通過現(xiàn)場總線CAN-bus網(wǎng)絡(luò)對多臺PLC進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制
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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器儲存指令,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)的自動化控制領(lǐng)域得到廣泛的使用,為各種各樣的自動化設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。
PLC系統(tǒng)的工作任務(wù)相對簡單,且需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量一般不會太大,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。
目前,只有少量型號的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型號沒有隨本機(jī)集成通訊功能,不便于組建多臺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)常會出現(xiàn)一些應(yīng)用場合,在面積較大的范圍內(nèi),需要n臺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_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_聯(lián)網(wǎng)PLC的程序或狀態(tài)。
2、PLC網(wǎng)絡(luò)的兩種方式
通用PLC一般都會提供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PLC聯(lián)網(wǎng),各PLC地位平等,可外擴(kuò)HMI人機(jī)界面。
*多臺PLC聯(lián)網(wǎng),由1臺工控PC作為主控制器與操作界面。
3、多臺PLC串行聯(lián)網(wǎng)
通過一個(gè)RS-232/RS-485轉(zhuǎn)CAN-bus網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換,獨(dú)立PLC就具有了現(xiàn)場總線CAN-bus通訊接口。多臺具有現(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,長度為11位或29位,用作為該P(yáng)LC單元的地址。每一臺聯(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)流中自動添加本地網(wǎng)關(guān)的設(shè)備ID號;同理,每一臺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,自動接收符合要求的數(shù)據(jù)。
通過上述方式組建的PLC網(wǎng)絡(luò),各臺PLC地位平等,任何一臺PLC均可以主動發(fā)起數(shù)據(jù)通訊,由CAN-bus網(wǎng)關(guān)起硬件自動仲裁作用,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。
4、多臺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。
圖 1 多臺PLC與工控PC并行聯(lián)網(wǎng)
5、PLC網(wǎng)絡(luò)的硬件組成與連接
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。
1.RS-232轉(zhuǎn)CAN-bus網(wǎng)關(guān)
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,可以用作為該網(wǎng)關(guān)所連接PLC設(shè)備的地址編號,并對往來串口的數(shù)據(jù)流加以標(biāo)注或識別。
對于只集成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)。
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