羅克韋爾PLC控制器通信網(wǎng)的介紹【一類(lèi)優(yōu)選】

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1、 羅克韋爾PLC控制器通信網(wǎng)的介紹 段寶輝 摘要：一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)其通信網(wǎng)可分為3個(gè)層次：信息層、控制層、設(shè)備層。相應(yīng)地，羅克韋爾自動(dòng)化A-B推出了由以太網(wǎng)（EtherNet）、控制網(wǎng)（ControlNetTM）和設(shè)備網(wǎng)（DeviceNetTM）所組成的開(kāi)放型網(wǎng)絡(luò)。其中，以太網(wǎng)是以TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）作為其傳輸協(xié)議的開(kāi)放型的網(wǎng)絡(luò)信息層；控制網(wǎng)是一個(gè)開(kāi)放型的現(xiàn)代化的控制網(wǎng)絡(luò)，可以提供可編程序控制器、輸入/輸出機(jī)架、個(gè)人計(jì)算機(jī)、第三方軟硬件以及相關(guān)輸入/輸出設(shè)備間的實(shí)時(shí)通信；設(shè)備網(wǎng)是一個(gè)開(kāi)放型的全球化的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需中間的輸入/輸出系統(tǒng)就可以將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和可編

2、程序控制器直接相連。 關(guān)鍵詞：PLC；A-B；通信網(wǎng)；信息層；控制層；設(shè)備層 Abstract: A complete PLC system communication network can be divided into three layers: information layer, control layer, the device layer. Accordingly, Rockwell Automation AB launched an open network by Ethernet (EtherNet), control network (ControlNetTM,), a

3、nd device network (DeviceNet ?). Which, based on Ethernet TCP / IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) as its transport protocol open network layer; Control Network is an open modern control networks can provide a programmable logic controller, real-time communication between the inp

4、ut / output racks, personal computers, third-party hardware and software and related input / output devices; equipment network is an open global industry standard communication networks, without the middle of the input / output system can be field devices and programmable logic controller is directl

5、y connected. Keywords: PLC；A-B；communication network；information layer；control layer；device layer 1 引 言 一個(gè)集成控制系統(tǒng)，它的功能的體現(xiàn)取決于如何有效地組合該集成控制系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)元件，取決于如何使各個(gè)元件能夠協(xié)調(diào)地工作。羅克韋爾自動(dòng)化意識(shí)到了這一點(diǎn)，意識(shí)到有效地組合各元件可以通過(guò)構(gòu)成一個(gè)結(jié)構(gòu)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而使各個(gè)元件協(xié)調(diào)工作則需要使各元件間通信方便，使各元件間能有效地交換各種數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)和通信便是一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)能否發(fā)揮其功能的重要因素。羅克韋爾自動(dòng)化提供了從按鈕到可編程

6、序控制器、從傳感器到軟件、從變頻器到信息顯示等一系列產(chǎn)品，由此所組成的自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)正發(fā)揮著重要的作用。本文以A-B PLC為例，對(duì)PLC控制器的通信網(wǎng)進(jìn)行了一定的研究。 2 PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其通信 一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)其控制可分為3個(gè)層次[2]： 信息層 這是整個(gè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的最高層，也是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行處理和管理的一層。 控制層 這是操作所在的一層，它將處理器與處理器之間的信息交流、將處理器與輸入/輸出接口之間的信息交流集成在這一層。 設(shè)備層 這是面向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的一層，也是整個(gè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的最低層，它可以將操作信息送到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，也可以將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的情況反饋到操作者。 相

