一、引言

在使用西門子PLC的時(shí)候，我們經(jīng)常忽略一個(gè)重要的參數(shù)"通信負(fù)載"（也是“通訊負(fù)荷”）。在PLC與HMI連接 ，PLC與PLC進(jìn)行通信等，博途(TIA Portal)軟件監(jiān)控、第三方軟件通訊等都需要占用PLC通訊負(fù)載。

在進(jìn)行PLC-Recorder的高速采集測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)：如果S7-1200的通訊負(fù)載率設(shè)置為20%，則沒(méi)法保證4ms一次的UDP發(fā)送，調(diào)整到50%后，就正常了。

不合理的通訊負(fù)載會(huì)導(dǎo)致PLC出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題。隨著PLC通訊功能越來(lái)越強(qiáng)大，通訊任務(wù)也在不斷增加，“通訊負(fù)載”這個(gè)參數(shù)有時(shí)候也被迫進(jìn)行修改，哪些通訊對(duì)其影響大呢？如果不注意，可能引起哪些問(wèn)題呢？

二、異常舉例

1.通訊負(fù)載設(shè)置過(guò)大，可能導(dǎo)致OB1超出最大循環(huán)時(shí)間。經(jīng)常出現(xiàn)在PLC使用過(guò)多工藝對(duì)象，如工藝軸、過(guò)多的循環(huán)程序等情況下：

2.使用西門子觸摸屏配方功能，經(jīng)常出現(xiàn)觸摸屏讀取數(shù)據(jù)緩慢或者各種錯(cuò)誤：

3.使用西門子WEB功能，讀取變量或者修改變量，出現(xiàn)緩慢情況時(shí)，也需關(guān)注通訊負(fù)載：*

三、測(cè)試通訊負(fù)載

我們借助第三方軟件PLC-Recorder，對(duì)于TIA Portal開(kāi)發(fā)的PLC，進(jìn)行各種變量組合讀取測(cè)試，展示一下讀取時(shí)間、通訊負(fù)荷變化等情況。

1.硬件準(zhǔn)備

確保你有一個(gè)完整的S7-1200/1500系統(tǒng)，包括PLC、編程軟件（如TIA Portal）、必要的通訊模塊和連接電纜。

2.軟件準(zhǔn)備

確保編程軟件安裝正確，并且已經(jīng)將PLC和通訊模塊正確配置。

3.測(cè)試步驟

①通訊連接：使用編程軟件連接到PLC，確保通訊正常。

②編寫測(cè)試程序：在PLC的編程軟件中，編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，用于模擬通訊負(fù)載。這個(gè)程序可以包括：定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到從站或接收從站發(fā)送的數(shù)據(jù)；使用高速計(jì)數(shù)器或定時(shí)器產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)；使用多個(gè)數(shù)據(jù)塊（DB）和多個(gè)變量來(lái)增加負(fù)載；

③運(yùn)行測(cè)試程序：將程序下載到PLC中，并開(kāi)始運(yùn)行。

④監(jiān)控通訊：在編程軟件中監(jiān)控PLC的通訊狀態(tài)，包括：PLC的CPU負(fù)載，通訊錯(cuò)誤日志，通訊速率。

⑤性能測(cè)試：觀察PLC在運(yùn)行測(cè)試程序時(shí)的響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定性。檢查PLC在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行高負(fù)載程序時(shí)的溫度和穩(wěn)定性。

⑥記錄數(shù)據(jù)：記錄在不同負(fù)載下的PLC性能數(shù)據(jù)，包括CPU占用率、通訊速率、錯(cuò)誤率等。

⑦分析結(jié)果：根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)分析PLC的通訊負(fù)載能力，確定其在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)。

4.合理實(shí)踐

①逐步增加：逐步增加通訊負(fù)載，并監(jiān)控PLC的性能，直到達(dá)到應(yīng)用的上限。

②留有冗余：即使PLC能夠處理更高的負(fù)載，也要留有一定的冗余，以應(yīng)對(duì)未來(lái)可能的負(fù)載增加或網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題。

5.具體設(shè)定建議

①S7-1200：對(duì)于S7-1200，通常每個(gè)I/O點(diǎn)的通訊負(fù)載不應(yīng)超過(guò)100字節(jié)/秒，總負(fù)載（包括程序塊和其他通訊）不應(yīng)超過(guò)CPU處理能力的50%。

②S7-1500：S7-1500具有更強(qiáng)大的處理能力，因此通訊負(fù)載可以設(shè)定得更高。但一般建議保持CPU負(fù)載不超過(guò)70-80%，通訊頻率根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整。

