摘要：本文對(duì)可編程序控制器（PLC）的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行了較全面的分析和研究，總結(jié)出PLC通訊網(wǎng)絡(luò)的共同特點(diǎn)，為PLC聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)性意見(jiàn)。 　　關(guān)鍵詞：PLC；網(wǎng)絡(luò)
　　中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　
　　為提高控制性能，往往要把地理上處于不同位置的PLC與PLC、PLC與計(jì)算機(jī)或PLC與智能裝置通過(guò)傳輸介質(zhì)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)通訊，可提高PLC的控制能力及控制范圍，同時(shí)還便于使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理和對(duì)控制數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以構(gòu)成功能更強(qiáng)、性能更好的控制系統(tǒng)，這一般稱為PLC聯(lián)網(wǎng)。PLC聯(lián)網(wǎng)后，還可進(jìn)行網(wǎng)與網(wǎng)的互聯(lián)，以組成更為復(fù)雜的系統(tǒng)。
　　
　　1 可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)
　　
　　在對(duì)PLC產(chǎn)品資料廣泛分析和PLC實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上，下面對(duì)主流廠家的可編程序控制器通訊網(wǎng)絡(luò)作出分析介紹。
　　
　　1.1OMRON公司的PLC網(wǎng)絡(luò)
　　OMRON PLC網(wǎng)絡(luò)類型較多，可以適用于各種層次工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的不同需要。
　　Ethernet網(wǎng)（以太網(wǎng)）屬于大型網(wǎng)，它的信息處理功能很強(qiáng)，是OMRON的信息管理高層網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)支持FINS協(xié)議，使用FINS命令可以進(jìn)行FINS通訊、TCP/IP和UDP/lP的Socket （接駁）服務(wù)、FTP服務(wù)。通過(guò)以太網(wǎng)，OMRON的PLC可與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)最為廣泛的節(jié)點(diǎn)間信息的直接交換。
　　SYSMAC NET網(wǎng)屬于大型網(wǎng)，是光纖環(huán)網(wǎng)。使用C模式或CV模式 （FINS） 指令進(jìn)行信息通訊。主要功能有大容量數(shù)據(jù)鏈接和節(jié)點(diǎn)間信息通訊。適用于地理范圍廣、控制區(qū)域大的場(chǎng)合，是一種大型集散控制的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。
　　SYSMAC Link網(wǎng)屬于中型網(wǎng)，采用總線結(jié)構(gòu)，使用C模式或CV模式指令進(jìn)行信息通訊。主要功能有大容量數(shù)據(jù)鏈接和節(jié)點(diǎn)間信息通訊。是適用于中規(guī)模的集中管理、分散控制的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。
　　Controller Link網(wǎng)（控制器網(wǎng)）是SYSMAC Link網(wǎng)的簡(jiǎn)化，規(guī)模要小一些，但實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。通訊速率快，距離長(zhǎng)，既有線纜系統(tǒng)又有光纜系統(tǒng)。其功能與SYSMAC Link網(wǎng)大致相同。
　　CompoBus/D是一種開(kāi)放、多主控的器件網(wǎng)。開(kāi)放性是其特色，它采用了美國(guó)AB公司制定的Device Net通訊規(guī)約，其它廠家的PLC等控制設(shè)備，只要符合Device Net標(biāo)準(zhǔn)，就可以接入其中。主要功能有遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)量和模擬量的I/O控制及信息通訊。這是一種較為理想的控制功能齊全、配置靈活、實(shí)現(xiàn)方便的分散控制網(wǎng)絡(luò)。
