钮箱来操作，按钮箱和控制柜之间拉线距离比较长，所以采用网络通信实现连接。 为保证操作的及时、准确和安全，需要按钮柜和控制柜之间能够进行快速、稳定的通信。四米立车共四个按钮箱和一个控制柜，如何协调好这五个PLC之间的通信关系是整个控制系统成败的关键。五个CPU中只设置控制柜中的2#CPU为通信主机，其余的3#，4#，5#，6#为通信从机，所有的通信指令由2#CPU发出，这样网络中的通信主机数最少，且在同一个PLC中容易实现通信协调问题。

2、控制字节的使用

根据车床的操作规程，每次只能由一个按钮箱控制同一刀架，因此在正常操作的时候，最多只有两个按钮箱和控制柜产生通信，分别控制左右刀架。如果在通信主机中采用对所有的通信从机进行扫描读写的话，显然有至少一半的网络资源被浪费掉，因此引入了控制字节C的概念。为了协调各个按钮箱之间的工作，保证任何时刻都只有一个按钮在控制同一个设备，在每个CPU中都有一个控制字节C，在通信正常的情况下各个CPU中它的值都相同。

3、自由口通信协议在立车控制系统中的应用

PLC的自由口通信协议精确地定义了PLC主从机之间在彼此通信过程的所有细节。我们根据立车需要的几个通信过程的不同要求，分别定义了其指令格式。根据这个协议，分别编制针对主机和从机的通信子程序。

程序编制完毕后，在主从机中分别装载入根据自由口协议编制的程序。在立车控制柜PLC中装入以通信主机程序程序，在四个按钮箱PLC中分别装入通信从机程序。在硬件上通过屏蔽双床改造中相同，只将RS485端子的3、8和屏蔽线一一对接即可。经过程序调试可以实现5个PLC之间的快速通信，按钮的读入反应快速，所有通信从机都能正确的反应当前机床的运行状态，按钮箱之间切换灵活方便，机床的控制功能完善，性能稳定，在运行过程中没出现过故障。

实践表明，PLC控制系统及其网络通信技术在立车控制系统的应用是成功的，在这个系统中自由口通信技术的应用是关键，实现了自由口通信以后确保了机床操作的快速、安全。

结语

伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

参考文献

[1]邱公伟.可编程控制器网络通信及应用.北京：清华大学出版社，2000.3

[2]隋振有，隋凤香.可编程控制器应用解析.北京：中国电力出版社，2006

[3]杨锦尊.可编程控制器的特点及其发展动向[J]现代电子技术，2007（14）：1-2