通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)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)是一種數字控制專(zhuān)用電子計算機,它使用了可修改的程序存儲器儲存指令,執行諸如邏輯、順序、計時(shí)、計數與演算等功能,并通過(guò)模擬和數字輸入、輸出等功能組件,控制各種機械或工作程序。長(cháng)期以來(lái),PLC一直在各個(gè)行業(yè)的自動(dòng)化控制領(lǐng)域得到廣泛的使用,為各種各樣的自動(dòng)化設備提供了非?？煽康目刂茟?。
PLC系統的工作任務(wù)相對簡(jiǎn)單,且需要傳輸的數據量一般不會(huì )太大,所以常見(jiàn)的PLC系統為一層網(wǎng)絡(luò )結構。PLC一般應用在小型自控場(chǎng)所,比如設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或現場(chǎng)總線(xiàn)CAN-bus通訊接口,價(jià)格也較貴;一般常見(jiàn)PLC型號沒(méi)有隨本機集成通訊功能,不便于組建多臺PLC構成的中型控制網(wǎng)絡(luò )。但是,隨著(zhù)應用技術(shù)的發(fā)展,經(jīng)常會(huì )出現一些應用場(chǎng)合,在面積較大的范圍內,需要n臺PLC協(xié)同完成一個(gè)系統的綜合控制。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 )的需求也應運而生。
本文提出了一種基于現場(chǎng)總線(xiàn)CAN-bus的PLC網(wǎng)絡(luò )方案,能夠對多臺聯(lián)網(wǎng)的PLC實(shí)現遠程配置、數據通信,并能夠在投入較低硬件成本的基礎上,實(shí)現良好的系統運行性能。這個(gè)方案也充分發(fā)揮了現場(chǎng)總線(xiàn)CAN-bus的通信特點(diǎn)：實(shí)時(shí)、可靠、高速、遠距離、易維護等。此方案是現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)與集中控制技術(shù)的有機結合,聯(lián)網(wǎng)后的PLC網(wǎng)絡(luò )可以構成一個(gè)性能優(yōu)秀的DCS系統;用戶(hù)在同一個(gè)主控制器上可以遠程監控、改變任何一臺聯(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(huì )提供1~2個(gè)RS-232或RS-485通訊端口,用于與其他控制設備或主控制器PC通訊;這些集成的通訊端口支持自行規定的通訊協(xié)議,或者M(jìn)odbus協(xié)議,實(shí)現PLC設備的通訊與配置。構建PLC網(wǎng)絡(luò ),即利用PLC本機的這一類(lèi)通訊端口,將其擴展成為能夠與多臺設備聯(lián)網(wǎng),實(shí)現多點(diǎn)通訊的現場(chǎng)總線(xiàn)CAN-bus通訊接口。
根據網(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HMI人機界面。
*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(guò)一個(gè)RS-232/RS-485轉CAN-bus網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信號轉換,獨立PLC就具有了現場(chǎng)總線(xiàn)CAN-bus通訊接口。多臺具有現場(chǎng)總線(xiàn)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CAN-bus網(wǎng)關(guān)都可以設定一個(gè)獨立的設備ID號,長(cháng)度為11位或29位,用作為該PLC單元的地址。每一臺聯(lián)網(wǎng)的PLC單元在發(fā)送數據時(shí),可設定在數據流中自動(dòng)添加本地網(wǎng)關(guān)的設備ID號;同理,每一臺PLC單元在接收數據時(shí),可設定由網(wǎng)關(guān)檢查數據流中的設備ID號,自動(dòng)接收符合要求的數據。
通過(guò)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(dòng)發(fā)起數據通訊,由CAN-bus網(wǎng)關(guān)起硬件自動(dòng)仲裁作用,保障每一次通訊的數據不丟失;網(wǎng)絡(luò )中的PLC數量不受限制,數百、上千臺PLC都可以連接在同一現場(chǎng)總線(xiàn)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人機界面,或由其中一臺PLC通過(guò)其他的串行通訊端口連接HMI人機界面。
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設備相比,具有更加靈活的系統擴展能力,也能夠獲得更好的性?xún)r(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(chǎng)商提供的各種軟件,從而實(shí)現更多強大的功能,比如系統配置、人機界面、組態(tài)開(kāi)發(fā)等,在PLC領(lǐng)域的作用也越來(lái)越不可或缺。通常,工控PC與單臺PLC通過(guò)1個(gè)串口連接通訊,實(shí)現各種擴展功能;但串口的通訊距離、節點(diǎn)數量都受到了串口本身的性能限制。比如,RS-232標準只可以實(shí)現“點(diǎn)－點(diǎn)”通訊,RS-485/422標準能夠實(shí)現32個(gè)節點(diǎn)以?xún)鹊耐ㄓ?但通訊距離、抗干擾能力都比較弱,并不能夠滿(mǎn)足實(shí)際工業(yè)現場(chǎng)多臺PLC聯(lián)網(wǎng)應用的需求。
工控PC內置PC-CAN接口卡,可以建立起1條或者多條現場(chǎng)總線(xiàn)CAN-bus網(wǎng)絡(luò ),并通過(guò)連接在CAN-bus網(wǎng)絡(luò )中的網(wǎng)關(guān)RS-232/RS-485轉CAN-bus轉換器,借助于CAN-bus網(wǎng)絡(luò )配套的“虛擬串口”軟件,建立多達2047個(gè)標準的串行通訊端口,從而連接多達2047條串行網(wǎng)絡(luò )。也就是說(shuō),可以在同1條普通雙絞線(xiàn)上連接多達2047臺PLC設備,工控PC訪(fǎng)問(wèn)連接在這條CAN-bus網(wǎng)絡(luò )上的PLC設備,也與操作標準串口完全一致。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(guò)工控PC組建多臺PLC網(wǎng)絡(luò )的系統結構如圖 1所示。按這一種方式的建立PLC網(wǎng)絡(luò )的通訊效率較高,應用靈活,是一般PLC網(wǎng)絡(luò )建設的主流方向。
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)現具體功能的PLC設備,還需要一些建立現場(chǎng)總線(xiàn)CAN-bus網(wǎng)絡(luò )的設備,主要有RS-232轉CAN-bus網(wǎng)關(guān)、PC-CAN接口卡等。
1.RS-232轉CAN-bus網(wǎng)關(guān)
CAN232MB 轉換器是一種常用的RS-232轉CAN-bus網(wǎng)關(guān)。轉換器集成1個(gè)RS-232通道、1個(gè)CAN-bus 通道,可以很方便地連接到PLC設備的RS-232標準通訊端口,使PLC設備具有與現場(chǎng)總線(xiàn)CAN-bus網(wǎng)絡(luò )通訊的能力。轉換器提供三種工作模式——透明轉換、透明帶標識轉換、Modbus協(xié)議轉換,分別可以支持不同通訊協(xié)議的PLC設備。通過(guò)PC配置軟件,CAN232MB轉換器可設定一個(gè)獨立的11位或29位設備ID號,可以用作為該網(wǎng)關(guān)所連接PLC設備的地址編號,并對往來(lái)串口的數據流加以標注或識別。
對于只集成RS-485/422通訊端口的PLC設備,可以選擇RS-485轉CAN-bus網(wǎng)關(guān)。
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