PLC特點(diǎn)與PLC網(wǎng)絡(luò)

可編程控制器（PLC）是一種數(shù)字控制專用電子計(jì)算機(jī)，它使用了可修改的程序存儲(chǔ)器儲(chǔ)存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過模擬和數(shù)字輸入、輸出等功能組件，控制各種機(jī)械或工作程序。長期以來，PLC一直在各個(gè)行業(yè)的自動(dòng)化控制領(lǐng)域得到廣泛的使用，為各種各樣的自動(dòng)化設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。

PLC系統(tǒng)的工作任務(wù)相對(duì)簡單，且需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量一般不會(huì)太大，所以常見的PLC系統(tǒng)為一層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。PLC一般應(yīng)用在小型自控場所，比如設(shè)備的控制或少量模擬量的控制及聯(lián)鎖。小范圍的集中式控制環(huán)境是PLC發(fā)揮功能的最佳舞臺(tái)。

目前，只有少量型號(hào)的PLC集成有Ethernet或現(xiàn)場總線CAN-bus通訊接口，價(jià)格也較貴；一般常見PLC型號(hào)沒有隨本機(jī)集成通訊功能，不便于組建多臺(tái)PLC構(gòu)成的中型控制網(wǎng)絡(luò)。但是，隨著應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些應(yīng)用場合，在面積較大的范圍內(nèi)，需要n臺(tái)PLC協(xié)同完成一個(gè)系統(tǒng)的綜合控制。此時(shí)，原有集中控制的單一PLC控制方案就顯得力所不及，PLC網(wǎng)絡(luò)的需求也應(yīng)運(yùn)而生。

本文提出了一種基于現(xiàn)場總線CAN-bus的PLC網(wǎng)絡(luò)方案，能夠?qū)Χ嗯_(tái)聯(lián)網(wǎng)的PLC實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程配置、數(shù)據(jù)通信，并能夠在投入較低硬件成本的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)良好的系統(tǒng)運(yùn)行性能。這個(gè)方案也充分發(fā)揮了現(xiàn)場總線CAN-bus的通信特點(diǎn)：實(shí)時(shí)、可靠、高速、遠(yuǎn)距離、易維護(hù)等。此方案是現(xiàn)場總線技術(shù)與集中控制技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，聯(lián)網(wǎng)后的PLC網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)成一個(gè)性能優(yōu)秀的DCS系統(tǒng)；用戶在同一個(gè)主控制器上可以遠(yuǎn)程監(jiān)控、改變?nèi)魏我慌_(tái)聯(lián)網(wǎng)PLC的程序或狀態(tài)。

PLC網(wǎng)絡(luò)的兩種方式原文位置

通用PLC一般都會(huì)提供1~2個(gè)RS-232或RS-485通訊端口，用于與其他控制設(shè)備或主控制器PC通訊；這些集成的通訊端口支持自行規(guī)定的通訊協(xié)議，或者M(jìn)odbus協(xié)議，實(shí)現(xiàn)PLC設(shè)備的通訊與配置。構(gòu)建PLC網(wǎng)絡(luò)，即利用PLC本機(jī)的這一類通訊端口，將其擴(kuò)展成為能夠與多臺(tái)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通訊的現(xiàn)場總線CAN-bus通訊接口。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中主控制器的不同，PLC網(wǎng)絡(luò)可以分為以下方式：

*多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)，各PLC地位平等，可外擴(kuò)HMI人機(jī)界面。

*多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)，由1臺(tái)工控PC作為主控制器與操作界面。

多臺(tái)PLC串行聯(lián)網(wǎng)原文位置

通過一個(gè)RS-232/RS-485轉(zhuǎn)CAN-bus網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，獨(dú)立PLC就具有了現(xiàn)場總線CAN-bus通訊接口。多臺(tái)具有現(xiàn)場總線CAN-bus通訊接口的PLC之間相互連接，即可以組建PLC網(wǎng)絡(luò)。

每一臺(tái)連接PLC單元的RS-232/RS-485轉(zhuǎn)CAN-bus網(wǎng)關(guān)都可以設(shè)定一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備ID號(hào)，長度為11位或29位，用作為該P(yáng)LC單元的地址。每一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的PLC單元在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，可設(shè)定在數(shù)據(jù)流中自動(dòng)添加本地網(wǎng)關(guān)的設(shè)備ID號(hào)；同理，每一臺(tái)PLC單元在接收數(shù)據(jù)時(shí)，可設(shè)定由網(wǎng)關(guān)檢查數(shù)據(jù)流中的設(shè)備ID號(hào)，自動(dòng)接收符合要求的數(shù)據(jù)。

通過上述方式組建的PLC網(wǎng)絡(luò)，各臺(tái)PLC地位平等，任何一臺(tái)PLC均可以主動(dòng)發(fā)起數(shù)據(jù)通訊，由CAN-bus網(wǎng)關(guān)起硬件自動(dòng)仲裁作用，保障每一次通訊的數(shù)據(jù)不丟失；網(wǎng)絡(luò)中的PLC數(shù)量不受限制，數(shù)百、上千臺(tái)PLC都可以連接在同一現(xiàn)場總線CAN-bus網(wǎng)絡(luò)中。同時(shí)，這個(gè)PLC網(wǎng)絡(luò)中還可以連接具有CAN-bus通訊接口的HMI人機(jī)界面，或由其中一臺(tái)PLC通過其他的串行通訊端口連接HMI人機(jī)界面。

這種方式組建的PLC網(wǎng)絡(luò)，與選擇集成CAN-bus通訊功能的PLC設(shè)備相比，具有更加靈活的系統(tǒng)擴(kuò)展能力，也能夠獲得更好的性價(jià)比。

