PLC与上位机的高速通信实现

徐宁 厚富宁

摘要:在高速公路运行的过程中，高速公路中的通信系统对其运行的安全性有着重要的影响，通过PLC和上位机的联通能及时的传递相关信息。

关键词:PLC；上位机；高速通信

中图分类号：E271文献标识码： A

一、前言

随着当前科学技术的不断发展，计算机技术得到了十分广泛的使用，在高速交通中，通过计算机技术的应用能实现高速通信的快速传输。通过模块化概念实现通信技术的上传。

二、PLC的组成

可编程序控制器的结构与电脑的结构基本一致，其本质就是一种专用于工业生产的微机，主要由以下5部分构成。

1、中央处理器。对整个系统以逻辑与数学运算的形式进行控制。

2、信息接口。PLC与外围设备的数据传输通道，例如键盘与显示口、输入与输出接口等。

3、存储器。用于存放系统的逻辑变量、用户程序、监控程序等信息。

4、输出和输入电路。通过输出电路来对PLC的输出值进行放大及电平转换，以指令现场设备动作。通过输入电路来对输入信号进行隔离及电平转换。

5、电源。其包括备用电源、系统电源等。

三、PLC的工作原理

运行方式采用扫描技术是PLC区别于一般计算机的一个关键。PLC的运行过程分为输入采样、执行用户程序和输出刷新三个阶段，完成形式为循环扫描，每个扫描周期就意味着这三个阶段扫描完成一次。在系统运行时，PLC中的CPU在以一个固定的速度反复对这三个阶段进行扫描，扫描周期为：T=（输入点数*读入时间+（程序步数*运算速度）+（输出点数*输出时间）+诊断时间。在整个系统平台设计过程中，遵循了模块化的设计理念。如图1所示，整个系统包含主控模块和I/O模块两类，所有模块都是在网络数据模块(DM/DS)的基础上拓展实现，其中DS(DataSlaver)位于I/O模块上，而DM(DataMaster)位于主控模块上，其主要由FPGA最小系统和网络芯片W5100构成，同时拓展了用于系统调试作用的串口和固化FPGA程序的SPIFLASH。

1、Freeport方式与上位机通信:Freeport方式具有与外围设备通信方便、自由,易于微机开发等特点,因此使用自由口方式实现与上位机通信的控制方案较多。

2、Profibus-DP方式与上位机通信:Profibus协议用于几分布式I/O设备的高速通信。S7-200CPU需通过EM277。Profibus-DP模块接入Profibus网络,网络通常有一个主站和几个I/O从站。这种方式使得PLC可以通过Profibus的DP通信接口接入Profibus现场总线网络,从而扩大PLC的使用范围。

图1PLC系统模块设计框图

四、系统软件构成

监控统软件设计包含两部分:组态软件设计和PLC程序设计。

1、组态软件设计

组态软件采用北京某公司开发的力控组态软件，对系统进行集中管理和控制。组态软件由开发环境和运行环境组成。用户在开发环境中建立数据文件，生成最终的图形目标应用程序;在运行环境中，目标程序被装入计算机内存并投入实时运行。在两个环境中起到核心作用的是实时数据库。上位机程序运行原理图如图2所示。

图2上位机程序运行原理图

2、PLC程序设计

PLC程序是系统进行分散控制的基础和关键，编程软件采用与PLC配套的UnityProXL，程序的主体可分为控制程序和实时监测程序。控制程序包括手动控制和自动控制两种模式，程序对现场的变频器、执行计算机进行控制。两种控制模式均可以完成对通讯信号的启停控制、正反转控制和倒机控制，控制程序还可实现设备的故障自动倒机。实时监测程序主要对系统中采集的开关量和模拟量数据信号进行逻辑判断和数学运算，为控制程序提供数据支持，同时运算的结果传送给上位，在上位机中会有相应的显示，并对异常数据和状态进行报警。

3、与传统控制系统的比较

传统控制系统采用调节动叶角度的传统控制方式，其调节步骤繁琐且精度低，不易满足现场对风量的要求。而本监控系统具有如下的优点:

（一）PLC控制系统采用双CPU，能可靠地完成控制功能。

（二）上位机程序采用冗余组态软件系统，系统更加安全可靠。

（三）采用变频器对通信信号进行控制，可精准调节通风参数。

（四）系统可根据现场应用需求配置，灵活性强，系统监控内容全面，操作又简单

五、数据传输通路方式

1、监控系统数据

根据监控系统设计.本工程全路段的沿线监控外场设备数据上传到道贺监控分中心。本项目沿线监控外场设备数据采用数据光端机，传输至该设备邻近的通信站。再经过通信站ONU设备提供的1路10/100M以太网接口，_匕传至道贺监控中心。

2、收费系统数据

通信系统负责在宁远通信站、宁远西梅岗通信站、道州东通信站、道州西通信站、永安关通信站、省界通信站的接入网ONU设备上为收费系统提供1路10/100M以太网接口，将各收费站的数据上传至道贺收费中心。道州收费站的收费数据由收费系统负责。

3、收费系统图像

所有收费图像在前端经编码转换为数字信号后，接入站级收费视频交换机，再通过综合接入网提供的以太网通道上传道贺监控中心

4、电源监控数据与电话语音数据

每个无人站均设置了一套电源，含有电源监控模块.在道贺中心设置电源网管进行集中监控，电源监控数据先通过转化器把RS232数据转换为以太网数据，再通过PTN网络提供的以太网通道上传道贺监控中心;模拟电话接入到ONU的工AD后转换为数字信号，然后通过工AD的以太网输出，再通过PTN网络提供的以太网通道上传道贺监控中心。每个站均为电源监控数据和电话语音数据提供一个以太网口。

六、在宁道高速上的应用

组网方案：

宁道高速通信系统综合业务接入网采用PTN技术建设。同时正在建设的道贺项目选用PTN方案，为保证以后分中心设备的统一管理和维护，最好能够实现一个分中心内系统使用统一的技术方案、统一的设备类型及网管。具体的PTN设备选用中兴ZXCTN63田和ZXCTN6110。

根据业务需求。在通信分中心现有的OLT-ZXCTN6300土几扩容增力[12个GE光接口，8路100/IOOOM以太网接口。在宁远通信站、宁远西梅岗通信站、道州东通信站、道州通信站、道州西通信站、永安关通信站、省界主线通信站各设置一套ZXCTN6300PTN传输设备组建本项目的综合业务接入网，(含分中心)8个站的6300设备组建成千兆自愈光纤环，在舜源服务区、镰溪服务区分别设置一套ZXCTN6110，通过GE光接口分别接到道州东、省界主线6300设备上。宁远通信站、宁远西梅岗通信站、道州通信站、道州西通信站、永安关通信站、舜源服务区、滚溪服务区配胃2个GE光纤接口，道州东通信站、省界主线通信站配置4个GE光纤接口，为接入网提供干兆PTN光纤网络。

根据业务需求，宁远通信站、宁远西梅岗通信站、道州东通言站、道州通信站、道州西通信站、永安关通信站、省界主线通信站配置8路100/1000M以太网接口，舜源服务区、镰西服务区配置4路10/100M以太网接口，为宁道高速各类业务提供丰富的传输带帘。

七、结束语

随着计算机技术的不断发展，PLC在高速信号通信工程中得到了广泛的使用，在保证道路运行安全的情况下，实现了信号的快速传递。

参考文献

[1]廖常初;PLC编程及应用[M]，北京:机械工业出版社，2002

[2]何强.仿真软件在PLC系统设计中的应用[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2010