PLC数据传输过程中如何解决通信中断或数据延迟问题

数据传输在工业自动化领域扮演着至关重要的角色，它是连接现场设备与上层系统、实现数据驱动的智能制造的核心桥梁，随着工业4.0的深入发展，PLC作为工业控制系统的“大脑”，其数据传输能力直接决定了生产效率、设备可靠性和决策质量，本文将详细阐述PLC数据传输的核心技术、常见协议、应用场景，并结合 酷番云 工业云平台的实践案例，探讨其在解决实际工业问题中的效果,并展望未来发展趋势。

PLC数据传输的核心方式与技术

PLC数据传输主要通过有线和无线两种方式实现,每种方式都有其适用的场景和技术特点。

（一）有线传输

有线传输以工业以太网和串行通信为主，具有稳定性高、传输速率快的特点,广泛应用于工业现场总线系统中。

（二）无线传输

无线传输通过Wi-Fi、4G/5G、LoRa等技术，解决有线布线的限制，适用于移动设备、远程监控等场景。

关键通信协议解析

通信协议是PLC数据传输的“语言”,不同协议具有不同的特点和应用场景。

Modbus TCP适用于工业现场设备间的简单数据交换，广泛用于PLC与HMI、SCADA系统通信；OPC UA则适用于复杂工业系统，支持跨厂商设备通信,具有安全性和可扩展性。

酷番云工业云平台的实践案例

某大型化工企业为提升生产效率，采用酷番云的工业云平台，集成多台西门子S7-1200 PLC,具体实施步骤如下：

挑战与解决方案

PLC数据传输面临数据安全、传输延迟、设备兼容性等挑战,需采取针对性措施：

未来发展趋势

问答FAQs

差错控制的基本思路是什么？

一种保证接收的数据完整、准确的方法。 因为实际电话线总是不完美的。 数据在传输过程中可能变得紊乱或丢失。 为了捕捉这些错误，发送端调制解调器对即将发送的数据执行一次数学运算，并将运算结果连同数据一起发送出去，接收数据的调制解调器对它接收到的数据执行同样的运算，并将两个结果进行比较。 如果数据在传输过程中被破坏，则两个结果就不一致，接收数据的调制解调器就请发送端重新发送数据通信过程中的差错大致可分为两类：一类是由热噪声引起的随机错误;另一类是由冲突噪声引起的突发错误。 突发性错误影晌局部，而随机性错误影响全局。 通常应付传输差错的办法如下：　1、肯定应答。 接收器对收到的帧校验无误后送回肯定应答信号ACK，发送器收到肯定应答信号后可继续发送后续帧。 2、否定应答重发。 接收器收到一个帧后经较验发现错误，则送回一个否定应答信号NAK。 发送器必须重新发送出错帧。 3、超时重发。 发送器发送一个帧时就开始计时。 在一定时间间隔内没有收到关于该帧的应答信号，则认为该帧丢失并重新发送。

关于PLC的资料

PLC的选型方法技术来源： 点击数：201 录入时间：07-06-03 14:32:44在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。 工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。 PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。 熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。 一、输入输出（I/O）点数的估算 I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。 实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 二、存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。 设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。 为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。 三、控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 (一)运算功能 简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。 随着开放系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。 设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。 大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。 要显示数据时需要译码和编码等运算。 (二)控制功能 控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。 PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。 例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。 (三)通信功能 大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。 通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。 PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等；大中型PLC通信总线（含接口设备和电缆）应1：1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。 PLC系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。 PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式：1）PC为主站，多台同型号PLC为从站，组成简易PLC网络；2）1台PLC为主站，其他同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络；3）PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网；4）专用PLC网络（各厂商的专用PLC通信网络）为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。 (四)编程功能 离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。 完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。 离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。 在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。 这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。 五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。 选用的编程语言应遵守其标准（IEC），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。 (五)诊断功能 PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。 硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。 通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 (六)处理速度 PLC采用扫描方式工作。 从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。 处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。 目前，PLC接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.2～0.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。 扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。 四、机型的选择(一)PLC的类型 PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。 从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 (二)输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。 例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。 对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。 输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。 可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。 考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。 (三)电源的选择 PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。 重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。 为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。 (四)存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。 需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。 (五)冗余功能的选择1．控制单元的冗余 (1)重要的过程单元：CPU（包括存储器）及电源均应1B1冗余。 (2)在需要时也可选用PLC硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2重化或3重化冗余容错系统等。 2．I/O接口单元的冗余 (1)控制回路的多点I/O卡应冗余配置。 (2)重要检测点的多点I/O卡可冗余配置。 3）根据需要对重要的I/O信号，可选用2重化或3重化的I/O接口单元。 (六)经济性的考虑 选择PLC时，应考虑性能价格比。 考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。 输入输出点数对价格有直接影响。 每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。 当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。 在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。

