韓津

摘要：PLC是ProgrammableLogicControlle的簡稱，意指可編程的邏輯控制器，多用于工業(yè)自動化技術(shù)中，當(dāng)前針對PLC的技術(shù)與應(yīng)用研究，主要是集中于實3EPLC對網(wǎng)絡(luò)的控制，以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，實現(xiàn)對機械設(shè)備與工業(yè)生產(chǎn)的自動化、高效化與信息化控制。PLC控制網(wǎng)絡(luò)的組建與監(jiān)控，面向當(dāng)下的以太網(wǎng)、ControllerLink網(wǎng)和CompoBus/D網(wǎng)等，組建立完善的網(wǎng)絡(luò)控制體系，并實現(xiàn)在線監(jiān)控與全程監(jiān)控，做好信息采集、整合與運輸?shù)目刂?，以提升PLC網(wǎng)絡(luò)性能，為工業(yè)自動化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：PLC;控制網(wǎng)絡(luò);組建與監(jiān)控

中圖分類號：TP3 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）01-0015-02

PLC是在自動化網(wǎng)絡(luò)控制與組建中占據(jù)重要地位，很多企業(yè)為了實現(xiàn)生產(chǎn)的全自動化，致力于實現(xiàn)PLC網(wǎng)絡(luò)組建與監(jiān)控，從而監(jiān)控整個信息采集過程，深入掌握PLC網(wǎng)絡(luò)的特點與性能，并實現(xiàn)PLC網(wǎng)絡(luò)的運行。隨著控制系統(tǒng)的快速發(fā)展，工業(yè)發(fā)展過程中為滿足工業(yè)生產(chǎn)的預(yù)算和數(shù)據(jù)儲存需求，PLC逐步被應(yīng)用到工業(yè)自動化領(lǐng)域中，PLC網(wǎng)絡(luò)也展現(xiàn)出了與其他局域網(wǎng)不同的性能優(yōu)勢與特點，為控制系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。鑒于此，在新時代背景下，PLC要跟隨控制系統(tǒng)的大規(guī)模與網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的控制與信息采集監(jiān)控，實現(xiàn)PLC控制網(wǎng)絡(luò)與上層監(jiān)控、管理的整合，持續(xù)性提升工業(yè)的自動化程度。

1PLC控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展價值與趨勢

1.1PLC控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展價值

PLC控制網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)中的應(yīng)用，多數(shù)以子系統(tǒng)的形式連入大型系統(tǒng)中，并與PLC網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)PLC控制網(wǎng)絡(luò)在高層子網(wǎng)配置中的多樣化、標(biāo)準(zhǔn)化以及通用化發(fā)展，切實提升自動化控制程度。PLC控制網(wǎng)絡(luò)與DCS系統(tǒng)一樣，都以標(biāo)準(zhǔn)化與互連化為目標(biāo)，促進工業(yè)走向高配置、高自動化、信息化的發(fā)展道路。因此，PLC控制網(wǎng)絡(luò)要在高層內(nèi)完成與網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)、標(biāo)準(zhǔn)化組建。PLC、機器人、CAD/CAM是工業(yè)自動化的三大支柱，控制領(lǐng)域內(nèi)PLC控制網(wǎng)絡(luò)的組建與監(jiān)控，能推動控制系統(tǒng)的大規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，且將網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)對接，能將最底層的生產(chǎn)現(xiàn)場信號采集、信號轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)處理、通信等與上層監(jiān)控、管理結(jié)合起來，也能將PLC作為子網(wǎng)與其他類型系統(tǒng)連接，展現(xiàn)其較強的靈活性，便于企業(yè)更好地關(guān)注生產(chǎn)實際情況?，F(xiàn)如今，PLC控制網(wǎng)絡(luò)，正面向三種具體網(wǎng)絡(luò)——以太網(wǎng)、ControllerLink網(wǎng)、CompoBus/D網(wǎng)等展開分析，以高性價比、高運輸速度作為組建目標(biāo)，構(gòu)建起完善的PLC控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為工業(yè)局域網(wǎng)提供新的聯(lián)盟，實現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、信息、控制的全面革新。

