plc如何发 n

本文将深入探讨可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）如何实现高效、可靠的信号与数据发送功能。文章将从基础通信原理出发，涵盖硬件配置、网络协议、编程实现及故障排查等核心层面，系统解析从物理连接到程序设计的完整流程。内容结合工业自动化领域的权威标准与实践案例，旨在为工程师和技术人员提供一套具备深度与实用性的操作指南，帮助读者构建稳定、高效的工业通信系统。

       在现代工业自动化系统中，可编程逻辑控制器（PLC）扮演着“大脑”与“神经中枢”的角色。其核心功能不仅在于逻辑控制，更在于高效、准确地进行数据交换与指令发送。一个稳定可靠的通信系统，是确保整条生产线或整个工厂顺畅运行的基础。本文将围绕“PLC如何发送”这一主题，深入剖析其背后的技术原理、实现方法以及最佳实践，为读者呈现一幅从理论到实践的完整图景。

       当我们谈论PLC的“发送”时，其内涵远比字面意思丰富。它不仅仅是指通过一个输出点点亮一盏灯或驱动一个继电器。在更广泛的语境下，它涵盖了数字量信号的输出、模拟量数据的传输、与上位机（如监控与数据采集系统，SCADA）的通信、在工业网络（如现场总线）中与其他智能设备（如变频器、机器人、远程输入输出模块）交换数据，乃至通过以太网或无线网络将生产数据发送至云端服务器。理解这种多层次、多协议的通信能力，是掌握PLC应用技术的关键。

一、 理解通信的基石：硬件接口与物理层

       任何通信行为的起点都是物理连接。PLC通常配备多种类型的通信接口，以适应不同的应用场景。最常见的包括基于继电器或晶体管的数字量输出模块，用于发送开关信号；数模转换模块，用于发送连续变化的模拟量信号，如控制阀门开度或电机转速；以及各类专用的通信模块或集成端口。

       对于网络通信，硬件接口决定了通信的物理介质和电气特性。例如，支持RS-485标准的串行通信接口，采用差分信号传输，具有抗干扰能力强、传输距离远（可达上千米）的特点，常被用于构建主从式网络。而集成以太网接口的PLC，则能够直接接入工厂局域网，实现高速、大容量的数据交换。此外，针对特定的现场总线协议，如过程现场总线（PROFIBUS）、控制局域网（CAN）等，需要配备相应的总线耦合器或通信处理器模块。正确选择和配置这些硬件，是确保信号能够“发得出”的第一步。

二、 数字量输出：最基础的发送形式

       数字量输出是PLC最直接、最简单的发送方式。其原理是PLC内部的中央处理器根据用户程序的计算结果，控制输出模块上对应通道的电子开关（继电器或半导体开关）的通断，从而在外部端子上产生高电平或低电平信号。

       在编程中，通常使用线圈输出指令（如梯形图中的“线圈”符号）来控制一个具体的输出点。例如，当某个逻辑条件成立时，程序会使能一个名为“电机启动”的输出点。PLC的输入输出刷新机制会周期性地将输出映像区中的状态，写入到物理输出模块，驱动外部负载。需要注意的是，输出模块通常有电流和电压的负载能力限制，驱动大功率设备时，必须通过中间继电器或接触器进行过渡。同时，对于感性负载（如电磁阀、接触器线圈），必须并联续流二极管或吸收回路，以保护PLC的输出触点免受感应电动势的冲击。

三、 模拟量输出：发送连续的控制信号

       当需要控制一个连续变化的物理量，如温度、压力、流量或速度时，就需要用到模拟量输出功能。PLC通过专用的模拟量输出模块，将内部处理得到的数字值，转换为标准的连续电流或电压信号发送出去。

       常见的标准信号包括四至二十毫安电流信号和零至十伏电压信号。四至二十毫安信号因其抗干扰能力强、能够检测断线（电流低于四毫安可视为故障）等优点，在工业现场应用尤为广泛。在程序设计中，工程师需要将控制算法计算出的工程值（例如，百分之七十的阀门开度），按照预定的量程范围，转换为对应模拟量模块所能接受的数字量值（例如，十二位精度的数字量范围是零至四千零九十五）。这个转换过程通常通过特定的功能块或指令来完成，确保发送出去的模拟信号精确地对应被控设备的期望位置。

