PLC緊湊I/O與通信模塊增強(qiáng)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）工廠自動(dòng)化與控制中，PLC的重要性不言而喻，作為一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，PLC通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入/輸出來(lái)控制各種類(lèi)型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。

在其他主控設(shè)備性能不斷拔高的現(xiàn)在，PLC在成本和性能上都不占優(yōu)勢(shì)，但是工業(yè)場(chǎng)景仍然十分信任PLC，充分體現(xiàn)了工業(yè)場(chǎng)景對(duì)其接受度的高度認(rèn)可。PLC由硬件，軟件和編譯器三部分組成，其中硬件部分涉及非常多不同的模塊，耳熟能詳?shù)挠蠭/O模塊、CPU模塊、通訊模塊、電源模塊等。這些模塊組件是整個(gè)PLC系統(tǒng)核心中的核心。

通訊模塊，增強(qiáng)PLC與I/O之間的通信

PLC通訊模塊實(shí)現(xiàn)的主要功能就是與其他設(shè)備之間建立同步協(xié)議，將PLC系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)與其他控制設(shè)備中的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換和共享，能夠控制、監(jiān)控并采集相關(guān)數(shù)據(jù)，即通過(guò)互相的監(jiān)控指令來(lái)監(jiān)控對(duì)方，從而達(dá)到生產(chǎn)協(xié)調(diào)的目的。

這里面有現(xiàn)場(chǎng)總線模塊、工業(yè)以太網(wǎng)模塊和無(wú)線通訊模塊，根據(jù)不同的協(xié)議來(lái)劃分。目前常見(jiàn)的協(xié)議有Ethernet/IP、EtherCAT、Modbus、DeviceNet、RS232/RS422/RS485等等。現(xiàn)在的通信模塊設(shè)計(jì)，通常需要考慮很多方面，比如能夠用于多協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)的擴(kuò)展，增加靈活度這一點(diǎn)現(xiàn)在很被看重，還要求能在惡劣環(huán)境中增強(qiáng)對(duì)耦合噪聲的防護(hù)，同時(shí)診斷功能的需求也很明顯，比如廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)電纜診斷功能。

時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)TSN通信，一個(gè)有望取代總線的技術(shù)，PLC是其很典型的應(yīng)用。依靠其大幅提高的確定性，TSN在解決延遲和抖動(dòng)上優(yōu)勢(shì)明顯。Profinet和EtherCAT 等實(shí)時(shí)通信接口可在PLC和輸入/輸出模塊之間實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間敏感型通信，這些接口可以調(diào)整TAS的擴(kuò)展和幀占先機(jī)制，從而將標(biāo)準(zhǔn)TSN硬件用于工業(yè)以太網(wǎng)。這些工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議受益于此，PLC與I/O模塊間的通信也在這些增強(qiáng)的功能下更快更準(zhǔn)確。

PLC中的緊湊I/O模塊

以前的PLC系統(tǒng)里，I/O模塊一般被設(shè)計(jì)成CPU模塊下的子模塊，現(xiàn)在的趨勢(shì)則是越來(lái)越多的PLC設(shè)備將I/O模塊獨(dú)立了出來(lái)。I/O 模塊用于獲取現(xiàn)場(chǎng)傳感器的信號(hào)以及控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通信模塊適配器用于擴(kuò)展本地或遠(yuǎn)程I/O。

在通訊協(xié)議的串聯(lián)下，I/O模塊將現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)傳感器/執(zhí)行器和PLC/適配器連接了起來(lái)，各種數(shù)字量的輸入輸出、模擬量的輸入輸出以及各種傳感器的信號(hào)等都在I/O模塊中被定義。而且現(xiàn)在的I/O模塊密度越來(lái)越高，一個(gè)工業(yè)場(chǎng)景中可能就有幾百個(gè)I/O模塊。在密度大增的情況下，I/O模塊的可靠耐用很關(guān)鍵。

以工業(yè)場(chǎng)景中溫度、壓力、流量、液位、氣體和其他傳感器和檢測(cè)器的輸入為例，這些輸入都需要模擬輸入模塊對(duì)這些從現(xiàn)場(chǎng)接收的模擬信息進(jìn)行數(shù)字化處理，然后將數(shù)字化后的信息傳送到PLC的CPU模塊中。如此緊湊的輸入模塊，勢(shì)必是需要進(jìn)行隔離的，中斷現(xiàn)場(chǎng)傳感器和CPU模塊之間的接地環(huán)路，否則通信就會(huì)受到干擾。

這些高通道密度模塊在一起，電磁干擾的可能性也大幅提升，溫升問(wèn)題也更容易出現(xiàn)，所以在I/O模塊在往緊湊方向發(fā)展的同時(shí)，設(shè)計(jì)難度也大增。

因此I/O模塊也不斷引入新的診斷功能，從最基本的診斷到模塊診斷，再到通道診斷，I/O模塊的診斷等級(jí)也不斷提高，保證在緊湊高密度下I/O模塊足夠可靠。現(xiàn)在很多對(duì)PLC性能要求較高的場(chǎng)景都要求I/O模塊對(duì)過(guò)采樣、PWM、集成計(jì)數(shù)等功能提供支持。

小結(jié)

PLC硬件模塊綜合性能也不斷升級(jí)變得更全面，尤其是和通信相關(guān)的性能，進(jìn)步很明顯。在通信方面，對(duì)其安全性要求也更高，近幾年很多新型PLC在通信安全和功能安全上做了很多革新，包括加密模塊的硬件和帶安全規(guī)范的協(xié)議。在工業(yè)市場(chǎng)，PLC的硬件功能安全和通信安全愈發(fā)重要。