1.2 PLC控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢

PLC控制網(wǎng)絡(luò)正在高層子網(wǎng)實現(xiàn)優(yōu)化配置，保證網(wǎng)絡(luò)配置通用化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，抑或構(gòu)建統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)連接模式，實現(xiàn)PLC控制網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)的無縫對接。例如，PLC的TDC3000集散系統(tǒng)在最高層中的LCN子網(wǎng)主要是以IEEE802.4協(xié)議為主，進行在線網(wǎng)絡(luò)連接，而1/AS集散系統(tǒng)則是將寬帶局網(wǎng)作為最高層，采用的協(xié)議是全MAP兼容協(xié)議，CENTUM-XL集散系統(tǒng)則是以將sV NET子網(wǎng)作為最高層，其配置以MAP規(guī)約或是Ethernet協(xié)議。所以，從整體發(fā)展趨勢來看，PLC控制網(wǎng)絡(luò)致力于實現(xiàn)高層配置通用化與標(biāo)準(zhǔn)化，保證能與工業(yè)局域網(wǎng)的高層互連，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)互動，多層網(wǎng)絡(luò)運轉(zhuǎn)控制的目標(biāo)。高層配置的通用化趨勢，意味著PLC控制網(wǎng)絡(luò)能更快地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，切實在工業(yè)局域網(wǎng)領(lǐng)域中構(gòu)建完善的標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議。

2PLC控制網(wǎng)絡(luò)的類型與通信機制

PLC控制網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前還處于起步建設(shè)階段，通信機制雖然相對健全，但是缺乏完整的結(jié)構(gòu)框架等，各方面的發(fā)展并不統(tǒng)一。首先，在協(xié)議發(fā)展方面，PLC控制網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議多樣化勢態(tài)尤為明顯，除卻專利通信協(xié)議以外，其他層的子網(wǎng)專利協(xié)議都比較個性化，各個公司都是采用自己的專利協(xié)議。問題就在于這些專利協(xié)議，都是應(yīng)用在PLC控制網(wǎng)絡(luò)的最底層或是較低層，與最高層的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議不同，對實時性的要求更高，無法采用ISOX層模型，只能通過物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及應(yīng)用層的塌縮結(jié)構(gòu)。物理層、數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議差別不大，但是應(yīng)用層的協(xié)議千變?nèi)f化，很容易出現(xiàn)響應(yīng)種類、含義或是代碼不一致，很有可能還會出現(xiàn)信箱結(jié)構(gòu)不同等情況，不同控制系統(tǒng)之間無法通用。則就意味著，配置了不同協(xié)議的PLC控制網(wǎng)絡(luò)之間的通信響應(yīng)緩慢，通信過程更加復(fù)雜，不利于各大企業(yè)或是環(huán)節(jié)之間溝通。

其次，PLC控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框架更為復(fù)雜。PLC網(wǎng)絡(luò)通信框架，由于協(xié)議的影響，只能選擇塌縮結(jié)構(gòu)的三層模型，將不同層次的網(wǎng)絡(luò)分開，在設(shè)計PLC系統(tǒng)時也要更加關(guān)注這些，盡量選擇同廠商同系列的PLC產(chǎn)品搭建PLC控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，再通過高層與CIMS或大型DCS連接。此外，在監(jiān)控過程中也需要與網(wǎng)絡(luò)模型一樣，構(gòu)建起多層次的監(jiān)控體系，既要實現(xiàn)不同設(shè)備的兼容，也要搭建起完善的控制系統(tǒng)，確保PLC運行機制的健全性與穩(wěn)定性。建造系統(tǒng)的同時，還要清楚了解系統(tǒng)會涉及哪些專利通信協(xié)議，基于工業(yè)實際伸長要求，建立完整的通信程序，明確專利協(xié)議中命令、相應(yīng)及幀格式等，配置相同錫類的專利協(xié)議，通過個人計算機作為上位機，然后用數(shù)臺PLC作為下位機構(gòu)，組成網(wǎng)絡(luò)體系便于實踐操作。