四、 串行通信：经典的点对点与主从网络

       串行通信，特别是基于RS-232、RS-422和RS-485标准的通信，是工业领域历史悠久且依然活跃的技术。它通过单根或一对数据线，按位顺序传输数据，结构简单，成本较低。

       在点对点通信中，PLC可以直接与计算机、触摸屏或特定仪表连接。而在多点通信网络中，常采用RS-485构建主从式网络，一个主站（通常是PLC或计算机）轮询多个从站（如多个PLC、智能仪表或输入输出设备）。通信协议可以是简单的自由口协议，由用户自定义数据帧格式和通信规则；也可以是标准的协议，如莫迪康公司制定的莫迪康协议（Modbus RTU）。使用标准协议的优势在于兼容性强，不同厂商的设备更容易集成。在编程实现上，需要仔细配置通信端口参数（波特率、数据位、停止位、校验方式），并编写发送指令，将数据按协议格式打包后，通过指定的通信缓冲区发送出去。

五、 工业以太网：迈向高速与融合的桥梁

       随着信息技术与运营技术的融合，工业以太网已成为工厂通信的主流选择。它基于通用的以太网标准，但针对工业环境在实时性、可靠性和抗干扰性上进行了强化。

       支持以太网的PLC能够无缝接入工厂信息网络，实现与监控计算机、服务器、其他PLC以及更高级别的制造执行系统之间的高速数据交换。常见的工业以太网协议包括以太网工业协议（EtherNet/IP）、过程现场总线以太网版（PROFINET）、莫迪康传输控制协议（Modbus TCP）等。这些协议在标准的传输控制协议或用户数据报协议之上，定义了用于工业自动化的应用层语义。通过以太网发送数据，编程通常更加抽象和便捷。工程师无需直接处理底层数据帧，而是通过配置网络变量、使用专用的通信功能块或指令，指定目标设备的网络地址和要发送的数据区域即可。这使得跨网段、跨平台的数据发送成为可能，为构建数字化工厂奠定了网络基础。

六、 专用现场总线：为确定性实时通信而生

       在一些对通信实时性和同步精度要求极高的场合，如运动控制、高速包装机械等，专用的现场总线系统仍然是不可或缺的选择。这类总线为工业控制量身定制，具有确定性的通信周期和极低的抖动。

       例如，德国西门子公司推动的PROFIBUS与PROFINET，罗克韦尔自动化主推的设备网与ControlNet，以及贝加莱公司的POWERLINK等。在这些网络中，PLC作为控制器或主站，需要配置相应的总线主站模块。数据发送的过程高度集成化，工程师在组态软件中定义好输入输出数据的映射关系（即所谓的“过程映像”），PLC的通信处理器便会周期性地、自动地将输出数据发送到总线上，分配给各个从站设备。整个过程由硬件和系统软件高度协调，保证了毫秒级甚至微秒级的同步精度，满足高速实时控制的需求。

七、 无线通信：突破有线的束缚

       对于移动设备、远程站点或布线困难的区域，无线通信提供了灵活的解决方案。PLC可以通过添加无线数据传输模块，支持无线局域网、第四代移动通信技术、窄带物联网等多种无线方式发送数据。

       无线局域网适用于工厂内固定设备间的短距离高速通信；第四代移动通信技术或第五代移动通信技术则可以将分布广泛的数据采集终端的数据，远程发送至中心PLC或云平台；窄带物联网以其低功耗、广覆盖的特性，适合传感器数据的低频次、小批量上报。实现无线发送时，除了配置网络参数（如服务集标识、接入密码、访问点名称），更重要的是考虑通信的可靠性。工业环境电磁干扰复杂，需要采取信道冗余、数据校验重发、心跳包监测等机制，确保在无线链路不稳定时，数据仍能可靠送达，或至少系统能及时感知故障。