基带和频带各是什么？

电信号也叫信号，信号的每秒钟变化的次数叫频率，单位赫兹（HZ）。信号的频率有高有低，就象声音有高有低一样，低频到高频的范围叫频带，不同的信号有不同的频带。

基带传输
在数据通信中，由计算机或终端等数字设备直接发出的二进制数字信号形式称为方波，即“1”或“0”，分别用高(或低)电平或低(或高)电平表示，人们把方 波固有的频带称为基带(由消息直接转换成的未经调制变换的信号所占的频带，理论上基带信号的频谱是从0到无穷大)，方波电信号称为基带信号。

在数字信号频谱中，把直流（零频）开始到能量集中的一段频率范围称为基本频带，简称为基带。因此，数字信号被称为数字基带信号，在信道中直接传输这种基带 信号就称为基带传输。在基带传输中，整个信道只传输一种信号，通信信道利用率低。一般来说，要将信源的数据经过变换变为直接传输的数字基带信号，这项工作 由编码器完成。在发送端，由编码器实现编码；在接收端由译码器进行解码，恢复发送 端原发送的数据。基带传输是一种最简单最基本的传输方式。是典型的矩形电脉冲信号，其频谱包括直流、低频和高频等多种成份。

由于在近距离范围内，基带信号的功率衰减不大，从而信道容量不会发生变化，因此，在局域网中通常使用基带传输技术。

在基带传输中，需要对数字信号进行编码来表示数据。


频带传输
远距离通信信道多为模拟信道，例如，传统的电话（电话信道）只适用于传输音频范围（300-3400Hz）的模拟信号，不适用于直接传输频带很宽、但能量集中在低频段的数字基带信号。

频带传输就是先将基带信号变换（调制）成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号（称为频带信号），再将这种频带信号在模拟信道中传输。

计算机网络的远距离通信通常采用的是频带传输。

基带信号与频带信号的转换是由调制解调技术完成的。


宽带传输
通过借助频带传输，可以将链路容量分解成两个或更多的信道，每个信道可以携带不同的信号，这就是宽带传输。宽带传输中的所有信道都可以同时发送信号。如CATV、ISDN等。


宽带传输和基带传输的特性

基带传输：
由计算机或终端产生的数字信号，频谱都是从零开始的，这种未经调制的信号所占用的频率范围叫基本频带（这个频带从直流起可高到数百千赫，甚至若干 兆赫），简称基带（base band）。这种数字信号就称基带信号。举个简单的例字拉：在有线信道中，直接用电传打字机进行通信时传输的信号就是基带信号。而传送数据时，以原封不动 的形式，把基带信号送入线路，称为基带传输。基带传输不需要调制解调器，设备化费小，适合短距离的数据输，比如一个企业、工厂，就可以采用这种方式将大量 终端连接到主计算机。另外就是传输介质，局域网中一般都采用基带同轴电缆作传输介质，不过如果你打算用光纤，我也绝对没有异议。

频带传输：
上面的传输方式适用于一个单位内部的局域网传输，但除了市内的线路之外，长途线路是无法传送近似于0的分量的，也就是说，在计算机的远程通信中， 是不能直接传输原始的电脉冲信号的（也就是基带信号了）。因此就需要利用频带传输，就是用基带脉冲对载波波形的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变 化，这就是调制。经过调制的信号称为已调信号。已调信号通过线路传输到接收端，然后经过解调恢复为原始基带脉冲。这种频带传输不仅克服了目前许多长途电话 线路不能直接传输基带信号的缺点，而且能实现多路复用的目的，从而提高了通信线路的利用率。不过频带传输在发送端和接收端都要设置调制解调器。

但是，在基带传输中我们常常会有一个深有体会的问题，就是等等等——在这种情况下，我们就非常羡慕并向往一种传输了，这种传输的名字就叫 ——宽带传输。所谓宽带，就是指比音频（4KHZ）带宽还要宽的频带，简单一点就是包括了大部分电磁波频谱的频带 拉。使用这种宽频带进行传输的系统就称为宽带传输系统，它简直就可以容纳所——有的广播，并且还可以进行高速率的数据传输。对于局域网而言，宽带这个术语 专门用于使用传输模拟信号的同轴电缆，可见宽带传输系统是模拟信号传输系统，它允许在同一信道上进行数字信息和模拟信息服务。基带和宽带的区别还在于数据 传输速率不同。基带数据传输速率为0～10 Mb／s，更典型的是1Mb／s～2.5Mb／s，通常用于传输数字信息。宽带是传输模拟信号，数据传输速率范围为0～400Mb／s，而通常使用的传输 速率是5Mb／s～10 Mb／s，而且一个宽带信道可以被划分为多个逻辑基带信道。这样就能把声音、图像和数据信息的传输综合在一个物理信道中进行，以满足你对网络非常过分的要 求。总之，宽带传输一定是采用频带传输技术的， 但频带传输不一定就是宽带传输。