深圳市西门子模块代理商

 随着信息科学技术的发展，无线通信技术应用广泛。在工业生产控制中，现阶段通信方式基本上还都是以有线方式，实现各种控制功能，但有线网络布线麻烦，线路故障难以检查，设备重新布局就要重新布线，且不能随意移动等缺点越发突出。针对上述问题，这里提出一种基于nRF2401的PLC无线通信控制设计方案。
1 系统总体设计
    针对西门子S7-200 PLC，设计基于nRF2401的PLC无线通信控制器，

 在发送信号时，单片机从PLC获取现场数据，再将获取的数据经nRF2401传输至另一台PLC；接收数据时，nRF240l从另一台PLC接收信号，经单片机传送到接收端的PLC。
2 系统硬件设计
2．1 单片机与PLC接口电路
    在西门子S7-200 PLC端，通过RS-485总线与单片机AT89S52通信，为了避免RS-485信号与单片机之间的电气信号不匹配，二者之间采用6N137进行光电隔离。
    在PLC端，采用MAX485通过一个9针端口与西门子S7-200 PLC的自由接口连接，MAX485通过光电隔离6N137与单片机AT89S52相连。单片机的P1．2通过光电隔离6N137控制MAX485的使能端和DE。当为逻辑0时，MAX485处于接收状态；当DE为逻辑1时，则处于发送状态。在任意时刻这2个使能端都只有1引脚有效。使得MAX485能够满足其半双工的通信方式。
    接收与发送控制信号时，单片机的P3．0／RXD端通过6N137与MAX485的R0端相连，单片机的P3．1／TXD通过6N137与MAX485的DI端相连，从而实现PLC与单片机的通信。

2．2 单片机与nRF240l接口电路
    在无线通信端，单片机AT89S52与nRF2401模块相连实现无线通信。此处，由于单片机用5 V电源供电，而nRF2401采用3．3 V电源供电，为了避免两者之间产生电气干扰，仍需要采用光电隔离实现两者问的电气连接。表1给出了单片机AT89S52与nRF2401模块的通信接口描述。

2．3 波特率的设置
    在接口电路设计完成后。要使单片机与nRF2401之间实现通信，还要考虑单片机的传输率，此处选择单片机的波特率为9 600 b／s。

2．4 电源
    该系统的电源部分由外部电源、集成稳压电路和部分外围元件组成，这里选用集成稳压电路LMlll7为构成各元件提供供电电源。为了改善nRF2401的瞬态响应，在LMlll7外接2只电容，且在输出端另加2只电容用于滤波，以改善输出电压波形。
3 软件部分设计
    在单片机与PLC的通信中，主要利用单片机向PLC发送命令和接收返回数据，用于读取数据或修改PLC程序中控制参数。通信协议选用莫迪康Modbus ASCII串行通讯协议。
    实现来自于RS-485通信接口基于Modbus ASCII串行通信协议的命令及数据转换成满足无线数据传输要求的通信格式，并传送给其他通信终端，同时将现场采集的实时信号及状态信号转换为满足Modbus ASCII串行通信协议要求的格式，并传送给RS-485通信接口。图4为无线通信控制器发送数据程序流程。

在单片机与nRF2401通信端，单片机先向nRF2401写入配置字，然后检测CE是否为高，若CE为高电平，则检测通道1的中断DRl是否为高，DRl为高，则有中断信号，使nRF2401进入发送状态，开始发送数据，每发送完l位，系统检查l帧数据发送是否完成，若未完成，则继续发送，反之，结束该帧的发送程序。由此将获取的现场数据传送给另一通信终端设备。
4 试验结果
    实验室采用GFG8016G信号发生器与计算机进行模拟PLC数据无线传输，试验结果表明，在9 m范围内，该无线通信控制器可实现数据的无线传输。
5 结论
    基于nRF2401的PLC无线通信控制器，可根据需求实现短距离无线数据传输；对于该无线传输研究，后续需从其传输中的抗干扰和扩展传输距离方面进一步研究。

