PLC通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
1. PLC與計(jì)算機(jī)通訊
    為了適應(yīng)PLC網(wǎng)絡(luò)化要求，擴(kuò)大聯(lián)網(wǎng)功能，幾乎所有的PLC為了適應(yīng)可編程控制器網(wǎng)絡(luò)化的要求，擴(kuò)大聯(lián)網(wǎng)功能，幾乎所有的可編程控制器廠家，都為可編程控制器開發(fā)了與上位機(jī)通訊的接口或?qū)Ｓ猛ㄓ嵞K。一般在小型可編程控制器上都設(shè)有 RS422 通訊接口或 RS232C 通訊接口；在中大型可編程控制器上都設(shè)有專用的通訊模塊。如：三菱 F 、 F1 、 F2 系列都設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)的 RS422 接口， FX 系列設(shè)有 FX-232AW 接口、 RS232C 用通訊適配器 FX-232ADP 等?？删幊炭刂破髋c計(jì)算機(jī)之間的通訊正是通過可編程控制器上的 RS422 或 RS232C 接口和計(jì)算機(jī)上的 RS232C 接口進(jìn)行的?？删幊炭刂破髋c計(jì)算機(jī)之間的信息交換方式，一般采用字符串、雙工或半、異步、串行通信方式。因此可以這樣說，凡具有 RS232C 口并能輸入輸出字符串的計(jì)算機(jī)都可以用于和可編程控制器的通訊。
    運(yùn)用 RS232C 和 RS422 通道，可容易配置一個與外部計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊的系統(tǒng)。該系統(tǒng)中可編程控制器接受控制系統(tǒng)中的各種控制信息，分析處理后轉(zhuǎn)化為可編程控制器中軟元件的狀態(tài)和數(shù)據(jù)；可編程控制器又將所有軟元件的數(shù)據(jù)和狀態(tài)送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)采集這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，用計(jì)算機(jī)可改變可編程控制器的初始值和設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對可編程控制器的直接控制。?
（1） 通訊方式-ˉ　
   面對眾多生產(chǎn)廠家的各種類型PLC，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，能夠滿足用戶的各種需求，但在形態(tài)、組成、功    能、編程等方面各不相同，沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各廠家制訂的通信協(xié)議也千差萬別。目前，人們主要采用以下三種方式實(shí)現(xiàn)PLC與PC的互聯(lián)通信：
1) 通過使用PLC開發(fā)商提供的系統(tǒng)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)適配器，來實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)的互聯(lián)通信。但是由于其通信協(xié)議是不公開的，因此互聯(lián)通信必須使用PLC開發(fā)商提供的上位機(jī)組態(tài)軟件，并采用支持相應(yīng)協(xié)議的外設(shè)?？梢哉f這種方式是PLC開發(fā)商為自己的產(chǎn)品量身定作的，因此難以滿足不同用戶的需求。
2) 使用目前通用的上位機(jī)組態(tài)軟件，如組態(tài)王、InTouch、WinCC、力控等，來實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)的互連通信。組態(tài)軟件以其功能強(qiáng)大、界面友好、開發(fā)簡潔等優(yōu)點(diǎn)目前在PC監(jiān)控領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是一般價格比較昂貴。組態(tài)軟件本身并不具備直接訪問PLC寄存器或其它智能儀表的能力,必須借助I/O驅(qū)動程序來實(shí)現(xiàn)。也就是說，I/O驅(qū)動程序是組態(tài)軟件與PLC或其它智能儀表等設(shè)備交互信息的橋梁，負(fù)責(zé)從設(shè)備采集實(shí)時數(shù)據(jù)并將操作命令下達(dá)給設(shè)備，它的可靠性將直接影響組態(tài)軟件的性能。但是在大多數(shù)情況下，I/O驅(qū)動程序是與設(shè)備相關(guān)的，即針對某種PLC的驅(qū)動程序不能驅(qū)動其它種類的PLC，因此組態(tài)軟件的靈活性也受到了一定的限制。