　　CompoBus/S也為器件網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)一種高速ON/OFF系統(tǒng)控制總線，使用CompoBus/S專用通訊協(xié)議。CompoBus/S的功能雖不及CompoBus/D，但它實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，小型機(jī) （CQM1H）也可作主站，通訊速度更快，當(dāng)降低速率后也可掛模擬量。主要用于遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)量的I/O控制。
　　HOST Link網(wǎng)是OMRON較早推出，使用較多的一種網(wǎng)。上位計(jì)算機(jī)使用HOST通訊協(xié)議與各臺(tái)PLC通訊，可以對(duì)網(wǎng)中的各臺(tái)PLC進(jìn)行管理與監(jiān)控，是適用于集中管理、分散控制的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。
　　PC Link網(wǎng)的主要功能是各臺(tái)PLC建立數(shù)據(jù)鏈接（容量較�。�，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，它適用于控制范圍較大，需要多臺(tái)PLC參與控制且控制環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)的場(chǎng)合。
　　Remote I/O網(wǎng)實(shí)際上是PLC機(jī)I/O點(diǎn)的遠(yuǎn)程擴(kuò)展，適用于工業(yè)自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)控制。
　　綜上所述，目前OMRON的網(wǎng)絡(luò)主要可分為信息層、控制層和器件層這三個(gè)網(wǎng)絡(luò)層次（圖1）：Ethernet（信息層），Controller Link（控制器層），CompoBus/D/S（器件層）。這三種網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展勢(shì)頭最為強(qiáng)勁，新的器件、新的功能和新的技術(shù)不斷推出和充實(shí)，它們的應(yīng)用領(lǐng)域日漸擴(kuò)大，用戶越來(lái)越多。因此，學(xué)習(xí)和掌握OMRON PC網(wǎng)絡(luò)時(shí)，建議主要關(guān)注這三種主流網(wǎng)絡(luò)。OMRON的HOST Link、PC Link、Remote I/O網(wǎng)推出時(shí)間較早，多以老機(jī)型為主。
　　
　　
　　1.2SIEMENS公司的PLC網(wǎng)絡(luò)
　　SIEMENS公司的PLC網(wǎng)絡(luò)SIMATIC NET是一個(gè)對(duì)外開(kāi)放的通訊系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。SIEMENS的網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)由四個(gè)層次、三級(jí)總線復(fù)合而成，如圖2所示。
　　四個(gè)層次從下到上依次為：執(zhí)行器與傳感器級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、車間級(jí)、管理級(jí)。
　　三級(jí)總線從下到上依次為：AS-I總線，PROFIBUS總線以及MPI網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)以太網(wǎng)。
　�。�1）AS-I
　　最底一級(jí)為AS-I（Actuator-Sensor Interface）總線。它是用于連接執(zhí)行器、傳感器、驅(qū)動(dòng)器等現(xiàn)場(chǎng)器件，將信號(hào)傳輸至控制器實(shí)現(xiàn)通訊的總線標(biāo)準(zhǔn)，掃描時(shí)間為5ms，傳輸媒體為未屏蔽的雙絞線，線路長(zhǎng)度為300m，最多為31個(gè)從站。
　�。�2）PROFIBUS
　　中間一級(jí)是PROFIBUS總線，它是一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，采用數(shù)字通訊協(xié)議，用于儀表和控制器的一種開(kāi)放、全數(shù)字化、雙向、多站、分布式I／O設(shè)備（遠(yuǎn)程I／O）的通訊系統(tǒng)，是應(yīng)用于車間級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的控制網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用了混合介質(zhì)的傳輸技術(shù)以及令牌和主從的邏輯拓?fù)�，使用RS-485標(biāo)準(zhǔn)雙絞線，適合多段、遠(yuǎn)距離通訊。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)常有一個(gè)主站和幾個(gè)I／O從站。其傳輸媒體為屏蔽的雙絞線（最長(zhǎng)9.6km）或光纜（最長(zhǎng)90km），最多可接127個(gè)從站。
