通過現場總線CAN-bus網絡對多臺PLC進行聯網控制
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可編程控制器(PLC)是一種數字控制專用電子計算機,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、計數與演算等功能,并通過模擬和數字輸入、輸出等功能組件,控制各種機械或工作程序。長期以來,PLC一直在各個行業的自動化控制領域得到廣泛的使用,為各種各樣的自動化設備提供了非常可靠的控制應用。
PLC系統的工作任務相對簡單,且需要傳輸的數據量一般不會太大,所以常見的PLC系統為一層網絡結構。PLC一般應用在小型自控場所,比如設備的控制或少量模擬量的控制及聯鎖。小范圍的集中式控制環境是PLC發揮功能的最佳舞臺。
目前,只有少量型號的PLC集成有Ethernet或現場總線CAN-bus通訊接口,價格也較貴;一般常見PLC型號沒有隨本機集成通訊功能,不便于組建多臺PLC構成的中型控制網絡。但是,隨著應用技術的發展,經常會出現一些應用場合,在面積較大的范圍內,需要n臺PLC協同完成一個系統的綜合控制。此時,原有集中控制的單一PLC控制方案就顯得力所不及,PLC網絡的需求也應運而生。
本文提出了一種基于現場總線CAN-bus的PLC網絡方案,能夠對多臺聯網的PLC實現遠程配置、數據通信,并能夠在投入較低硬件成本的基礎上,實現良好的系統運行性能。這個方案也充分發揮了現場總線CAN-bus的通信特點：實時、可靠、高速、遠距離、易維護等。此方案是現場總線技術與集中控制技術的有機結合,聯網后的PLC網絡可以構成一個性能優秀的DCS系統;用戶在同一個主控制器上可以遠程監控、改變任何一臺聯網PLC的程序或狀態。
2、PLC網絡的兩種方式
通用PLC一般都會提供1~2個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議,或者Modbus協議,實現PLC設備的通訊與配置。構建PLC網絡,即利用PLC本機的這一類通訊端口,將其擴展成為能夠與多臺設備聯網,實現多點通訊的現場總線CAN-bus通訊接口。
根據網絡中主控制器的不同,PLC網絡可以分為以下方式：
*多臺PLC聯網,各PLC地位平等,可外擴HMI人機界面。
*多臺PLC聯網,由1臺工控PC作為主控制器與操作界面。
3、多臺PLC串行聯網
通過一個RS-232/RS-485轉CAN-bus網關進行信號轉換,獨立PLC就具有了現場總線CAN-bus通訊接口。多臺具有現場總線CAN-bus通訊接口的PLC之間相互連接,即可以組建PLC網絡。
每一臺連接PLC單元的RS-232/RS-485轉CAN-bus網關都可以設定一個獨立的設備ID號,長度為11位或29位,用作為該PLC單元的地址。每一臺聯網的PLC單元在發送數據時,可設定在數據流中自動添加本地網關的設備ID號;同理,每一臺PLC單元在接收數據時,可設定由網關檢查數據流中的設備ID號,自動接收符合要求的數據。
通過上述方式組建的PLC網絡,各臺PLC地位平等,任何一臺PLC均可以主動發起數據通訊,由CAN-bus網關起硬件自動仲裁作用,保障每一次通訊的數據不丟失;網絡中的PLC數量不受限制,數百、上千臺PLC都可以連接在同一現場總線CAN-bus網絡中。同時,這個PLC網絡中還可以連接具有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網絡,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價比。
4、多臺PLC與工控PC并行聯網
工控PC能夠深入地配合PLC廠商提供的各種軟件,從而實現更多強大的功能,比如系統配置、人機界面、組態開發等,在PLC領域的作用也越來越不可或缺。通常,工控PC與單臺PLC通過1個串口連接通訊,實現各種擴展功能;但串口的通訊距離、節點數量都受到了串口本身的性能限制。比如,RS-232標準只可以實現“點－點”通訊,RS-485/422標準能夠實現32個節點以內的通訊,但通訊距離、抗干擾能力都比較弱,并不能夠滿足實際工業現場多臺PLC聯網應用的需求。
工控PC內置PC-CAN接口卡,可以建立起1條或者多條現場總線CAN-bus網絡,并通過連接在CAN-bus網絡中的網關RS-232/RS-485轉CAN-bus轉換器,借助于CAN-bus網絡配套的“虛擬串口”軟件,建立多達2047個標準的串行通訊端口,從而連接多達2047條串行網絡。也就是說,可以在同1條普通雙絞線上連接多達2047臺PLC設備,工控PC訪問連接在這條CAN-bus網絡上的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網絡的系統結構如圖 1所示。按這一種方式的建立PLC網絡的通訊效率較高,應用靈活,是一般PLC網絡建設的主流方向。
圖 1 多臺PLC與工控PC并行聯網
5、PLC網絡的硬件組成與連接
建立PLC網絡,除了實現具體功能的PLC設備,還需要一些建立現場總線CAN-bus網絡的設備,主要有RS-232轉CAN-bus網關、PC-CAN接口卡等。
1.RS-232轉CAN-bus網關
CAN232MB 轉換器是一種常用的RS-232轉CAN-bus網關。轉換器集成1個RS-232通道、1個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設備具有與現場總線CAN-bus網絡通訊的能力。轉換器提供三種工作模式——透明轉換、透明帶標識轉換、Modbus協議轉換,分別可以支持不同通訊協議的PLC設備。通過PC配置軟件,CAN232MB轉換器可設定一個獨立的11位或29位設備ID號,可以用作為該網關所連接PLC設備的地址編號,并對往來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網關。
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