随着PLC在工业自动控制系统中的应用越来越广泛，对PLC的正确选型非常重要。从工作量、工作环境、通信网络、编程、与监控系统的通信、可延性、售后服务与技术支持、性价比等八个方面提出了在自动控制系统设计中对PLC选型的看法。

　　可编程控制器（programmable logical controller，简称PLC）已经越来越多地应用于工业控制系统中，并且在自动控制系统中起着非常重要的作用。所以，对PLC的正确选择是非常重要的。

　　面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功能、网络、编程等方面各不相容，没有一个统一的标准，无法进行横向比较。下面提出在自动控制系统设计中对PLC选型的一些看法，可以在挑选PLC时作为参考。

　　可以通过以下几方面的比较，挑选到适合的产品。

　　一、工作量

　　这一点尤为重要。在自动控制系统设计之初，就应该对控制点数（数字量及模拟量）有一个准确的统计，这往往是选择PLC的首要条件，一般选择比控制点数多10%~30%的PLC。这有几方面的考虑：

　　1、可以弥补设计过程中遗漏的点；

　　2、能够保证在运行过程中个别点有故障时，可以有替代点；

　　3、将来增加点数的需要。

　　二、工作环境

　　工作环境是PLC工作的硬性指标。自控系统将人们从繁忙的工作和恶劣的环境中解脱出来，就要求自控系统能够适应复杂的环境，诸如温度、湿度、噪音、信号屏蔽、工作电压等，各款PLC不尽相同。一定要选择适应实际工作环境的产品。

　　三、通信网络

　　现在PLC已不是简单的现场控制，PLC远端通信已成为控制系统必须解决的问题，但各厂家制定的通信协议千差万别，兼容性差。在这一点上主要考虑以下方面：

　　1、同一厂家产品间的通信。各厂家都有自己的通信协议，并且不止一种。这在大、中型机上表现明显，而在小、微型机上不尽相同，一些厂家出于容量、价格、功能等方面考虑，往往没有或者有与其它协议不同，而且比较简单的通信。所以，在这方面主要考虑的是同一厂家不同类型PLC之间的通信；

　　2、不同厂家产品间的通信。若所进行的自动控制系统设计属于对已有的自控系统进行部分改造，而所选择的是与原系统不同的PLC，或者设计中需要2个或2个以上的PLC，而选用了不同厂家的产品，这就需考虑不同厂家产品之间的通信问题；

　　3、是否有利于将来。由于各厂家制定的通信协议各不相同，国际上也无统一标准，所以在PLC选型上受到很大限制。就要考虑影响面大、有发展的、功能完备、接近通用的通信协议。

　　四、编程

　　程序是整个自动控制系统的“心脏”，程序编制的好坏直接影响到整个自动控制系统的运作。编程器及编程软件有些厂家要求额外购买，并且价格不菲，这一点也需考虑在内。

　　1、编程方法

　　一种是使用厂家提供的专用编程器。也分各种规格型号，大型编程器功能完备，适合各型号PLC，价格高；小型编程器结构小巧，便于携带，价格低，但功能简单，适用性差；另一种是使用依托个人电脑应用平台的编程软件，现已被大多数生产厂家采用。各生产厂家由于各自的产品不同，往往只研制出适合于自己产品的编程软件，而编程软件的风格、界面、应用平台、灵活性、适应性、易于编程等都只有在用户亲自操作之后才能给予*价。

　　2、编程语言

　　编程语言为复杂，多种多样，看似相同，但不通用。常用的可以划分为以下5类编程语言：

　　（1）梯形图

　　这是PLC厂家采用多的编程语言，初是由继电器控制图演变过来的，比较简单，对离散控制和互锁逻辑为有用；

　　（2）顺序功能图

　　它提供了总的结构，并与状态定位处理或机器控制应用相互协调；

　　（3）功能块图

　　它提供了一个有效的开发环境，并且特别适用于过程控制应用；

　　（4）结构化文本

　　这是一种类似用于计算机的编程语言，它适用于对复杂算法及数据处理；

　　（5）指令表

　　它为优化编码性能提供了一个环境，与汇编语言非常相似。

　　厂家提供的编程软件中一般包括一种或几种编程语言，如TE公司的XTEL编程软件可以使用梯形图（Ladder）、顺序功能图（Grafcet）、结构化文本（Literal）3 种编程语言；Siemens公司的Step7编程软件可以使用梯形图（Ladder）、指令表（STL）两种编程语言；Modicon公司的Modsoft编程软件只使用梯形图（984 梯形）一种编程语言，而另一个Concept编程软件可以使用5种编程语言，依次为梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）、指令表（IL）。同一编程软件下的编程语言大多数可以互换，一般选择自己比较熟悉的编程语言。