　　同屬于中間一級(jí)的MPI（Multi-Point Interface） 即多點(diǎn)接口，可以是主／主協(xié)議或主／從協(xié)議，是一種適用于小范圍、少數(shù)站點(diǎn)間通訊的網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中屬于車間級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。它適用于SIMATIC S7／M7和C7系統(tǒng)，多用于對(duì)其編程，連接上位機(jī)和少量PLC之間近距離通訊。MPI網(wǎng)絡(luò)是一種總線型網(wǎng)絡(luò)，可以用來(lái)連接多個(gè)編程設(shè)備、操作面板和SIMATIC PLC（如S7-300／S7-400系列，也包括S7-200系列）。
　�。�3）工業(yè)以太網(wǎng)（Industrial Ethernet）。
　　最高一級(jí)為工業(yè)以太網(wǎng)，使用通用協(xié)議，是依據(jù)IEEE 802．3標(biāo)準(zhǔn)建立的單元級(jí)和管理級(jí)的控制網(wǎng)絡(luò)，利用CSMA／CD（載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)／沖突檢測(cè)）進(jìn)行設(shè)備訪問(wèn)，負(fù)責(zé)傳送生產(chǎn)管理信息。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模可達(dá)1024站，長(zhǎng)度可達(dá)1.5km（電氣網(wǎng)絡(luò)）或200km（光學(xué)網(wǎng)絡(luò)）。在同軸電纜、光纖以及屏蔽雙絞線上進(jìn)行傳輸，速率為100 Mbps，屬于快速以太網(wǎng)。
　　在這一網(wǎng)絡(luò)體系中，PROFIBUS總線是目前最成功的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，己得到了廣泛的應(yīng)用。它是不依賴生產(chǎn)廠家的、開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線，各種各樣的自動(dòng)化設(shè)備均可通過(guò)同樣的接口交換信息。
　　
　　1.3Modicon的PLC網(wǎng)絡(luò)
　　為了實(shí)現(xiàn)開(kāi)放性的、基于標(biāo)準(zhǔn)化的聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線連接，Modicon TSX Quantum系列PLC提供多種解決方案。下面簡(jiǎn)介幾種常用的方案。
　　（1）Remote I/O
　　在每個(gè)遠(yuǎn)程站中，有一個(gè)遠(yuǎn)程I／O（RIO）適配器通過(guò)同軸電纜與控制器中的RIO處理器通訊。RIO適配器通過(guò)I／O機(jī)架背板總線從I／O模塊接收、發(fā)送數(shù)據(jù)，并通過(guò)RIO同軸電纜從控制器接收、發(fā)送數(shù)據(jù)。每個(gè)RIO適配器上均帶有一個(gè)設(shè)定遠(yuǎn)程站地址的DIP開(kāi)關(guān)。
　　根據(jù)站中的I／O系列和控制器中RIO處理器的類型，可選用不同的RIO適配器接口，
　　（2）Modbus網(wǎng)絡(luò)
　　Modbus是一個(gè)事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主／從協(xié)議，任何計(jì)算機(jī)串行端口支持在線編程或數(shù)據(jù)采集，而且連接費(fèi)用最低。所有Quantum CPU上均有RS-232的Modbus通訊口。
　　Modbus可用在只有兩臺(tái)裝置的簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制方式，或用在具有247臺(tái)從設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。后者M(jìn)odbus網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)主設(shè)備，從節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)四線雙絞電纜進(jìn)行連接，最遠(yuǎn)可達(dá)15000英尺，也可以通過(guò)公共載體（電話線、無(wú)線電微波）進(jìn)行遠(yuǎn)程連接。因?yàn)槭且粋�(gè)主從網(wǎng)絡(luò)，所有的通訊都是由一個(gè)Modbus主機(jī)來(lái)發(fā)送，在大于50英尺的長(zhǎng)距離應(yīng)用中，需要采用調(diào)制解調(diào)器。
　　（3）Modbus Plus網(wǎng)絡(luò)