八、 编程实现：从指令到数据帧

       无论采用何种通信方式，最终都需要通过编程来具体实现发送动作。不同品牌的PLC提供了不同形式的编程指令或功能块。

       对于简单的自由口串行通信，通常有专门的“发送”指令。程序员需要先将待发送的数据（如寄存器中的数值、字符串）搬运到指定的发送缓冲区，然后触发发送指令。指令执行后，通信协处理器会按照预设的格式（包括起始位、数据位、校验位、停止位）将缓冲区内容转换为串行比特流发送出去。对于网络通信，编程接口更为高级。例如，在支持EtherNet/IP的系统中，可以使用“生成显式消息”的功能块，只需填写目标设备的互联网协议地址、连接路径以及要读取或写入的数据标签，底层通信栈便会自动完成数据包的封装和发送。理解并熟练运用这些编程工具，是将通信逻辑转化为实际数据流的关键。

九、 数据封装与协议栈

       数据从应用程序到物理线缆的旅程，需要经过层层封装，这就是网络协议栈的作用。以基于传输控制协议或用户数据报协议的通信为例，PLC内部的应用数据，首先被添加上特定工业协议的应用层头（如Modbus TCP的报文头），指明功能码和寄存器地址。

       然后，传输层（传输控制协议或用户数据报协议）为其添加端口号信息，以确保数据能送达正确的应用程序。接着，网络层（互联网协议）添加源和目标互联网协议地址，实现网络寻址。最后，数据链路层（如以太网）添加媒体访问控制地址和帧校验序列，形成可以在局域网中传输的数据帧。整个过程由PLC的通信处理器和操作系统协同完成，对用户程序透明。但了解这一过程，有助于工程师在出现通信故障时，能够分层进行诊断，例如，是物理链路不通、互联网协议地址错误，还是应用层协议不匹配。

十、 同步与异步发送机制

       根据应用需求，PLC发送数据可以采用同步或异步机制。同步发送通常指在确定的时间点或控制周期内发送数据，例如，在过程控制中，每个扫描周期结束时，将计算好的控制量通过模拟量输出模块发送出去；或者在现场总线中，严格按照预定义的通信周期，发送过程数据。

       这种机制保证了控制的实时性和周期性。异步发送则是由事件触发的，例如，当某个报警条件产生时，PLC立即向上位机发送一条报警信息；或者当操作员通过触摸屏下达一个命令时，PLC接收并处理后，向执行机构发送动作指令。异步通信对响应时间的要求是“尽快”，而非“准时”。在程序设计中，需要合理规划同步发送的时机，并妥善处理异步发送的事件中断，避免两者相互干扰，导致系统资源冲突或时序混乱。

十一、 错误处理与通信诊断

       没有任何通信系统是百分之百可靠的。因此，健壮的发送逻辑必须包含完善的错误处理与诊断机制。PLC的通信模块和指令通常都会提供丰富的状态位和错误代码。

       例如，发送完成标志、发送错误标志、具体的错误编号等。在编程时，必须在每次发送操作后检查这些状态。如果发送失败，应根据错误代码采取相应的处理策略：是简单地重试几次，还是记录日志并触发高级别报警，或是切换到备用通信路径。此外，许多PLC支持通过软件工具在线诊断通信连接状态，如查看已建立的连接、数据吞吐量、错误统计等。定期维护时，利用这些工具进行预防性诊断，可以提前发现网络负载过高、连接不稳定等潜在问题，防患于未然。

十二、 安全考量：确保数据发送的保密与完整

       随着工业系统与互联网的连接日益紧密，通信安全变得至关重要。PLC发送的数据可能包含生产工艺、设备状态等敏感信息，必须防止其在传输过程中被窃听或篡改。

       为此，现代工业网络越来越多地采用安全技术。例如，在网络层使用虚拟专用网络技术，在PLC与远程服务器之间建立加密隧道；在传输层使用安全套接字层或其继任者传输层安全协议，对传输控制协议连接进行加密和身份验证；甚至在应用层协议中集成加密和数字签名功能。工程师在设计和实施通信方案时，必须评估系统的安全风险，并根据安全等级要求，选择具备相应安全功能的PLC和网络设备，配置防火墙规则，并实施严格的访问控制策略，确保数据发送的安全边界。

