PLC在以太網(wǎng)中與上位計(jì)算機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)

劉四妹

（江蘇省南京工程高等職業(yè)學(xué)校電子工程系，江蘇南京211135）

1 引言

隨著自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，信息交換的網(wǎng)絡(luò)正迅速覆蓋著從工廠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到控制、管理的個(gè)個(gè)層次，從工段、車(chē)間、工廠到企業(yè)集團(tuán)，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)不同層次間的數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)通信已變得越來(lái)越復(fù)雜了。人們對(duì)工業(yè)局域網(wǎng)的開(kāi)放性、互聯(lián)性、寬帶等方面提出了更高的要求，應(yīng)用傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線的工業(yè)控制網(wǎng)已無(wú)法實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理自動(dòng)化與工業(yè)控制自動(dòng)化的無(wú)縫接合，技術(shù)上早已成熟的以太網(wǎng)自然就成了人們的首選對(duì)象。以太網(wǎng)不僅在工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程控制領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，而且早已確立了在局域網(wǎng)（LAN）市場(chǎng)上的主導(dǎo)地位，成為當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

目前以太網(wǎng)產(chǎn)品已得到空前的發(fā)展，快速以太網(wǎng)產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用，采用交換和快速以太網(wǎng)技術(shù)的工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成為工業(yè)控制系統(tǒng)的一種新的工業(yè)通信網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)有以下一些優(yōu)點(diǎn)：

（1）以太網(wǎng)可以滿足控制系統(tǒng)各個(gè)層次的要求使企業(yè)信息網(wǎng)與控制網(wǎng)得以統(tǒng)一；

（2）可使設(shè)備的成本下降，以太網(wǎng)網(wǎng)卡價(jià)格要低于其他控制網(wǎng)的網(wǎng)卡；

（3）有利于企業(yè)工程人員的學(xué)習(xí)和管理，幾乎每家企業(yè)都具備有以太網(wǎng)維護(hù)能力的人員，無(wú)需再專(zhuān)門(mén)學(xué)習(xí)；

（4）易于與其他網(wǎng)（如Intenet）集成。

2 CSMA／CD與以太網(wǎng)

CSMA ／CD（Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection）是計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)常用的訪問(wèn)控制方式之一，含有兩個(gè)方面的內(nèi)容：載波偵聽(tīng)（CSMA）和沖突檢測(cè)（CD）。CSMA／CD訪問(wèn)控制方式主要用于總線型和樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，基帶傳輸系統(tǒng)。信息傳輸是以“包”為單位，簡(jiǎn)稱(chēng)信包。CSMA／CD的核心是信道競(jìng)爭(zhēng)算法，它有多種形式。IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)的是“1-堅(jiān)持 CSMA／CD”，它定義了在1Mbit／s到10Mbit／s各種介質(zhì)上運(yùn)行的“1-堅(jiān)持 CSMA／CD”?，F(xiàn)在，一般把符合 IEEE802.3的特定實(shí)現(xiàn)稱(chēng)作以太網(wǎng)。

在不同介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)的以太網(wǎng)的成本和功能不同，除了標(biāo)準(zhǔn)的10Mbit／s粗纜基帶網(wǎng)外，還有雙絞線以太網(wǎng)、細(xì)纜以太網(wǎng)和寬帶以太網(wǎng)等。

以太網(wǎng)中的幀（frame）對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)接口中收發(fā)收據(jù)的緩沖區(qū)，是物理網(wǎng)絡(luò)上每次實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。幀的大小和格式對(duì)高層協(xié)議的設(shè)計(jì)有重要影響。以太網(wǎng)的幀是變長(zhǎng)的，其長(zhǎng)度從64字節(jié)-1518個(gè)字節(jié)不等。IEEE802.3協(xié)議規(guī)定的介質(zhì)訪問(wèn)控制幀格式如圖1所示。

圖1 以太網(wǎng)的幀格式

以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，結(jié)點(diǎn)的發(fā)送是需要通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)獲得總線的使用權(quán)，而其他結(jié)點(diǎn)都應(yīng)處于接收狀態(tài)。

3 PLC與以太網(wǎng)的結(jié)合

PLC的以太網(wǎng)通信，根據(jù)完成的功能不同，可以分為以下兩類(lèi)：

3.1 PLC通過(guò)以太網(wǎng)與上位計(jì)算機(jī)相連

PLC通過(guò)以太網(wǎng)與上位計(jì)算機(jī)相連，可以實(shí)現(xiàn)上位計(jì)算機(jī)與PLC之間的通信，以完成上位計(jì)算機(jī)對(duì)PLC程序的上、下載和運(yùn)行于上位計(jì)算機(jī)的組態(tài)軟件通過(guò)PLC系統(tǒng)對(duì)狀態(tài)的適時(shí)監(jiān)控。在這種方式下，數(shù)據(jù)的傳輸一般是以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的形式完成。

