蔡哲

摘要：西门子S7-400是目前应用很广的可编程逻辑控制器（PLC），通讯系统在很多重要的工业装备中都起着非常重要的作用，而相应的控制方法则对通讯系统起到了重要的支撑作用，首先对PLC和相关联的通信系统进行了分析，随后，通过硬件、软件和网络搭建三个方面对S7-400PLC在通讯系统中的开发研究进行了分析，分析研究结果为进一步通讯控制搭建提供了一定思路。

关键词：西门子S7-400；通讯系统；PLC

1 PLC及通讯系统设计要点

PLC（可编程逻辑控制器）的工作原理和计算机的工作原理基本相同，都是通过对用户程序的执行来完成各种任务，从时间的角度来说，PLC执行的任务是串行的，即在同一时间内只能执行同一个程序，程序的发生也主要分成输入、执行和输出三个阶段，由于硬件可靠性和软件设计的方便性，PLC在众多控制系统中都得到了广泛的应用。

从设计角度来说，PLC的系统设计流程主要分为以下几步：

1、分析被控对象的需求：要了解被控对象的设备、生产线和过程，要了解控制的基本方式、保護和连锁等，对相对复杂的控制，学做到分开分析。

2、确定输入和输出设备：对于很多大型设备或者控制终端来说，输入和输出的点很多，类型也不近相同，所以需要实现确定被控对象的功能要求，常用的模拟量输入设备包括温度传感器、压力传感器，模拟量输出设备例如比例阀，以及众多的数字量输入输出设备例如：按钮和相应的开关灯，液压阀等。

3、选择合适的PLC类型：不同的PLC类型会在性能和功能上存在一定的差异，因此需要根据控制终端来进行确定使用的PLC类型。例如在控制精度高的领域就应选择S7-400系列PLC系统，该系统扫描周期短，系统响应时间也会缩短。

4、分配输入和输出点：根据输入输出点来制定分配表，画出相应的接线端子图，并且根据程序要求来进行配电板、配线箱、控制柜、操作台的设计和相应的施工。

5、设计应用系统程序：根据终端的要求和流程对程序进行编辑，程序设计也是系统平台搭建的过程中最为核心的一步。

6、将程序植入到PLC之中：植入到PLC的程序可行性需要通过调试来完成，软件的疏漏也需要进行检测。

7、系统联调并编写技术文件：在系统和设计终端完成的时候，进行最后的调试和使用。

通信系统的概念比较广泛，可以说，任何系统性的设备和项目都应该配备完整高效的通讯系统，这样可以进一步加强系统内部的工作效率，加强和外部的信息交流，本文所讨论的主要是自动化设备在PLC控制下的通讯系统，从技术角度来说，这类通讯系统的难点主要在于硬件设计、软件设计、通讯协议的搭建等内容。

2 具体开发方案

首先从硬件角度对控制系统的应用进行设计分析，对于自动化设备来说，很多部件都会受到控制系统的调配从而进行使用，其中，应用最多的便是电机，在一个空间率很高的设备之中，电机之间的距离也不是十分明显。这时候，可以利用PLC作为下位机来实现对整个系统的控制，PLC和变频调速器可以构成多分支的通讯控制网络。利用通信技术，由计算机最终控制PLC，PLC直接控制变频器来完成电机调速，方法便是将通讯模块继承在变频器中或者利用通讯模块的存在与PLC进行充分的连接，通过通讯接口控制变频器来带动电机的工作和调速。采用西门子S7-400PLC可以让这样的控制过程高效简洁。计算机的通讯接口串口RS232可以和S7-400PLC的通信扩展板通过变换接口来进行连接。如图1所示，为S7-400PLC的控制硬件系统搭建，变频器的连接单元需要满足通信规范，PLC的数字显示器则需要显示控制数据，通讯系统的各类数据也需要得到一个连续的计算和比较。

图2 控制硬件搭建

上述的硬件连接可以构成整个控制系统，这样的连接可以实现计算机对PLC远距离的调试和控制、PLC的离线编程，以及PLC对变频器的远距离监控等操作，使得通讯系统的控制更加灵活。

软件方面，S7-400的编程语言非常丰富，在标准的STEP7软件包中就配备梯形图语言、语句表和功能块图，数据类型也包括基本数据类型、符合数据类型和参数类型。为了在通讯系统中进行方便的搭建和使用，采用Windows操作系统配合PLC软件包相对来说比较实用。在整个软件设计的过程中，需要严格按照通讯工作的具体流程来完成。

3 PLC网络控制

在工业控制系统中总线技术已经成为PLC与控制设备通讯的主流技术，在过去10年PROFIBUS总线大量应用于现场，而在未来新一代总线标准PROFINET 的应用也在逐渐增加，将现有profibus总线升级为PROFINET，通过代理（Proxy）模块兼容profibus，实现一种类型的网线贯通全厂也逐渐成为一种趋势。

PROFINET相对于PROFIBUS主要有以下优点：

1.网络拓扑更加灵活，支持树形，环形，星型，wlan网络。

2.通讯延时更低，达到100MS-1MS。PROFINET不光支持TCP/IP通讯，为了更好的适用于运动控制（对延时最敏感的一种控制类型），应用PROFINET还可以选择实时（RT）通讯模式，同步实时（IRT）通讯模式。

对于基于TCP/IP的工业以太网技术来说，使用标准通信栈来处理过程数据包，需要很可观的时间，因此，PROFINET提供了一个优化的、基于以太网第二层（Layer 2）的实时通讯通道，通过该实时通道，极大地减少了数据在通讯栈中的处理时间，因此，PROFINET获得了等同、甚至超过传统现场总线系统的实时性能。

在现场级通讯中，对通讯实时性要求最高的是运动控制（Motion Control），PROFINET的同步实时（Isochronous Real-Time， IRT）技术可以满足运动控制的高速通讯需求，在100个节点下，其响应时间要小于1ms，抖动误差要小于1μs，以此来保证及时的、确定的响应、，这些是PROFIBUS总线达不到的。

总结

未来的工业装备自动化程度会越来越高，对相应的通讯系统以及控制系统的要求也会越来越高，S7-400PLC可以很好的支撑这一技术变化，能够更多的应用到通讯系统的控制流程之中。

参考文献

[1]李鹏翔.基于S7-400的PROFIBUS-DP的网络组态及应用（J）.可编程控其与工厂自动化.2013.67-69.

[2]崔楠，李海军等.基于无线通讯模块的PLC控制系统设计与实现（J）.机电技术.2016.35-37endprint