基于无线通讯模块的 PLC控制系统设计与实现

基于无线通讯模块的 PLC控制系统设计与实现

郝卓航

中电莱斯信息系统集团有限公司

江苏省南京市210000

摘要：随着现代化工厂的生产线的高效运行以及对物流系统的柔性要求越来越高，自动化，智能化的生产理念日益受到人们的重视。在产品更换类型、多种产品混合生产线同步运行、调整产品产量、重新组合生产线等方面，PLC控制系统得到了迅速的发展和并得到普及的应用。目前在工业自动化领域中，PLC控制端与受控PLC之间的通讯方式多为有线通讯。但是在实际施工过程中，经常由于地形复杂、环境恶劣造成施工不便、安装复杂、通讯线路易老化受损，增加了施工、维护成本。随着无线通讯技术 的发展，通过无线通讯方式使受控PLC与控制终端无线通讯变成可能。

关键词：PLC；无线通讯；应用

一、无线通讯技术

无线传感网络实现的一个重要部分就是无线通讯技术，新世纪以来，无线通讯技术在我国有了长足的发展，在人们的日常生活以及工业生产中有了很广泛的应用，尤其在工业控制领域有了重要的应用。随着科学技术的发展，对自动化、智能化的要求越来越高，而无线通讯技术的发展为此提供了很好的应用基础。相较于有线通讯，无线通讯技术有较强的优势，它有着十分广阔的应用前景。然而

目前为止，在我国工业领域中无线通讯技术的应用范围并不广泛，因此，加大对无线通讯技术应用的研究力度，从而使工业技术有较大的发展。无线通讯的每个频带都有不同的容量、带宽、速度等参数。因此，在使用时应根据不同的应用的情况选择，例如，自动化仪表系统所需的测量值、数据记录传输、通讯要求等功能以及监测控制系统在线状态等功能来选定合适的无线技术。

二、无线通讯模块的PLC控制系统设计

1、系统设计。现代的 PLC 通讯功能很强，能够实现 PLC 与PLC、计算机、其他智能控制设备之间的通信联网。为了实现不同厂家生产的智能设备之间的通信，国际标准化组织 ISO 提出了开发系统互连 模型OSI。通过使PLC与智能控制装置联网，可以有效地对智能装置实施管理，充分发挥这些装置的效益。同时，通过联网可以极大节省配线，方便安装，提高系统可靠性，降低施工成本，简化系统维护。技术原理本设计主要应用无线 WIFI 模块进行 PLC 联 网设计。WIFI即高频无线电信号，其广播半径理 论上可达 100 m，适合在短距离无线通讯上的应 用；WIFI无线网络规范是IEEE802.11网络规范的 变种，最高带宽为11 Mbps，在信号较弱或有干扰 的情况下，带宽可自动调整为5.5 Mbps、2 Mbps或 1 Mbps，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。

图为PLC的无线通讯系统结构设计图，系统通过在控制终端、受控PLC上加装无线收发系统实现控制终端对PLC的无线控制。无线接收模块通过导线与PLC端子连接实现数据通讯，无线发送系统通过串行通讯的方式与控制终端进行数 据通讯。

无线收发系统。无线收发系统主要由Arduino nano 单片机和ESP8266无线WIFI模块组成。Arduino nano 是 Arduino USB 接口的微型版本。它的处理器核心是ATmega328，具有14路数 字I/O口、8路模拟输入、1个16 MHz晶体振荡器、 1 个 mini-B USB 口、1 个 ICSP header 和 1 个复位 按钮。本设计中用到了 ESP8266 无线 WIFI 模块透 传功能。透传，即透明传输功能。Host 通过 uart将数据发给 ESP8266，ESP8266 再通过无线网络 将数据传出去；ESP8266 通过无线网络接收到的数据，同理通过 uart 传到 Host。ESP8266 只负责将数据传到目标地址，不对数据进行处理，发送方和接收方的数据内容、长度完全一致。由控制终端发出的控制信号经导线传入Arduino nano 单片机中，通过Arduino nano单片机处 理转换后发送到无线通讯模块；无线通讯模块通 过无线串口通讯方式将信号传送到无线接收系统 中的无线通讯模块中，通过无线通讯模块传入Arduino nano 单片机，经过单片机处理后通过PLC的 通讯端子传入PLC中。

3、系统硬件设计。无线通讯系统主要由无线发送模块、无线接送模块组成。 无线发送系统结构设设计，其中控制终端通过导线连接Arduino nano的I/O接口，Arduino nano 通过有线连接方式与无线 通讯模块相连接。无线接收系统结构设计，其中 PLC 通过导线连接 Arduino nano 的 I/O接口，Arduino nano 通过有线连接方式与无线通讯 模块相连接。

三、PLC信号检测与无线通讯模块

PLC信号检测为直接采用RS485通讯模块接收PLC传输数据，通过对其波特率、校验位、数据位、停止位的设定实现数据的传输。其数据接收、计算与存储也包含在定时器下溢中断内。主要功能是从PLC读取密炼室开闭状态、上顶栓下顶栓作用时间等。无线通讯实现的功能是实现数据以及控制信号在控制电路板与计算机间的通讯。它们主要的通过人机界面对整个控制系统的开始与结束进行控制，以及数据的传输。通过人机交互界面我们可Ｗ直观的观察控制系统参数以及运行状态，因此人机交互功能也为无线传感网络实现的重要姐成部分，基于无线传感网络的密炼过程控制系统人机交互界面，省去了现有密炼控制系统的参数设制按键，实现工业平板电脑对控制系统的在线调试和集中通讯，增加了数据库，实现了数据储存以及工艺要求在线设定的功能。所用人机交互设备为可移动式工业平板电脑，人机交互界面主要实现的功能有不同工艺要求的存储，操作数据的显示及存储，人工参与控制系统操作。首先根据生产要求选定工艺序号，设备开始运行，在运行过程中通过与控制电路的通讯实现数据的采集及控制信号的发出，从而实现对设备的自动化控制。当出现意外状况是，可将操作模式设置为手动进行人工调整。无线控制功能，设备运行前首先选取胶料编号，即不同的工艺参数，然后点击自动，信号将通过无线网络传送至控制电路，控制设备即可自动运行。且由采集电路采集信号通过无线网络传送至平板电脑进行实时显示并存储。在软件设计方面，采用Ｃ语言模块化编程，针对开发环境首先编写了控制系统的初始化模块程序，然后结合系统的总体结构控制系统中电流检测、速度检测、质量检测、PLC信号检测等一系列模块，满足了密炼过程控制系统的软硬件的实现条件。

结论

实验室采用计算机作为控制终端，通过应用无线控制系统，对PLC进行控制。实验结果表明，系统可实现控制终端在短距离内通过无线方式对PLC进行控制。 基于无线模块的 PLC 控制系统，可实现短距 离对PLC的无线控制，能够有效降低施工成本，增加PLC控制系统可应用领域。后续可进一步在增加无线通讯距离，抗干扰等方面进行研究。

参考文献：

[1] 周小波，曾文明 .无线通讯技术在PLC控制系统中的应用[J].军民两用技术与产品，2018（7）：39-40.

[2] 梁君，李光辉.基于多模式无线控制的PLC设计与研究[J].化工自动化及仪表，2018（8）：15.

[3] 李晓勉，于胜旺，华大鹏.基于PLC无线通讯并车技术的群吊控制[J].河南机电高等专科学校学报，2019（3）：7-9.