通信越快越好嗎？

通信速度往往被認(rèn)為是越快越好。但對(duì)于上位機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，是否同樣如此呢？

一、通信分類(lèi)

在自動(dòng)化系統(tǒng)中，通信通常可分為兩大類(lèi)：

1.現(xiàn)場(chǎng)控制層與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層之間的通信

這一層級(jí)主要涉及PLC、DCS等控制器與伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器、遠(yuǎn)程I/O等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互，對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高。近年來(lái)工業(yè)通信技術(shù)的發(fā)展也印證了這一點(diǎn)——以太網(wǎng)逐步取代串口RS485，Profinet廣泛應(yīng)用并替代Profibus，以及EtherCAT等高速總線(xiàn)技術(shù)的普及，都體現(xiàn)了對(duì)實(shí)時(shí)性能的持續(xù)追求。

2.過(guò)程監(jiān)控層與現(xiàn)場(chǎng)控制層之間的通信

這一層級(jí)主要指上位機(jī)與PLC、DCS等控制系統(tǒng)之間的通信。相較于控制層與設(shè)備層，其對(duì)實(shí)時(shí)性的要求相對(duì)寬松，通常毫秒到秒級(jí)的延遲即可滿(mǎn)足應(yīng)用需求。在該場(chǎng)景下，通信的穩(wěn)定性和兼容性往往比高速傳輸更為重要。

二、通信速度

通信速度主要取決于所采用的技術(shù)方案與系統(tǒng)設(shè)計(jì)。一旦技術(shù)方案確定，通信速度的大致范圍也就基本確定。

例如，若采用RS485接口并基于Modbus RTU協(xié)議進(jìn)行通信，其通信周期通?？蛇_(dá)幾十毫秒，且這一數(shù)值可通過(guò)計(jì)算得出。通信周期（T）可表示為：

通信周期（T）＝ 請(qǐng)求幀傳輸時(shí)間 + 響應(yīng)幀傳輸時(shí)間 + 從站響應(yīng)時(shí)間 + 超時(shí)余量

其中，幀傳輸時(shí)間 = 幀字節(jié)數(shù) × 每字節(jié)傳輸時(shí)間。

以波特率9600（無(wú)校驗(yàn)、8位數(shù)據(jù)、1位停止位）下讀取10個(gè)寄存器為例：

幀字節(jié)數(shù) = 8（請(qǐng)求幀） + 25（響應(yīng)幀） = 33 Byte

每字節(jié)總位數(shù) = 起始位1位 + 數(shù)據(jù)位8位 + 停止位1位 = 10位

每字節(jié)傳輸時(shí)間 = 10 bit ÷ 9600 bps ≈ 1.04 ms

幀傳輸時(shí)間 = 33 × 1.04 ms ≈ 34.32 ms

從站響應(yīng)時(shí)間設(shè)為30 ms，超時(shí)余量設(shè)為30 ms

則總通信周期 ≈ 34.32 ms + 30 ms + 30 ms = 94.32 ms。

即使在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各類(lèi)優(yōu)化，通信周期最快也只能控制在幾十毫秒級(jí)別。這就好比在普通城市道路上，即便是頂級(jí)賽車(chē)，也無(wú)法發(fā)揮其高速性能——通信速率本質(zhì)上受制于底層通道的能力。

三、通信優(yōu)化

技術(shù)方案確定后，通信的單次交互時(shí)間也隨之基本確定。在此基礎(chǔ)上，整個(gè)通信周期的計(jì)算公式可表示為：

通信周期 = 單次交互時(shí)間 × 交互次數(shù)

因此，若要縮短通信周期，關(guān)鍵在于減少交互次數(shù)。以下是幾種可行的優(yōu)化思路：

方案一：變量連續(xù)性?xún)?yōu)化

以協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）為標(biāo)準(zhǔn)，盡可能將需要訪(fǎng)問(wèn)的變量地址規(guī)劃在連續(xù)區(qū)域。

例如，在三菱PLC系統(tǒng)中，單次通信最多可讀取960個(gè)字或2000個(gè)位。在某實(shí)際項(xiàng)目中，共有400多個(gè)變量分布于D區(qū)和M區(qū)，通過(guò)與PLC工程師協(xié)作，將變量集中為300個(gè)D寄存器和200個(gè)M區(qū)地址，最終僅需2次交互即可完成采集，通信周期縮短至5–10 ms。

方案二：利用協(xié)議特性

部分通信協(xié)議支持非連續(xù)地址的合并讀取，如可在單次請(qǐng)求中同時(shí)讀取D區(qū)和M區(qū)的數(shù)據(jù)。在變量分布難以連續(xù)化時(shí)，可充分利用該功能以減少交互次數(shù)。

方案三：優(yōu)先級(jí)分組采集

根據(jù)變量的重要性與更新需求，將其劃分為不同優(yōu)先級(jí)。例如，關(guān)鍵變量每周期讀取，次要變量可設(shè)置為3秒或5秒讀取一次，從而降低高頻交互的數(shù)據(jù)量。

方案四：界面驅(qū)動(dòng)通信

將變量按功能界面分組，僅在打開(kāi)對(duì)應(yīng)界面時(shí)，才讀取該界面所需的變量。這種方式可實(shí)現(xiàn)通信負(fù)載的按需分配，避免無(wú)效數(shù)據(jù)交互。

在實(shí)際應(yīng)用中，方案一因?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單、效果顯著而最為常用。若其無(wú)法完全滿(mǎn)足需求，再依次考慮其他輔助方案，以實(shí)現(xiàn)通信效率的階梯優(yōu)化。

四、通訊測(cè)試

在維持上述優(yōu)化不變的前提下，將通信鏈路替換為目標(biāo)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，并重點(diǎn)監(jiān)測(cè)其平均通信周期、周期抖動(dòng)及通信成功率等關(guān)鍵指標(biāo)的變化，以評(píng)估無(wú)線(xiàn)環(huán)境對(duì)通信效率的實(shí)際影響。

因此我們以三菱PLC系統(tǒng)為例，介紹多臺(tái)FX5u PLC無(wú)線(xiàn)連接下的以太網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通訊實(shí)現(xiàn)過(guò)程。無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)系統(tǒng)如下：

通過(guò)“優(yōu)化-測(cè)試-分析-再優(yōu)化”的閉環(huán)，我們就能將無(wú)線(xiàn)通信從一種靈活的連接手段，錘煉成足以支撐關(guān)鍵應(yīng)用的可靠鏈路。