3) (3)  利用PLC廠商所提供的標(biāo)準(zhǔn)通信端口和由用戶自定義的自由口通信方式來實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)的互連通信。這種方式由用戶定義通信協(xié)議，不需要增加投資，靈活性好，特別適合于小規(guī)模的控制系統(tǒng)。
    通過上述分析不難得出，掌握如何利用PLC廠商提供的標(biāo)準(zhǔn)通信端口和自由口通信方式以及大家所熟悉的編程語言來實(shí)現(xiàn)PC與PLC之間的實(shí)時通信是非常必要的。
（2） 采用RS232實(shí)現(xiàn)三菱FX系列PLC與PC之間的通訊
   三菱FX系列PLC提供了4種通訊方式：N網(wǎng)絡(luò)通訊、無協(xié)議串口通訊、平行網(wǎng)絡(luò)通訊、程序口通訊。如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量少，大多數(shù)PLC與計(jì)算機(jī)之間通信均可采用串行通信，通信接口均為PLC 與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上的RS232 接口。由于RS232 采用非平衡方式傳輸數(shù)據(jù)，傳輸距離近，對于大功率、長距離，且單機(jī)監(jiān)測信息量多，控制要求復(fù)雜的PLC通訊，直接采用RS232 方式不能滿足傳輸距離要求。因此，可采用RS485 方式。因?yàn)镽S485 采用平衡差動式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，適合于遠(yuǎn)距離傳輸，并具有較強(qiáng)抗干擾能力。圖1是采用RS232 /RS485通信轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)運(yùn)距離通訊的示意圖。

（3） PLC與PC通訊應(yīng)用實(shí)例
1) 通訊系統(tǒng)的連接
圖中是采用 FX-232ADP 接口單元，將一臺通用計(jì)算機(jī)與一臺 FX2 系列 plc 連接進(jìn)行通訊的示意圖。
2) 通訊操作
FX2 系列 plc 與通訊設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換，由特殊寄存器 D8120 的內(nèi)容指定，交換數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)、地址用 RS 指令設(shè)置，并通過 plc 的數(shù)據(jù)寄存器和文件寄存器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。下面對其使用做一簡要介紹。
（1）通訊參數(shù)的設(shè)置
在兩個串行通訊設(shè)備進(jìn)行任意通訊之前，必須設(shè)置相互可辨認(rèn)的參數(shù)，只有設(shè)置一致，才能進(jìn)行可靠通訊。這些參數(shù)包括波特率、停止位和奇偶校驗(yàn)等，它們通過位組合方式來選擇，這些位存放在數(shù)據(jù)寄存器 D8120 中，具體規(guī)定如下表16-1所示
表16-1串行通訊數(shù)據(jù)格式
 
使用說明如下：
1）如 D8120 ＝ 0F9EH 則選擇下列參數(shù)。
E ＝ 7 位數(shù)據(jù)位、偶校驗(yàn)、 2 位停止位
9 ＝波特率為 19200bps
F ＝起始字符、結(jié)束字符、硬件 1 型（ H/W1 ）握手信號、單線模式控制
0 ＝硬件 2 型（ H/W2 ）握手信號為 OFF
2）起始字符和結(jié)束字符可以根據(jù)用戶的需要自行修改。
3)起始字符和結(jié)束字符在發(fā)送時自動加到發(fā)送的信息上。在接收信息過程中，除非接收到起始字符，不然數(shù)據(jù)將被忽略；數(shù)據(jù)將被連續(xù)不斷地讀進(jìn)直到接到結(jié)束字符或接收緩沖區(qū)全部占滿為為止。因此，必須將接收緩沖區(qū)的長度與所要接收的最長信息的長度設(shè)定的一樣。
(2)串行通訊指令
該指令的助記符、指令代碼、操作數(shù)、程序步如下表所示。
RS 指令用于對 FX 系列 PLC 的通訊適配器 FX-232ADP 進(jìn)行通訊控制，實(shí)現(xiàn) PLC 與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送和接收。 RS 指令在梯形圖中使用的情況如下圖所示。
[S] 指定傳送緩沖區(qū)的首地址
[m] 指定傳送信息長度
[D] 指定接收緩沖區(qū)的首地址
[n] 指定接收數(shù)據(jù)長度，即接收信息的最大長度
1） RS 指令使用說明