　　3、存储器

　　PLC存储器是保存程序和数据的地方，分内制式和外插式两种，存储器容量在512~128M字节之间，一定要根据实际情况选取足够大的存储器，并且要求有一部分空余作为缓存。

　PLC存储器按照类型可分随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除只读存储器（EPROM）等。RAM可以任意读写，在掉电后程序只能保持一段时间，适合于在自控系统调试时使用。ROM只能读不能写，程序是由厂家或开发商事先固化的，不能更改，即使失电也不丢失。EPROM与ROM只是EPROM通过特殊的方式（如紫外线）可以擦除再写，适合于应用在长时间工作而改动不大的系统中。

　　4、易于更改

　　PLC较继电器控制的另一个优势在于它可以根据实际需要任意更改控制结构（或控制过程），这就要求更改程序方便快捷。

　　5、是否有专用模块

　　部分生产厂家的PLC产品提供一些专用模块，如通信模块、PID控制模块、计数器模块、模拟输入/输出模块等。在软件上也提供了与此相对应的程序块，往往只是简单的输入一些参数就能实现，便于用户编程。

　　五、与监控系统的通信

　　1、人机对话操作台。这是监控系统的早期产品类型，是生产厂家专为自己的PLC产品设计的，适合于点对点控制。结构简单，功能少，面板控制，操作较易，现仍然广泛地应用于现场控制系统中。其优点是在远端控制失效的时候，仍能很好地控制现场。

　　2、随着计算机的不断发展，依靠PC（包括工控机）的监控系统越来越多地应用在自控系统中，这种监控系统一种是PLC开发商专为自己的（或特定的）产品量身定做的；另一种是软件开发公司开发的适合大多数PLC产品的监控系统。前一种与PLC产品的相容性强，能够根据PLC产品的特点制定相应的控制方案，应该说仍以PLC为中心；后一种则抛开了PLC产品，注重计算机在图像、动画、声音、网络、数据等方面的优势，给二次开发人员提供了较宽松的开发条件，往往可以制作出的监控系统，只要有相应的通信协议（目前已拥有了绝大多数生产厂家的通信协议），就可以与各种类型PLC相连，是当今自控系统。所以，在这方面应考虑所选的PLC与监控系统的通信方式是否可行。

　　六、可延性

　　这里包括三个方面含义：

　　1、产品寿命。大致可以保证所选择的PLC的使用年限，尽量购买生产日期较近的产品；

　　2、产品连续性。生产厂家对PLC产品的不断开发升级是否向下兼容，这决定是否有利于现系统对将来新增加功能的应用；

　　3、产品的更新周期。当某一种型号PLC（或PLC模块）被淘汰后，生产厂家是否能够保证有足够的备品（或备件）。这时应考虑选择当时比较新型的PLC。

　　七、售后服务与技术支持

　　1、选择好的公司产品；

　　2、选择信誉好的代理商；

　　3、是否有较强的售后服务与技术支持。

　　八、性价比

　　相对于自控系统性能的好坏优先于价格的选择。只是在前面几项比较接近，又不易选择时，才考虑价格因数，选择性价比比较高的产品。

　　在实际选型过程中，往往受到多方面的制约，不一定要考虑以上全部方面，但其中有些项是必须考虑的，而存在的问题也必须通过其它替代方式加以解决。

　　一般来说通过前5项的比较，已可确定2~3种产品，再考虑到后几项，便可选中较满意的PLC。随着科学技术的不断发展，PLC产品也一定会有一个统一的标准。那时，挑选PLC将不再是困难的事情。