針對(duì)多層網(wǎng)絡(luò)的Q系列PLC通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

錢利鋒

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC通信系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制中扮演著越來(lái)越重要的角色，本文針對(duì)三菱Q系列PLC設(shè)計(jì)了一種多層網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，提出了一種不同網(wǎng)絡(luò)層次的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。實(shí)踐表明，多層控制網(wǎng)絡(luò)主要包括現(xiàn)場(chǎng)控制層、中間決策層以及遠(yuǎn)程管理監(jiān)控層三個(gè)部分，每?jī)蓚€(gè)網(wǎng)絡(luò)層次之間都設(shè)立了專門的通信模塊。本文在多層網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，深入設(shè)計(jì)與分析了三菱Q系列PLC通信系統(tǒng)，希望能夠通過(guò)各層網(wǎng)絡(luò)間的通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)通信系統(tǒng)的控制功能。

關(guān)鍵詞：多層網(wǎng)絡(luò)；Q系列；PLC通信系統(tǒng)

近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)飛速發(fā)展，很大程度上改變了人們的傳統(tǒng)生活理念，給人們的工作提供了不少便利，傳統(tǒng)工業(yè)如果想跟上時(shí)代的發(fā)展步伐，就必須盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，不斷挖掘新型工業(yè)技術(shù)，充分利用各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。目前，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主要是如何更好地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程操控功能，最大限度地利用底層設(shè)備聯(lián)網(wǎng)?？删幊炭刂破饔址QPLC，是一種綜合控制設(shè)備，不僅融合了微型處理器技術(shù)和通用外圍接口自動(dòng)控制技術(shù)，還綜合使用了多模式通信協(xié)議，其內(nèi)部編程模式相當(dāng)靈活，在工業(yè)環(huán)境中取得了十分廣泛的應(yīng)用，能夠切實(shí)提高工作人員的工作質(zhì)量和工作效率。雖然我國(guó)的PLC技術(shù)在過(guò)去已經(jīng)取得了一些發(fā)展成就，累積了不少技術(shù)管理經(jīng)驗(yàn)，但是近年來(lái)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)展形勢(shì)不斷地發(fā)生變化，工業(yè)對(duì)公司的PLC技術(shù)提出了更加嚴(yán)格的要求，希望能夠找到一種被各個(gè)企業(yè)共同接受的一致性網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)。為了切實(shí)解決這個(gè)問(wèn)題，進(jìn)一步地促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，本文專門提出了基于多層網(wǎng)絡(luò)控制的PLC通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以三菱Q系列PLC為主要分析案例，深入開展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)，鞏固了PLC通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

1.Q系列PLC的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

三菱Q系列PLC的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有著十分清晰的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它可以根據(jù)不同通信系統(tǒng)的要求提供相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，研究發(fā)現(xiàn)，三菱Q系列PLC的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要包括以下三個(gè)部分：信息層、控制層和設(shè)備層。

信息層：以太網(wǎng)是整個(gè)三菱Q系列PLC的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的最高控制中心，它的主要功能是在可編程序邏輯控制器以及電腦終端設(shè)備之間傳輸有關(guān)設(shè)備運(yùn)行情況、產(chǎn)品具體參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)，可以清晰地反映當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，有利于工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常。信息層一般使用以太網(wǎng)，一方面能夠有效連接電腦終端設(shè)備，另一方面也可以連接各種各樣的自動(dòng)化設(shè)備，給人們的工作帶來(lái)便利。三菱Q系列PLC的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)模塊還包括電子郵件收發(fā)功能，使用者可以跳出時(shí)間和地點(diǎn)等因素的限制，隨時(shí)隨地地通過(guò)查閱電子郵件，進(jìn)而掌握產(chǎn)品的具體生產(chǎn)狀況。另外，用戶還可以充分利用因特網(wǎng)的FTP服務(wù)器功能，及時(shí)上傳或者下載程序，實(shí)現(xiàn)信息的高效傳輸。

控制層：MELSECNET/H是三菱Q系列PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的中心控制層，主要作用是在可編程邏輯控制器等一系列控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳遞。MELSECNET/H主要包括以下幾個(gè)工作優(yōu)勢(shì)：其一，具有良好的實(shí)時(shí)性，能夠快速地給用戶傳遞用戶所需信息，提高工作質(zhì)量和工作效率；其二，它的網(wǎng)絡(luò)設(shè)定比較簡(jiǎn)單，操作十分簡(jiǎn)便，可以面向更多的使用群體，為更多的工作人員節(jié)約時(shí)間；其三，它有冗余回路，可以降低工作誤差。MELSECNET/H一經(jīng)推出，就獲得了較好的市場(chǎng)反響，許多工作人員將其視為日常工作中不可缺少的一項(xiàng)工具，實(shí)際上，它不僅繼承了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，還能夠最大限度地提升網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)容量，儲(chǔ)存更多信息數(shù)據(jù)，進(jìn)一步滿足用戶使用需求。目前，市面上還只有三菱Q系列PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)才能夠使用MELSECNET/H網(wǎng)絡(luò)。