（ a ）發(fā)送和接收緩沖區(qū)的大小決定了每傳送一次信息所允許的最大數(shù)據(jù)量，緩沖區(qū)的大小在下列情況下可加以修改。
發(fā)送緩沖區(qū)――在發(fā)送之前，即 M8122 置 ON 之前。
接收緩沖區(qū)――信息接收完后，且 M8123 復(fù)位前。
（ b ）在信息接收過程不能發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送將被延遲（ M8121 為 ON ）。
（ c ）在程序中可以有多條 RS 指令，但在任一時刻只能有一條被執(zhí)行。
2. PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
在工業(yè)控制中，對于控制任務(wù)的復(fù)雜控制系統(tǒng)，不可能單靠增大PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)或改進(jìn)機(jī)型來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，于是便想到將多臺PLC相互連接形成網(wǎng)絡(luò)。要想使多臺PLC能聯(lián)網(wǎng)工作，其硬件和軟件都要符合一定的要求。硬件上，一般要增加通信模塊、通訊接口、終端適配器、網(wǎng)卡、集線器、調(diào)制解調(diào)器、纜線等設(shè)備或器件；軟件上，要按特定的協(xié)議，開發(fā)具有一定功能的通訊程序和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)程序，對PLC的軟件、硬件資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度。
（一） PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
根據(jù)PLC網(wǎng)絡(luò)的連接方式，可將其網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)分為總線結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)和星形結(jié)構(gòu)三種基本形式，如圖2所示，每種結(jié)構(gòu)都有各自得優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，可根據(jù)具體情況選擇?？偩€結(jié)構(gòu)，以其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易于擴(kuò)展，被廣泛應(yīng)用。
 
（二）三菱PLC網(wǎng)絡(luò)
三菱公司PLC網(wǎng)絡(luò)繼承了傳統(tǒng)使用的MELSEC網(wǎng)絡(luò)，并使其在性能、功能、使用簡便等方面更勝一籌。Q系列PLC提供層次清晰的三層網(wǎng)絡(luò)，針對各種用途提供最合適的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，如圖5所示。

圖16-3   三菱公司的PLC網(wǎng)絡(luò)
1、信息層/Ethernet（以太網(wǎng)） 信息層為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最高層，主要是在PLC、設(shè)備控制器以及生產(chǎn)管理用PC之間傳輸生產(chǎn)管理信息、質(zhì)量管理信息及設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況等數(shù)據(jù)，信息層使用最普遍的Ethernet。它不僅能夠連接windows系統(tǒng)的PC、UNIX系統(tǒng)的工作站等，而且還能連接各種FA設(shè)備。Q系列PLC系列的Ethernet模塊具有了日益普及的因特網(wǎng)電子郵件收發(fā)功能，使用戶無論在世界的任何地方都可以方便地收發(fā)生產(chǎn)信息郵件，構(gòu)筑遠(yuǎn)程監(jiān)視管理系統(tǒng)。同時，利用因特網(wǎng)的FTP服務(wù)器功能及MELSEC專用協(xié)議可以很容易的實(shí)現(xiàn)程序的上傳/下載和信息的傳輸。
