羅克韋爾PLC控制器通信網(wǎng)的介紹【一類優(yōu)選】

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)議的開放型的網(wǎng)絡(luò)信息層；控制網(wǎng)是一個(gè)開放型的現(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)開放型的全球化的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信網(wǎng)絡(luò)，無需中間的輸入/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。 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,), and 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 input / 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 directly 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構(gòu)成一個(gè)結(jié)構(gòu)開放的網(wǎng)絡(luò)來實(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)議的開放型的網(wǎng)絡(luò)信息層；控制網(wǎng)是一個(gè)開放型的現(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)開放型的全球化的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信網(wǎng)絡(luò)，無需中間的輸入/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)議的開放型的網(wǎng)絡(luò)信息層；控制網(wǎng)是一個(gè)開放型的現(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)開放型的全球化的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信網(wǎng)絡(luò)，無需中間的輸入/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。正是由于設(shè)備網(wǎng)可以省卻輸入/輸出網(wǎng)絡(luò)的這一特點(diǎn)，它才可以使產(chǎn)品集成變得容易，使產(chǎn)品安裝和連線費(fèi)用降低。同時(shí)，通過采用全新的生產(chǎn)者/客戶（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FF（Foundation Fieldbus）現(xiàn)場(chǎng)總線提供大量的模擬量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（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，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)來說，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、I/O刷新和PLC處理器之間的信息互鎖。通過采用專利性的介質(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)開放型的信息網(wǎng)絡(luò)。AB提供了具有內(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需特殊硬件而連接到以太網(wǎng)上。并且，用戶可以在裝有以太網(wǎng)網(wǎng)卡的個(gè)人計(jì)算機(jī)上借助RSLinx軟件，通過使用羅克韋爾A.I.或RSLogix5、RSLogix500系列編程軟件在線修改各處理器的數(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以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)來監(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)為成千上萬的用戶所使用和熟悉。 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。 可編程序控制器通過處理器內(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，因此，用戶可以在一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)上通過DH+網(wǎng)絡(luò)對(duì)所有鏈路上的可編程序控制器進(jìn)行編程。 用戶也可以使用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，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 可編程控制器（PLC）的組網(wǎng)與通信是近年來自動(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：中國電力出版社，2009. 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