總之，沒(méi)有固定的通訊負(fù)載設(shè)定，因?yàn)檫@需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)調(diào)整。合適的方法是通過(guò)測(cè)試和監(jiān)控來(lái)確定最適合你應(yīng)用的通訊負(fù)載設(shè)定。

四、PLC通訊負(fù)載查看

1．查看PLC地址

2．瀏覽器這里輸入https://192.168.0.1

3．選擇"診斷"

4．選擇"運(yùn)行系統(tǒng)信息"

5．通信負(fù)載設(shè)置

"通信負(fù)載"用于設(shè)置CPU 總處理能力中可用于通信過(guò)程的百分比，如圖所示。這部分 CPU 處理能力將始終用于通信，當(dāng)通信不需要這部分處理能力時(shí)，它可用于程序執(zhí)行?？稍O(shè)置的范圍為15～50%，默認(rèn)值為20%。占用"通信負(fù)載"的通信包括：博途(TIA Portal)軟件監(jiān)控，HMI連接及PLC間的S7 通信等。

CPU通信負(fù)載設(shè)置

五、實(shí)際應(yīng)用展示

在實(shí)際應(yīng)用中，從站數(shù)量、數(shù)據(jù)交換量、通訊速率、通訊周期和通訊協(xié)議等都會(huì)對(duì)通信負(fù)載率造成不等的影響；如以下某新型材料企業(yè)車間，需要實(shí)現(xiàn)4組環(huán)形軌道上共48個(gè)電動(dòng)葫蘆與兩個(gè)地面控制柜之間的無(wú)線通訊，兩個(gè)地面控制柜內(nèi)裝有8臺(tái)S7-1200smart PLC，作為每組電葫蘆的主控設(shè)備。

車間共計(jì)采用58臺(tái)西門子S7-1200 SMART PLC，由于車間從站數(shù)量過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致通信負(fù)載率上升，因此在設(shè)計(jì)工業(yè)控制系統(tǒng)時(shí)，需要仔細(xì)考慮網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、PLC性能和通訊協(xié)議，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

為了有效緩解通信負(fù)載問(wèn)題，我們采取了1主6從的通訊架構(gòu)，并構(gòu)建了8條環(huán)形軌道，每條軌道形成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)單元。為此，我們共計(jì)部署了56個(gè)達(dá)泰無(wú)線通訊模塊，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車間地面控制柜與電葫蘆PLC之間的無(wú)線數(shù)據(jù)交互。我們選擇的通訊協(xié)議是Profinet，旨在進(jìn)一步優(yōu)化通信效率。

無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)圖如下：

六、總結(jié)

通過(guò)上述對(duì)比測(cè)試，可以看出：

● 讀取不同變量數(shù)量、不同數(shù)據(jù)類型變量，對(duì)西門子通訊負(fù)載會(huì)造成不同影響。

● 增大通訊負(fù)載設(shè)定，可以大大降低符號(hào)讀取的周期時(shí)間。

但是，通訊負(fù)載也會(huì)對(duì)PLC循環(huán)周期產(chǎn)生影響，必須根據(jù)控制的需求和實(shí)際循環(huán)時(shí)間，進(jìn)行合理設(shè)置（具體可參考西門子手冊(cè)）。

通過(guò)降低通信負(fù)載，降低循環(huán)時(shí)間。

用戶可以降低硬件配置中的通信負(fù)載設(shè)置。例如，如果通信負(fù)載設(shè)置為20%，而不是默認(rèn)值50%，則循環(huán)時(shí)間為從2倍無(wú)通信負(fù)載時(shí)的循環(huán)時(shí)間降為1.25倍

對(duì)實(shí)際循環(huán)時(shí)間的影響

通信僅僅是造成循環(huán)時(shí)間延長(zhǎng)的一個(gè)因素。各種循環(huán)時(shí)間延長(zhǎng)設(shè)置都將導(dǎo)致在一個(gè)循環(huán)內(nèi)發(fā)生更多的異步事件，進(jìn)一步延長(zhǎng)循環(huán)程序的執(zhí)行時(shí)間。

延長(zhǎng)的時(shí)間取決于循環(huán)程序中發(fā)生的事件數(shù)量以及執(zhí)行這些事件所需的時(shí)間。

說(shuō)明

檢查參數(shù)變化

●檢查在系統(tǒng)運(yùn)行期間參數(shù)“因通信引起的循環(huán)負(fù)載"的值變化帶來(lái)的影響。

●為了防止時(shí)間錯(cuò)誤，在設(shè)置最大循環(huán)時(shí)間時(shí)，需考慮通信負(fù)載。

sf