2、控制層/MELSECNET/10（H）  是整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的中間層，在是PLC、CNC等控制設(shè)備之間方便且高速地進(jìn)行處理數(shù)據(jù)互傳的控制網(wǎng)絡(luò)。作為MELSEC控制網(wǎng)絡(luò)的MELSECNET/10，以它良好的實(shí)時性、簡單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)定、無程序的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享概念，以及冗余回路等特點(diǎn)獲得了很高的市場評價，被采用的設(shè)備臺數(shù)在日本達(dá)到最高，在世界上也是屈指可數(shù)的。而MELSECNET/H不僅繼承了MELSECNET/10優(yōu)秀的特點(diǎn)，還使網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時性更好，數(shù)據(jù)容量更大，進(jìn)一步適應(yīng)市場的需要。但目前MELSECNET/H只有Q系列 PLC才可使用。
3、設(shè)備層/現(xiàn)場總線CC-Link  設(shè)備層是把PLC等控制設(shè)備和傳感器以及驅(qū)動設(shè)備連接起來的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，為整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最低層的網(wǎng)絡(luò)。采用CC-Link現(xiàn)場總線連接，布線數(shù)量大大減少，提高了系統(tǒng)可維護(hù)性。而且，不只是ON/OFF等開關(guān)量的數(shù)據(jù)，還可連接ID系統(tǒng)、條形碼閱讀器、變頻器、人機(jī)界面等智能化設(shè)備，從完成各種數(shù)據(jù)的通信，到終端生產(chǎn)信息的管理均可實(shí)現(xiàn)，加上對機(jī)器動作狀態(tài)的集中管理，使維修保養(yǎng)的工作效率也大有提高。在Q系列PLC中使用，CC-Link的功能更好，而且使用更簡便。
    在三菱的PLC網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信時，不會感覺到有網(wǎng)絡(luò)種類的差別和間斷，可進(jìn)行跨網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)通信和程序的遠(yuǎn)程監(jiān)控、修改、調(diào)試等工作，而無需考慮網(wǎng)絡(luò)的層次和類型。
    MELSECNET/H和CC-Link使用循環(huán)通信的方式，周期性自動地收發(fā)信息，不需要專門的數(shù)據(jù)通信程序，只需簡單的參數(shù)設(shè)定即可。MELSECNET/H和CC-Link是使用廣播方式進(jìn)行循環(huán)通信發(fā)送和接收的，這樣就可做到網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)共享。
    對于Q系列PLC使用的Ethernet、MELSECNET/H、CC-Link網(wǎng)絡(luò)，可以在GX Developer軟件畫面上設(shè)定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)以及各種功能，簡單方便。
    另外，Q系列PLC除了擁有上面所提到的網(wǎng)絡(luò)之外，還可支持 PROFIBUS、Modbus、DeviceNet、ASi等其它廠商的網(wǎng)絡(luò)，還可進(jìn)行 RS-232/RS-422/RS－485等串行通信，通過數(shù)據(jù)專線、電話線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送等多種通信方式。
（四）SIEMENS公司的PLC網(wǎng)絡(luò)
    西門子PLC的網(wǎng)絡(luò)是適合不同的控制需要制定的，也為各個網(wǎng)絡(luò)層次之間提供了互連模塊或裝置，利用它們可以設(shè)計(jì)出滿足各種應(yīng)用需求的控制管理網(wǎng)絡(luò)。西門子S7系列PLC網(wǎng)絡(luò)如圖7-25所示，它采用3級總線復(fù)合型結(jié)構(gòu)，最底一級為遠(yuǎn)程I/O鏈路，負(fù)責(zé)與現(xiàn)場設(shè)備通信，在遠(yuǎn)程I/O鏈路中配置周期I/O通信機(jī)制。中間一級為Profibus現(xiàn)場總線或主從式多點(diǎn)鏈路。前者是一種新型現(xiàn)場總線，可承擔(dān)現(xiàn)場、控制、監(jiān)控三級的通信，采用令牌方式與主從輪詢相結(jié)合的存取控制方式；后者為一種主從式總線，采月主從輪詢式通信。最高一層為工業(yè)以太網(wǎng)，它負(fù)責(zé)傳送生產(chǎn)管理信息。在工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議的下層中配置以802.3為核心的以太網(wǎng)協(xié)議，在上層向用戶提供TF接口，實(shí)現(xiàn)AP協(xié)議與MMS協(xié)議。   
 