3PLC控制網(wǎng)絡(luò)通訊接口連接模式

PLC控制網(wǎng)絡(luò)的組建，離不開這幾種連接方式的應(yīng)用，為發(fā)揮PLC控制網(wǎng)絡(luò)的具體應(yīng)用價值，切實優(yōu)化生產(chǎn)流程，監(jiān)控生產(chǎn)質(zhì)量以及產(chǎn)品位置等，應(yīng)將PLC控制系統(tǒng)一分為二，一部分作為庫存管理系統(tǒng)，另一部分則是作為自動控制系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)相互輔助，就能為整個生產(chǎn)流程進行全面監(jiān)控與監(jiān)督，在編程傳感器與執(zhí)行器的支持下實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化管理和產(chǎn)品進出的全面監(jiān)控，掌握產(chǎn)品的出入庫實踐、品質(zhì)類型等，便于提升生產(chǎn)效率以及自動化工作質(zhì)量。第一，同種類型的網(wǎng)絡(luò)連接形式，應(yīng)采用PG/PC通訊卡，且在通訊卡的具體應(yīng)用中需要合理劃分功能，從而發(fā)揮不同層次的應(yīng)用價值。這種通訊卡的形式很多樣，對于同種類型的網(wǎng)絡(luò)連接需求而言，應(yīng)按照實踐應(yīng)用環(huán)境改變通訊連接方式，以此便于不同層次和協(xié)議之間相互對接。第二，PLC固定模塊，這種米快屬于智能化模塊的一種，能夠?qū)LC與專用網(wǎng)絡(luò)連接起來，且能降低自動化控制體系對CPU的負(fù)面影響，且可以提升PLC系統(tǒng)的整體性能。因此，在專用網(wǎng)絡(luò)連接中的應(yīng)用價值更高。第三，集成編程結(jié)構(gòu)也被廣泛地應(yīng)用在PLC控制網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)中，但局限于MPI與PPL的網(wǎng)絡(luò)通訊中，作為借口的形式，實現(xiàn)PLC控制網(wǎng)絡(luò)與另外兩大網(wǎng)絡(luò)體系的對接，雖然應(yīng)用局限性較大，但連接的價值效益很大。第四，集成通訊接口則是被廣泛地應(yīng)用于控制網(wǎng)絡(luò)中，能夠與多種不同結(jié)構(gòu)、不同網(wǎng)絡(luò)形式對接，具有較強的連接效果，在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用價值更高。

4PLC可編程程序控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的配置

想要實現(xiàn)整個過程的監(jiān)控與信息采集管理等，就要合理配置系統(tǒng)軟件及硬件，按照PLC系統(tǒng)配置的整體性、可靠性以及繼承性等各種原則，選擇合適的材料與設(shè)備，為PLC控制網(wǎng)絡(luò)提供完善的配置基礎(chǔ)，滿足用戶儲存數(shù)據(jù)信息以及程序運行的硬件環(huán)境要求。完整性，要求系統(tǒng)具有完善的硬件與軟件配置，上到運行程序，下到硬件結(jié)構(gòu)等，都應(yīng)該與PLC整個網(wǎng)絡(luò)體系相對，將PLC控制網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備對應(yīng)，從而調(diào)整系統(tǒng)的模式，便于進行系統(tǒng)的有效切換。

經(jīng)濟性，則是要從實際生產(chǎn)過程的成本和效益入手，基于系統(tǒng)各硬件和軟件配置情況，評估PLC產(chǎn)品的自身質(zhì)量和產(chǎn)品的服務(wù)效果，采用性價比最高的軟硬件，并從系統(tǒng)配置的本身經(jīng)濟條件選取合適的產(chǎn)品。繼承眭，是要從配合以及軟件等角度，看技術(shù)是否能應(yīng)用到整個系統(tǒng)中。例如，在PLC凈好控制系統(tǒng)配置選取中，具有模板式以及箱體式兩種格式，模板式包含了CPU、內(nèi)存以及電源，而箱體式則是對I/O點數(shù)和機架等進行配置，想要進行特殊配置，則是從特殊單元進行配置，兩種模式的軟硬件配置，主要是從控制系統(tǒng)的運行速度人手、內(nèi)存大小以及應(yīng)用方向入手，確定各大模板是分工還是合并，達(dá)到自動化控制與檢測的要求。