3.2 PLC之間通過(guò)以太網(wǎng)相連

這一類(lèi)的網(wǎng)絡(luò)連接所要達(dá)到的目的是實(shí)現(xiàn)各個(gè)PLC控制器之間的數(shù)據(jù)交互和數(shù)據(jù)共享。為了實(shí)現(xiàn)PLC控制器之間的數(shù)據(jù)交互，需要編制相應(yīng)的PLC控制器的通信部分的程序。這種通信功能的完成可以由PLC程序編制工具中的特殊模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

綜合來(lái)看，第一類(lèi)應(yīng)用的更為廣泛，很多廠商能夠提供相關(guān)的軟、硬件產(chǎn)品的支持。

4 用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)PLC在以太網(wǎng)中與上位計(jì)算機(jī)的通信

A系列PLC具有運(yùn)行速度快、控制可靠、安裝靈活、擴(kuò)展方便、性能價(jià)格比較高等特點(diǎn)，有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，在工業(yè)控制中應(yīng)用較為廣泛，下面主要介紹它在以太網(wǎng)中怎樣通過(guò)PLC通信程序的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與上位計(jì)算機(jī)通信的。

4.1 基于PLC的10Base-5以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)

A系列可以作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接在局域網(wǎng)上，使用以太網(wǎng)通信模塊（如E71通信模塊）可以方便地實(shí)現(xiàn)PLC與PC之間的通信。E71模塊是可直接連接粗纜，組成10Base-5以太網(wǎng)，可以方便地實(shí)現(xiàn)了PLC與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸、實(shí)時(shí)監(jiān)控、信息管理等功能，其連接如圖2所示。

圖2 E71連接圖

4.2 PLC通信程序的設(shè)計(jì)

（1）通信協(xié)議

E71模塊支持3種數(shù)據(jù)通信方式：握手方式、請(qǐng)求方式、用其他節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求直接讀寫(xiě)方式。其中在第3種方式中，PLC為服務(wù)器端，不需要進(jìn)行通信編程，由上位機(jī)向PLC發(fā)送通信請(qǐng)求命令，包括寫(xiě)入命令和讀出命令；而前兩種數(shù)據(jù)通信方式均需通信編程。

（2）PLC通信程序的設(shè)計(jì)

下圖給出了連接上位機(jī)的PLC通信程序，此程序打開(kāi)第一個(gè)通信信道，與1臺(tái)計(jì)算機(jī)相連。設(shè)PLC 的 IP 地 址 為 192.0.1.1， 端 口 號(hào) 為 1296（510H）。程序中涉及的E71模塊I／O點(diǎn)及緩存說(shuō)明如表1所示。程序如圖3所示。

（3）上位機(jī)的通信實(shí)現(xiàn)

組態(tài)王是一個(gè)比較成熟的國(guó)產(chǎn)組態(tài)軟件。它操作簡(jiǎn)單，用它制作人機(jī)界面快捷簡(jiǎn)便，其網(wǎng)絡(luò)功能比較豐富。它擁有豐富的驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)，用它提供的驅(qū)動(dòng)程序可以方便地實(shí)現(xiàn)上位機(jī)PC與各種不同型號(hào)的PLC、變頻器、板卡、網(wǎng)卡等設(shè)備之間地相互通信。下面是組態(tài)王6.0與A系列PLC之間地具體通信設(shè)置步驟。

表1 E71模塊部分I／O點(diǎn)及緩存說(shuō)明

圖3 連接上位機(jī)的PLC通信程序

在組態(tài)王中選擇“新建”→“工程”，取名為“通信工程”。

（1）在開(kāi)發(fā)界面選擇“設(shè)備”→“PLC”→“中型PLC 以太網(wǎng)”→“TCP／IP”

（2）為設(shè)備命名設(shè)為“PLC1”

（3）設(shè)置設(shè)備的IP地址，格式為“IP地址：端口號(hào)：連接超時(shí)時(shí)間”，本例為 192.0.1.1：1296：3；最后單擊設(shè)置完成。

經(jīng)過(guò)上述設(shè)置后，當(dāng)啟動(dòng)組態(tài)王工程“通信工程”時(shí)，組態(tài)王會(huì)自動(dòng)連接上設(shè)備IP地址為192.0.1.1 的 PLC1，并在其信息框中顯示連接成功信息。

5 結(jié)束語(yǔ)

介紹了運(yùn)用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)PLC在以太網(wǎng)中與上位計(jì)算機(jī)的通信的方法，有一定的借鑒價(jià)值。

［1］張 宏等.三菱PLC入門(mén)與典型應(yīng)用［M］.中國(guó)電力出版社，2009.

［2］張 還.三菱FX系列PLC設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［3］肖 峰，賀哲榮.PLC編程100例［M］.中國(guó)電力出版社，2009.