圖16-5  SIEMENS公司的PLC網(wǎng)絡(luò)
（五）OMRON公司的PLC網(wǎng)絡(luò)
OMRON PLC網(wǎng)絡(luò)類型較多，功能齊全，可以適用各種層次工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)的不同需要。如圖7-27所示為OMRON公司的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系示意圖。
 
圖16-6  OMRON公司的PLC網(wǎng)絡(luò)
    OMRON的PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系大體分為三個層次：信息層、控制層和器件層。信息層是最高層，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理與決策，除了Ethemet網(wǎng)外，HOST Link網(wǎng)也可算在其中，因?yàn)镠OST Link網(wǎng)主要用于計(jì)算機(jī)對PLC的管理和監(jiān)控?？刂茖邮侵虚g層，負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程的監(jiān)控、協(xié)調(diào)和優(yōu)化，該層的網(wǎng)絡(luò)有SYSMAC NET、SYSMAC Link、Controller Link和PLC Link網(wǎng)。器件層是最低層，為現(xiàn)場總線網(wǎng)，直接面對現(xiàn)場器件和設(shè)備，負(fù)責(zé)現(xiàn)場信號的采集及執(zhí)行元件的驅(qū)動，有CompoBus/D、CompoBus/S和Remote I/O網(wǎng)。
Ethernet屬于大型網(wǎng)，它的信息處理功能很強(qiáng)，支持FINS通信、TCP/IP和UDP/IP的Socket（接駁）服務(wù)、FTP服務(wù)。HOST Link網(wǎng)是OMRON推出較早、使用較廣的一種網(wǎng)。上位計(jì)算機(jī)使用HOST通信協(xié)議與PLC通信，可以對網(wǎng)中的各臺PLC進(jìn)行管理與監(jiān)控。
SYSMAC NET網(wǎng)屬于大型網(wǎng)，是光纖環(huán)網(wǎng)，主要是實(shí)現(xiàn)有大容量數(shù)據(jù)鏈接和節(jié)點(diǎn)間信息通信。它適用于地理范圍廣、控制區(qū)域大的場合，是一種大型集散控制的網(wǎng)絡(luò)。SYSMAC Link網(wǎng)屬于中型網(wǎng)，采用總線結(jié)構(gòu)，適用于中規(guī)模集散控制的網(wǎng)絡(luò)。Controller Link網(wǎng)（控制器網(wǎng)）是 SYSMAC Link網(wǎng)的簡化，相比而言，規(guī)模要小一些，但實(shí)現(xiàn)簡單。PLC Link網(wǎng)的主要功能是各臺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PLC參與控制且控制環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)的場合。
    CompoBus/D是一種開放、多主控的器件網(wǎng)，開放性是其特色。它采用了美國AB公司制定的DeviceNet通信規(guī)約，只要符合DeviceNet標(biāo)準(zhǔn)，就可以接入其中。其主要功能有遠(yuǎn)程開關(guān)量和遠(yuǎn)程模擬量的I/O控制及信息通信。這是一種較為理想的控制功能齊全、配置靈活、實(shí)現(xiàn)方便的控制網(wǎng)絡(luò)。CompoBus/S也為器件網(wǎng)，是一種高速ON/OFF現(xiàn)場控制總線，使用CompoBus/S專用通信協(xié)議。CompoBus/S的功能雖不及CompoBus/D，但它實(shí)現(xiàn)簡單，通信速度更快，主要功能有遠(yuǎn)程開關(guān)量的I/O控制。Remote I/O網(wǎng)實(shí)際上是PLC I/O點(diǎn)的遠(yuǎn)程擴(kuò)展，適用于工業(yè)自動化的現(xiàn)場控制。
    Controller Link網(wǎng)推出時間較晚，只有新型號PLC（如C200H、CV、CS1、CQM1H等）才能入網(wǎng)，隨著Controller Link網(wǎng)的不斷發(fā)展和完善，其功能已覆蓋了控制層其它三種網(wǎng)絡(luò)。
目前，在信息層、控制層和器件層這三個網(wǎng)絡(luò)層次上，OMRON主推Ethernet、Controller Link和CompoBus/D三種網(wǎng)。