　　Modbus Plus是一個(gè)本地網(wǎng)絡(luò)，兼有高速、對(duì)等通訊和容易安裝等特性。這一局域網(wǎng)絡(luò)允許主計(jì)算機(jī)、可編程序控制器和其它數(shù)據(jù)源，通過(guò)低價(jià)雙絞線電纜或光纜，在整個(gè)工廠以對(duì)等方式進(jìn)行通訊。Modbus Plus作為一個(gè)令牌傳遞網(wǎng)絡(luò)以1兆波特率通訊，快速訪問(wèn)過(guò)程數(shù)據(jù)。每臺(tái)Quantum CPU 控制器包括Modbus和ModbusPlus通訊口，需要使用140 NOM2xx00 Modbus Plus網(wǎng)絡(luò)模塊。
　　典型應(yīng)用包括：在控制器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；在控制器和主計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；對(duì)控制器編程；從主機(jī)上對(duì)程序進(jìn)行裝入／轉(zhuǎn)儲(chǔ)／歸檔。
　�。�4）TCP／IP Ethernet
　　
　　Quantum TCP／IP Modbus Ethernet模塊兼有三種開(kāi)放的、通用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)：Ethernet，TCP／IP和Modbus。
　　Ethernet在全世界范圍內(nèi)得到大量的第三方產(chǎn)品和服務(wù)的支持。TCP／IP是事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，也是正在進(jìn)行的Internet技術(shù)革新的基礎(chǔ)協(xié)議。Modbus的簡(jiǎn)單化和靈活性使其成為事實(shí)上的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，有第三方產(chǎn)品的廣泛支持。
　　圖3是一個(gè)較為典型的Ethernet拓?fù)渑渲�。以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)以太網(wǎng)集線器與基干線路實(shí)現(xiàn)連接，基干線路是覆蓋很大距離的同軸導(dǎo)線或光纜。
　　
　　1.4A-B公司的PLC網(wǎng)絡(luò)
　　A-B（Allen-Bradley）公司是美國(guó)最大的PLC制造商，占據(jù)全美市場(chǎng)份額的45％，產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上很有競(jìng)爭(zhēng)力。它的網(wǎng)絡(luò)品種很多，有遠(yuǎn)程I／O鏈路、DH+網(wǎng)、管理信息網(wǎng)、DH485網(wǎng)等。
　　A-B公司的PLC網(wǎng)絡(luò)采用的是三級(jí)總線復(fù)合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。最底一級(jí)為遠(yuǎn)程I／O系統(tǒng)，負(fù)責(zé)收集現(xiàn)場(chǎng)信息，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，在遠(yuǎn)程I／O系統(tǒng)中配置周期I／O通訊機(jī)制。中間一級(jí)為高速數(shù)據(jù)通道DH+（或DH，DHⅡ），它負(fù)責(zé)過(guò)程監(jiān)控，在高速數(shù)據(jù)通道中配置令牌總線通訊協(xié)議。最高一級(jí)可選用Ethernet（以太網(wǎng)）或MAP網(wǎng)，這一級(jí)負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理。在Ethernet網(wǎng)中配置以太網(wǎng)協(xié)議，在MAP網(wǎng)中配置MAP規(guī)約。
　　
　　1.5GE公司的PLC網(wǎng)絡(luò)
　　美國(guó)通用電氣公司（GE）與日本的數(shù)控之王FANUC公司合并成立了GE-FANUC公司，它的PLC產(chǎn)品在美國(guó)市場(chǎng)所占份額居第三位。GE-FANUC的PLC網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品是在標(biāo)準(zhǔn)化方面進(jìn)展最快的產(chǎn)品。GE-FANUC公司的PLC網(wǎng)絡(luò)有兩種結(jié)構(gòu)：一種是四級(jí)總線復(fù)合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一種是二級(jí)總線復(fù)合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)最高一級(jí)子網(wǎng)為GenetMAP寬帶局域網(wǎng)，采用MAP3.0協(xié)議，通訊速度10Mb/s，用于傳輸生產(chǎn)管理信息。Genius網(wǎng)是GE二級(jí)結(jié)構(gòu)的底層子網(wǎng)，負(fù)責(zé)與現(xiàn)場(chǎng)單元交換數(shù)據(jù)，采用GE-FANUC專用協(xié)議。