因此，PLC可編程程序控制器系統(tǒng)的配置，要選擇合適的配置設(shè)備，有些會選擇高速計數(shù)器單元用于處理大型高速信號計算，這種單元能自主配置CPU，還能實現(xiàn)計數(shù)器的獨立運行，利用總線還能與PLC連接;有些則是會選擇溫度檢測單元，實現(xiàn)模擬量的計算與監(jiān)控，不直接進行熱電阻信號讀取，而是將溫度值的BCD碼直接顯示出來，還能反應(yīng)發(fā)現(xiàn)阻值的問題，并通過接線解決各項問題。溫度檢測單元的多種類型，能滿足實際數(shù)據(jù)計算與溫度傳感的各項要求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入與傳輸。

5PLC控制網(wǎng)絡(luò)的組建與監(jiān)控實現(xiàn)

PLC控制網(wǎng)絡(luò)的組建，完善結(jié)構(gòu)與配置后，就應(yīng)該設(shè)置三大網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)以太網(wǎng)、Controller Link網(wǎng)以及CompoBus/D網(wǎng)的設(shè)置，實現(xiàn)PLC控制網(wǎng)絡(luò)的實踐運行。以太網(wǎng)的設(shè)置，主要是進行IP地址、單元號以及子網(wǎng)模和節(jié)點號設(shè)置，主要過程如下圖1所示。先設(shè)置節(jié)點號、單元號以及TP地址，然后配置好以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，并通過串口方式連接上位機，將PLC改成編程模式，最后則是通過CX-Programmer構(gòu)建完整的、自動登記I/0表，搭建CPU總線單元，其中包含了子網(wǎng)模以及地址轉(zhuǎn)換方法和FINS UDP端口號等，子網(wǎng)模的設(shè)置可以改成統(tǒng)一的255.255.255.0，地址則是設(shè)置為自動轉(zhuǎn)換，F(xiàn)INS UDP端口號則是設(shè)置成9600。

Controller Link網(wǎng)的設(shè)置過程類似于以太網(wǎng)，但在完成設(shè)置后，則要將CSlG和CSlH分配給不同的CLK內(nèi)存單元，并將CPU的總線單元設(shè)定為C101525～C101549;DM區(qū)：D30100～D30199。CompoBus/D網(wǎng)的設(shè)置應(yīng)在特殊I/O單元、CQMlH從單元，再將節(jié)點號設(shè)置為#2，波特率固定在250Kbps左右。為了更直觀地從上位機上監(jiān)控各PLC的運行狀況、控制對象的狀態(tài)，可以利用CX-NET軟件中的DDE管理器工具結(jié)合北京亞控公司的組態(tài)王，通過DDE方式與OM—RON編程軟件CX-Server中的DDE管理器動態(tài)交換數(shù)據(jù)，從而可實現(xiàn)對各PLC的監(jiān)控。

由于各個公司的專利協(xié)議不同，為了實現(xiàn)全程監(jiān)控，一般都是將最底層的子網(wǎng)設(shè)定為主從式，處于較低層的子網(wǎng)則是采用令牌總線式的模式，在PLC網(wǎng)絡(luò)的中間層進行各站點的分布，實現(xiàn)各站點平等運行，具體情況如下圖2所示。此外，還要按照主線分配方式，將使用權(quán)分配到各個站點上，并將DDE管理器打造成服務(wù)端，在驅(qū)動程序的協(xié)助下采集數(shù)據(jù)，交換數(shù)據(jù)，完成設(shè)備與點的配置。

6結(jié)束語

綜上所述，為構(gòu)建完善的PLC控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，要針對塌縮結(jié)構(gòu)的三層模型，為物理層、數(shù)據(jù)鏈模型以及應(yīng)用層，選擇合適通訊連接方式，將不同層次串聯(lián)起來，應(yīng)用合適的網(wǎng)絡(luò)連接形式，實現(xiàn)PLC的實踐應(yīng)用與全程監(jiān)控。