7、應(yīng)地，羅克韋爾自動(dòng)化A-B推出了由以太網(wǎng)、控制網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)所組成的開(kāi)放型網(wǎng)絡(luò)[1]，如圖1示。其中，以太網(wǎng)是以TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）作為其傳輸協(xié)議的開(kāi)放型的網(wǎng)絡(luò)信息層；控制網(wǎng)是一個(gè)開(kāi)放型的現(xiàn)代化的控制網(wǎng)絡(luò)，可以提供可編程序控制器、輸入/輸出機(jī)架、個(gè)人計(jì)算機(jī)、第三方軟硬件以及相關(guān)輸入/輸出設(shè)備間的實(shí)時(shí)通信；設(shè)備網(wǎng)是一個(gè)開(kāi)放型的全球化的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需中間的輸入/輸出系統(tǒng)就可以將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和可編程序控制器直接相連。 相應(yīng)地，羅克韋爾自動(dòng)化A-B推出了由以太網(wǎng)、控制網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)所組成的開(kāi)放型網(wǎng)絡(luò)，如圖1示。其中，以太網(wǎng)是以TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）作為其傳輸協(xié)議的開(kāi)放型

8、的網(wǎng)絡(luò)信息層；控制網(wǎng)是一個(gè)開(kāi)放型的現(xiàn)代化的控制網(wǎng)絡(luò)，可以提供可編程序控制器、輸入/輸出機(jī)架、個(gè)人計(jì)算機(jī)、第三方軟硬件以及相關(guān)輸入/輸出設(shè)備間的實(shí)時(shí)通信；設(shè)備網(wǎng)是一個(gè)開(kāi)放型的全球化的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需中間的輸入/輸出系統(tǒng)就可以將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和可編程序控制器直接相連。 圖1 A-B PLC控制器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 設(shè)備網(wǎng)（DeviceNetTM） 采用設(shè)備網(wǎng)，只需通過(guò)一根電纜就能夠?qū)⒖删幊绦蚩刂破髦苯舆B接到智能化設(shè)備，如傳感器、按鈕、馬達(dá)起動(dòng)器、變頻器、簡(jiǎn)單的操作員接口等，省卻了可編程序控制器與輸入/輸出網(wǎng)絡(luò)的通信、輸入/輸出網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的硬連線(xiàn)。正是由于設(shè)備網(wǎng)可以省卻輸入/輸出網(wǎng)絡(luò)

9、的這一特點(diǎn)，它才可以使產(chǎn)品集成變得容易，使產(chǎn)品安裝和連線(xiàn)費(fèi)用降低。同時(shí)，通過(guò)采用全新的生產(chǎn)者/客戶(hù)（producer/consumer）通信模式，又為設(shè)備網(wǎng)提供了強(qiáng)有力的故障診斷和故障查詢(xún)能力。采用設(shè)備網(wǎng)掃描器（1771-SDN、1747-SDN），PLC、SLC500系列可編程序控制器可以連接到設(shè)備網(wǎng)，一方面實(shí)現(xiàn)了可編程序控制器到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的直接通信，另一方面又可以將設(shè)備網(wǎng)和用戶(hù)現(xiàn)有的AB系統(tǒng)集成在一起。采用1784-PCD、1770-KFD、1770-KFDG等插卡，還可以將個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站、筆記本電腦等接入設(shè)備網(wǎng)，從而可以直接在計(jì)算機(jī)上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作進(jìn)行編程，如變頻器的加速速率和減速速

10、率。此外，設(shè)備網(wǎng)不僅可提供大量的數(shù)字量I/O接口，而且可以通過(guò)FF（Foundation Fieldbus）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)提供大量的模擬量I/O接口，因而許多應(yīng)用場(chǎng)合都可以采用設(shè)備網(wǎng)來(lái)作為其解決方案。 圖2 DeviceNet 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 控制網(wǎng)（ControlNetTM）? 采用生產(chǎn)者/客戶(hù)（producer/consumer）通信模式，控制網(wǎng)結(jié)合了輸入/輸出網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息網(wǎng)絡(luò)的功能，既可以滿(mǎn)足對(duì)時(shí)間苛求的控制數(shù)據(jù)傳輸（如I/O刷新、控制器到控制器的互鎖）的需要，又可以滿(mǎn)足對(duì)時(shí)間非苛求的數(shù)據(jù)傳輸（如程序上載、下載、信息傳送）的需要?？刂凭W(wǎng)適用于實(shí)時(shí)、高信息吞吐量的應(yīng)用場(chǎng)合，