　　
　　1.6三菱公司的MELSEC NET網(wǎng)絡(luò)
　　三菱公司是日本最大的PLC生產(chǎn)廠家，它的MELSEC NET網(wǎng)絡(luò)是為MELSEC可編程序控制器配備開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。其主控站通過(guò)光纜或同軸電纜可與64個(gè)本地從站或遠(yuǎn)程I／O站進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，而每一個(gè)從站又可以作為第三層數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的主控站，與這一層的64個(gè)從站或遠(yuǎn)程I／O進(jìn)行通訊。MELSEC NET具有三層數(shù)據(jù)通訊的能力，該網(wǎng)絡(luò)能配置成一個(gè)很大的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)。
　　MELSEC NET網(wǎng)絡(luò)還是一種高可靠性的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通訊有兩個(gè)環(huán)路：主環(huán)路和副環(huán)路。兩個(gè)環(huán)路均可用作主環(huán)路，但在一個(gè)數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)中僅允許有一個(gè)主環(huán)路。正在通訊的主環(huán)路若發(fā)生電纜斷路，從站故障，回送功能（Loopback function）將通訊從主回路切換到副回路，并將從站故障斷開(kāi)，以保證整個(gè)通訊系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。也就是說(shuō)，只要主環(huán)路中哪怕一處發(fā)生斷路，數(shù)據(jù)通訊繼續(xù)由副環(huán)路進(jìn)行。
　　
　　2 PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)
　　
　　通過(guò)上面的分析可以看到，PLC網(wǎng)絡(luò)通常采用三級(jí)或四級(jí)子網(wǎng)構(gòu)成的復(fù)合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各級(jí)子網(wǎng)中配置不同的通訊協(xié)議，以適應(yīng)不同的通訊要求。
　�。�1） 在PLC網(wǎng)絡(luò)中配置的通訊協(xié)議分兩類：一類是通用協(xié)議，一類是公司專用協(xié)議。
　�。�2） 在PLC網(wǎng)絡(luò)的高層子網(wǎng)中配置的通用協(xié)議主要有兩種，一種是MAP規(guī)約，一種是Ethernet協(xié)議，這反映了PLC網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化與通用化的趨勢(shì)。PLC網(wǎng)的互連，PLC網(wǎng)與其它局域網(wǎng)的互連將通過(guò)高層進(jìn)行。
　�。�3） 在PLC網(wǎng)絡(luò)的低層子網(wǎng)及中間層子網(wǎng)采用公司專用協(xié)議。其最底層由于傳遞過(guò)程數(shù)據(jù)及控制命令，對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，常采用周期I／O方式通訊；中間層負(fù)責(zé)傳送監(jiān)控信息，信息長(zhǎng)度位于過(guò)程數(shù)據(jù)及管理信息之間，對(duì)實(shí)時(shí)性要求也比較高，其通訊協(xié)議常用令牌方式控制通訊，也有采用主從方式控制通訊的。
　�。�4） 個(gè)人計(jì)算機(jī)加入不同級(jí)別的子網(wǎng)，必須按所連入的子網(wǎng)配置通訊模板，并按該級(jí)子網(wǎng)配置的通訊協(xié)議編制用戶程序，一般在PLC中不需要編制程序。
　�。�5） PLC網(wǎng)絡(luò)低層子網(wǎng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，其采用的協(xié)議大多為坍塌結(jié)構(gòu)，只有物理層、鏈路層及應(yīng)用層。高層子網(wǎng)傳送管理信息，與普通網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)接近，高層子網(wǎng)的通訊協(xié)議大多為7層。
　　以上得出PLC通訊網(wǎng)絡(luò)的共同特點(diǎn)，可為PLC聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)和參考性意見(jiàn)。
　　
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