多臺(tái)PLC與工控PC并行聯(lián)網(wǎng)

工控PC能夠深入地配合PLC廠商提供的各種軟件，從而實(shí)現(xiàn)更多強(qiáng)大的功能，比如系統(tǒng)配置、人機(jī)界面、組態(tài)開發(fā)等，在PLC領(lǐng)域的作用也越來越不可或缺。通常，工控PC與單臺(tái)PLC通過1個(gè)串口連接通訊，實(shí)現(xiàn)各種擴(kuò)展功能；但串口的通訊距離、節(jié)點(diǎn)數(shù)量都受到了串口本身的性能限制。比如，RS-232標(biāo)準(zhǔn)只可以實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)－點(diǎn)”通訊，RS-485/422標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)崿F(xiàn)32個(gè)節(jié)點(diǎn)以內(nèi)的通訊，但通訊距離、抗干擾能力都比較弱，并不能夠滿足實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求。

工控PC內(nèi)置PC-CAN接口卡，可以建立起1條或者多條現(xiàn)場總線CAN-bus網(wǎng)絡(luò)，并通過連接在CAN-bus網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)RS-232/RS-485轉(zhuǎn)CAN-bus轉(zhuǎn)換器，借助于CAN-bus網(wǎng)絡(luò)配套的“虛擬串口”軟件，建立多達(dá)2047個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊端口，從而連接多達(dá)2047條串行網(wǎng)絡(luò)。也就是說，可以在同1條普通雙絞線上連接多達(dá)2047臺(tái)PLC設(shè)備，工控PC訪問連接在這條CAN-bus網(wǎng)絡(luò)上的PLC設(shè)備，也與操作標(biāo)準(zhǔn)串口完全一致。這種方式可以充分發(fā)揮工控PC的作用，通訊效率也比較高。

通過工控PC組建多臺(tái)PLC網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1所示。按這一種方式的建立PLC網(wǎng)絡(luò)的通訊效率較高，應(yīng)用靈活，是一般PLC網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主流方向。

PLC網(wǎng)絡(luò)的硬件組成與連接原文位置

建立PLC網(wǎng)絡(luò)，除了實(shí)現(xiàn)具體功能的PLC設(shè)備，還需要一些建立現(xiàn)場總線CAN-bus網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，主要有RS-232轉(zhuǎn)CAN-bus網(wǎng)關(guān)、PC-CAN接口卡等。

RS-232轉(zhuǎn)CAN-bus網(wǎng)關(guān)原文位置

CAN232MB 轉(zhuǎn)換器是一種常用的RS-232轉(zhuǎn)CAN-bus網(wǎng)關(guān)。轉(zhuǎn)換器集成1個(gè)RS-232通道、1個(gè)CAN-bus 通道，可以很方便地連接到PLC設(shè)備的RS-232標(biāo)準(zhǔn)通訊端口，使PLC設(shè)備具有與現(xiàn)場總線CAN-bus網(wǎng)絡(luò)通訊的能力。轉(zhuǎn)換器提供三種工作模式——透明轉(zhuǎn)換、透明帶標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)換、Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換，分別可以支持不同通訊協(xié)議的PLC設(shè)備。通過PC配置軟件，CAN232MB轉(zhuǎn)換器可設(shè)定一個(gè)獨(dú)立的11位或29位設(shè)備ID號(hào)，可以用作為該網(wǎng)關(guān)所連接PLC設(shè)備的地址編號(hào)，并對(duì)往來串口的數(shù)據(jù)流加以標(biāo)注或識(shí)別。

對(duì)于只集成RS-485/422通訊端口的PLC設(shè)備，可以選擇RS-485轉(zhuǎn)CAN-bus網(wǎng)關(guān)原文位置。

PC-CAN接口卡

工控PC內(nèi)置或外接PC-CAN接口卡，可以令工控PC具有現(xiàn)場總線CAN-bus通訊接口，從而成為CAN-bus網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)主要功能節(jié)點(diǎn)。根據(jù)與PC連接方式的不同，PC-CAN接口卡可以分為很多種不同的類型，常見的型號(hào)有PCI-CAN接口卡、ISA-CAN接口卡、PC104-CAN接口卡、USBCAN接口卡、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)CAN接口卡等。

PC-CAN接口卡一般都提供有CAN-bus測(cè)試工具、API開發(fā)例程、OPC服務(wù)器軟件等。配套的“虛擬串口服務(wù)器”軟件可以在不修改原有PC軟件的基礎(chǔ)上，開發(fā)基于串口通訊的軟件項(xiàng)目，比如PLC網(wǎng)絡(luò)。

通訊附件

通訊電纜是現(xiàn)場總線CAN-bus網(wǎng)絡(luò)的重要組件。通訊電纜的合理選擇，對(duì)CAN-bus網(wǎng)絡(luò)的通訊距離也有非常重要的影響。使用國標(biāo)AWG18（截面積為Φ0.75 mm2）的雙絞線作為CAN-bus網(wǎng)絡(luò)的通訊電纜，可以在1Km距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)可靠通訊；使用截面積為Φ1.5 mm2的普通雙絞線，則可以達(dá)到6~7Km的通訊距離。

現(xiàn)場總線CAN-bus網(wǎng)絡(luò)在布線時(shí)，必須注意終端電阻的連接。主干線的最遠(yuǎn)兩端必須各連接一個(gè)120Ω的終端電阻。

另外，CAN-bus網(wǎng)絡(luò)的分支線不宜過長，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通訊速率為20Kbps時(shí)，建議每一條連接PLC設(shè)備的分支線長度小于100米。

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