11、它的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)5M Bps。因?yàn)樗倪@種高速率，控制網(wǎng)可以支持高度分布式的自動(dòng)化系統(tǒng)，特別是那些具有高速數(shù)字量I/O和大量模擬量I/O的系統(tǒng)。I/O機(jī)架和其它設(shè)備可以安放在離可編程序控制器幾百米遠(yuǎn)的地方，或者，對(duì)于分布式控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以就將可編程序控制器放置在I/O機(jī)架中，這樣，PLC可以在監(jiān)視其駐留本地I/O的同時(shí)通過(guò)控制網(wǎng)與上一級(jí)管理控制器進(jìn)行通信。 控制網(wǎng)能夠處理在一根電纜上的所有控制數(shù)據(jù)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息傳送、遠(yuǎn)程編程、故障查詢(xún)、I/O刷新和PLC處理器之間的信息互鎖。通過(guò)采用專(zhuān)利性的介質(zhì)存取方法，對(duì)時(shí)間苛求的數(shù)據(jù)的傳輸總是擁有比對(duì)時(shí)間非苛求的數(shù)據(jù)的傳輸更高的優(yōu)先權(quán)，因而I/O刷新

12、和PLC之間的互鎖永遠(yuǎn)比程序上載、下載和一般信息傳輸更為優(yōu)先，這使得控制網(wǎng)上的數(shù)據(jù)傳輸具有確定性和可重復(fù)性。AB公司提供了內(nèi)置控制網(wǎng)掃描器的C系列PLC處理器、I/O機(jī)架控制網(wǎng)適配器（1771-ACN、1771-ACNR、1794-ACN）、個(gè)人計(jì)算機(jī)的控制網(wǎng)插卡（1770-KFC、1770-KFCD、1784-KTC、1784-KTCX）等產(chǎn)品，使得控制網(wǎng)安裝方便、成本低、效率高。典型的控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),如圖3示。 圖3 ControlNet(總線(xiàn)型) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 以太網(wǎng)（EtherNet）? 以太網(wǎng)以TCP/IP作為其傳輸協(xié)議，是一個(gè)開(kāi)放型的信息網(wǎng)絡(luò)。AB提供了具有

13、內(nèi)置以太網(wǎng)通信能力的PLC-5 E系列處理器和SLC 5/05處理器，并提供了以太網(wǎng)接口模塊（1785-ENET），使PLC-5其它系列的處理器通過(guò)即插方式也能夠與以太網(wǎng)相連。這些以太網(wǎng)可編程序控制器模塊可以無(wú)需特殊硬件而連接到以太網(wǎng)上。并且，用戶(hù)可以在裝有以太網(wǎng)網(wǎng)卡的個(gè)人計(jì)算機(jī)上借助RSLinx軟件，通過(guò)使用羅克韋爾A.I.或RSLogix5、RSLogix500系列編程軟件在線(xiàn)修改各處理器的數(shù)據(jù)表文件和程序文件。同時(shí)，使用標(biāo)準(zhǔn)PLC-5處理器的信息傳送指令，可以在以太網(wǎng)處理器之間實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。因此，通過(guò)使用RSViewTM、RSLinx以及其它羅克韋爾軟件，具有以太網(wǎng)網(wǎng)卡的工作站能夠通過(guò)

14、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)監(jiān)控采集數(shù)據(jù)。 圖4 EtherNet 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 3 其它的網(wǎng)絡(luò)及其通信 除了上面介紹的開(kāi)放型的設(shè)備網(wǎng)、控制網(wǎng)和以太網(wǎng)之外，AB的通用遠(yuǎn)程I/O鏈路（相應(yīng)于設(shè)備網(wǎng)）和DH+[3]（增強(qiáng)型數(shù)據(jù)高速公路）網(wǎng)絡(luò)（相應(yīng)于控制網(wǎng)）已經(jīng)為成千上萬(wàn)的用戶(hù)所使用和熟悉。 通用遠(yuǎn)程輸入/輸出鏈路（RIO） 采用RIO，可以將遠(yuǎn)程I/O機(jī)架和其它的智能化設(shè)備如操作員接口和交、直流變頻器連接到可編程序控制器，I/O機(jī)架和其它設(shè)備可以安裝到遠(yuǎn)離SLC或PLC處理器10,000英尺（3048米）的地方。這是一個(gè)通用的I/O鏈路，它與AB的各種I/O產(chǎn)品和各個(gè)系列的可編程序控制器相兼容。