十三、 性能优化：提升发送效率与实时性

       在复杂的多任务、高速度控制系统中，通信性能往往是瓶颈。优化PLC的数据发送性能，需要从多个维度着手。

       首先是合理规划数据发送的周期和内容。避免将所有的数据都以最高频率发送，而是根据数据的变化率和重要性进行分级。对于变化缓慢的过程参数，可以降低发送频率；对于关键的联锁信号，则必须保证其发送优先级和实时性。其次，优化数据打包。尽量将相关的数据组合在一个数据包中发送，减少协议开销和网络碎片。再者，利用PLC硬件提供的通信优化功能，如使用直接内存访问技术减轻中央处理器负担，或使用通信处理器的硬件中断来及时响应发送完成事件。最后，网络拓扑和参数（如交换机设置、服务质量策略）的优化，也能从基础设施层面保障发送通道的畅通。

十四、 与上层系统的集成：发送数据至信息世界

       PLC不仅是控制设备，也是工厂数据的源头。将其产生的实时数据（如产量、能耗、设备运行参数、质量指标）可靠地发送至制造执行系统、企业资源计划系统或工业互联网平台，是实现生产数字化、智能化的基础。

       这种集成通常通过标准的数据接口实现，如开放式数据库连接、对象链接与嵌入过程控制，或者直接通过应用程序编程接口以传输控制协议、超文本传输协议等方式发送。许多PLC支持在这些标准之上，内置数据发布功能，可以周期性地或按需将指定数据块的内容发送到指定的服务器地址。在此过程中，数据格式的标准化（如采用可扩展标记语言、JavaScript对象表示法）和语义的统一（遵循行业数据模型）变得尤为重要，它决定了上层系统能否正确解读和利用这些来自现场的数据。

十五、 实例解析：一个完整的发送流程

       为了将上述理论串联起来，我们以一个简单实例进行说明：一台PLC需要将生产线上一个罐体的实时温度（通过温度变送器采集）和阀门开度控制信号，发送给中控室的监控计算机，同时通过现场总线控制一台变频器调速。

       首先，温度作为模拟量输入被PLC采集，阀门开度作为模拟量输出由PLC计算后发出，这是基础的模拟量输入输出发送。其次，PLC通过以太网模块，使用Modbus TCP协议，将温度值、阀门开度值、以及相关的状态字，周期性地发送给监控计算机的监控与数据采集系统服务器。最后，PLC通过PROFIBUS-DP总线主站模块，将计算得到的速度设定值，以过程数据的方式，周期性地发送给变频器从站。整个系统涉及了三种不同的发送方式，需要在硬件配置、网络组态和程序编写中分别进行设置，并确保它们在同一套控制逻辑下协调工作，互不干扰。

十六、 未来趋势：发送技术的演进方向

       展望未来，PLC的数据发送技术将持续演进。时间敏感网络技术有望在标准以太网上实现确定性的微秒级时间同步，统一实时与非实时通信。

       第五代移动通信技术在工厂内的应用，将提供超高可靠低时延通信和大规模机器类通信能力，支持更灵活的无线发送场景。边缘计算概念的兴起，使得PLC在发送数据前，可以在本地进行更复杂的数据预处理、分析和压缩，只将最有价值的信息发送到云端，从而节省带宽、降低延迟并增强数据隐私。此外，基于发布订阅模式的消息队列遥测传输协议等物联网协议，因其轻量级和易于集成的特点，正被越来越多地用于PLC与云平台之间的数据发送。紧跟这些技术趋势，将帮助工程师构建面向未来的、更智能、更高效的工业通信架构。

       综上所述，PLC如何发送是一个融合了硬件、软件、网络与系统工程的综合性课题。从最基础的开关量控制到复杂的云端数据集成，每一次成功的发送背后，都依赖于对通信原理的深刻理解、对硬件特性的熟练掌握、对编程工具的灵活运用以及对系统需求的精准把握。随着工业互联网和智能制造的深入推进，PLC作为数据发送枢纽的角色将愈发重要。掌握其核心发送技术，并持续关注新技术的发展，是每一位自动化工程师保持竞争力的必修课。希望本文的系统性阐述，能为读者在设计和优化工业通信系统时，提供切实可行的思路与方法。