設(shè)備層：三菱Q系列PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)備層主要利用了CC-Link，把可編程性邏輯控制器和系統(tǒng)有關(guān)設(shè)備緊密結(jié)合起來(lái)，CC-Link主要負(fù)責(zé)控制三菱Q系列PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最低層網(wǎng)絡(luò)。使用這種網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)，一方面能夠有效減少配線的工作量，更好地維護(hù)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，另一方面還可以有效連接變頻器以及風(fēng)機(jī)等其他終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，最終有效控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。多次實(shí)踐表明，如果在三菱Q系列PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中使用CC-Link，可以提升其工作性能，降低工作時(shí)間，給人們帶來(lái)更大的工作便利。[1]

2.系統(tǒng)硬件設(shè)備與參數(shù)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)充分考慮了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常見的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括三菱Q系列PLC網(wǎng)絡(luò)、控制柜、總線掛箱以及其他各種各樣的單元模塊。在實(shí)際設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)備控制電路設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮的是系統(tǒng)的核心模塊，以冗余系統(tǒng)切換模塊設(shè)計(jì)為例，經(jīng)過(guò)工作人員的詳細(xì)調(diào)查，最終發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)確定的主CPU和從CPU，三菱公司自行生產(chǎn)的冗余系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分：電源冗余、通信冗余以及主控制器冗余，無(wú)論哪一個(gè)模塊在工作過(guò)程中出現(xiàn)了故障，剩下的幾個(gè)系統(tǒng)可以快速接替其工作，接收由總部發(fā)出的控制指令，確保系統(tǒng)能夠正常高速運(yùn)轉(zhuǎn)。[2]

3.三層網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1底層CC-Link通信實(shí)現(xiàn)

主站CPU和各個(gè)從站CPU之間的信息數(shù)據(jù)可以采用專門的遠(yuǎn)程輸入RX或者遠(yuǎn)程輸出RY等方法，然后再按照N：N的模式最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。底層設(shè)備主要是在網(wǎng)絡(luò)通信功能實(shí)現(xiàn)之后發(fā)揮功能，可以有效連接中間控制層，實(shí)現(xiàn)兩層網(wǎng)絡(luò)的硬件連接。

3.2中間控制層MELSECNET/H網(wǎng)的通信實(shí)現(xiàn)

一路網(wǎng)絡(luò)主要連接由八個(gè)CPU構(gòu)成的一號(hào)網(wǎng)絡(luò)或者主網(wǎng)絡(luò)，另外一路網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)冗余系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程站點(diǎn)之間的連接，也可以稱為二號(hào)信息系統(tǒng)。具體的工作過(guò)程是采用光纖技術(shù)把各個(gè)CPU站點(diǎn)連接起來(lái)形成一個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，然后根據(jù)實(shí)際工作需求配置一定的CPU參數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)模塊，再通過(guò)中繼實(shí)現(xiàn)數(shù)量級(jí)的擴(kuò)展。

3.3頂層以太網(wǎng)監(jiān)控通信設(shè)計(jì)

系統(tǒng)有專門的多端口轉(zhuǎn)發(fā)器，可以把中間控制層的信息數(shù)據(jù)及時(shí)輸送到以太網(wǎng)中，組網(wǎng)的核心設(shè)計(jì)流程包括輸入輸出配口端口配置和以太網(wǎng)卡號(hào)設(shè)置。

4.系統(tǒng)功能調(diào)試

整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，可以開發(fā)一個(gè)上位機(jī)監(jiān)控程序，通過(guò)調(diào)用各種各樣的子程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)并且遠(yuǎn)程控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，避免造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。具體可以設(shè)計(jì)多段速控制面板和無(wú)極調(diào)速控制面板，遠(yuǎn)程控制者并不需要在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)附近，只要在任意一臺(tái)連接了互聯(lián)網(wǎng)的電腦上登陸有關(guān)瀏覽器，就可以實(shí)時(shí)監(jiān)控工業(yè)限產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行情況。在多段速控制功能設(shè)計(jì)工作中，工作人員可以進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及停止等操作，實(shí)時(shí)控制電機(jī)，根據(jù)不同的工業(yè)需求選擇電機(jī)的段速。而在無(wú)極調(diào)速功能中，可以輸入規(guī)定范圍內(nèi)的工作頻率，點(diǎn)擊運(yùn)行頻率按鈕，就可以把頻率傳送到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的PLC設(shè)備。[3]

結(jié)語(yǔ)

總而言之，為了更好地滿足工業(yè)現(xiàn)代化和智能化的需求，本文深入探討和分析了多層網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的PLC通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，首先整體設(shè)計(jì)了通信系統(tǒng)，然后再按照系統(tǒng)硬件設(shè)備與參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)硬件設(shè)備及布局以及系統(tǒng)功能調(diào)試等步驟深入展開工作。經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)踐，最終取得了比較樂(lè)觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬健.基于Q系列的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信實(shí)現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，13（5）.

[2]張富標(biāo).三菱Q系列PLC通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].軟件開發(fā)與應(yīng)用，2017，（11）.

[3]張保森.基于多層網(wǎng)絡(luò)的Q系列PLC通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].刊電氣自動(dòng)化，2015，37（4）.