15、 可編程序控制器通過(guò)處理器內(nèi)置的通信口（如PLC-5處理器）或獨(dú)立的掃描器模塊（如SLC處理器和1747-SD掃描器模塊）對(duì)RIO進(jìn)行存取。I/O產(chǎn)品在鏈路上與掃描器或RIO通信口之間的通信是通過(guò)獨(dú)立的適配器模塊（如1771—ASB、1747—ASB、1794—ASB）或內(nèi)置的適配器（如1791 Block I/O組件）進(jìn)行的。如果需要對(duì)高速過(guò)程進(jìn)行控制，則可以采用擴(kuò)展本地I/O鏈路，使未放置在處理器機(jī)架上的I/O模塊也能具有處理器駐留本地機(jī)架I/O的性能，從而滿(mǎn)足應(yīng)用要求。一個(gè)RIO鏈路最多可以連接32個(gè)I/O機(jī)架或其它適配器方式的設(shè)備。 增強(qiáng)型數(shù)據(jù)高速公路（DH+網(wǎng)） DH+網(wǎng)是世界上

16、最廣泛使用的工業(yè)局域網(wǎng)之一，它是最早為可編程序控制器提供遠(yuǎn)程編程支持的控制網(wǎng)絡(luò)。它可以在可編程序控制器（PLC-5、PLC-3、SLC 5/04）、操作員界面系統(tǒng)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、主計(jì)算機(jī)、數(shù)字控制設(shè)備、可編程的具有RS-232-C/RS-422接口的設(shè)備之間提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。 一個(gè)DH+網(wǎng)絡(luò)最多可以連接99個(gè)DH+鏈路，每個(gè)DH+鏈路最多可以連接64個(gè)節(jié)點(diǎn)（智能化設(shè)備）。它采用雙絞線(xiàn)或屏蔽同軸電纜連接，每個(gè)鏈路的傳輸速率為57.6K Bps，傳輸距離可達(dá)10,000英尺（3048米）。DH+網(wǎng)絡(luò)支持從遠(yuǎn)程鏈路進(jìn)行組態(tài)、編程以及故障查詢(xún)，因此，用戶(hù)可以在一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)上通過(guò)DH+網(wǎng)絡(luò)對(duì)所有鏈路上的

17、可編程序控制器進(jìn)行編程。 用戶(hù)也可以使用SLC和MicroLogix控制器的DH-485網(wǎng)對(duì)DH+網(wǎng)絡(luò)的功能進(jìn)行補(bǔ)充。采用SLC 5/04處理器或DH+/DH-485適配器模塊（1785-KA5模塊），可以將DH-485網(wǎng)絡(luò)和DH+網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，這樣，DH-485網(wǎng)上的SLC控制器和MicroLogix控制器與DH+網(wǎng)上的PLC處理器和其它自動(dòng)化設(shè)備之間就能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享。 除了以上所介紹到的各種網(wǎng)絡(luò)，AB的可編程序控制器往往還內(nèi)置有RS-232口，可以提供處理器與其它設(shè)備間的串行通信。 4 結(jié)束語(yǔ) 可編程控制器（PLC）的組網(wǎng)與通信是近年來(lái)自動(dòng)化領(lǐng)域頗受關(guān)注的新興技術(shù)。本文以A-B公司的PLC為例簡(jiǎn)要介紹PLC與計(jì)算機(jī)以及PLC與PLC之間的通信，介紹了PLC的典型組網(wǎng)方式。 參考文獻(xiàn) [1] 薛迎成.羅克韋爾PLC技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009. [2] 向曉漢，陸彬.PLC工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用案例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009. [3] 李金成.羅克韋爾PLC網(wǎng)絡(luò)通信與RS人機(jī)界面[M].北京：科學(xué)出版社，2011. 5 技術(shù)l類(lèi)別