PLC與人機界面在組網控制中的應用

余俊杰 張 偉 夏 玲 孫 云 楊厚太 錢雪峰

(合肥通用機械研究院，合肥 230088)

近年來，PLC的網絡應用日益廣泛，組成更高級的集散控制系統甚至整個工廠的自動化網絡，已成為工業現代化的趨勢，實現遠程連接和通信成為PLC的基本性能之一。OMRON PLC具有使用方便及可靠性高等特點，在我國工控領域應用較為廣泛。威倫觸摸屏則憑借其強大的功能和友好的界面，逐步贏得廣大用戶的青睞。掌握它們之間的網絡技術和通信方法，能有效地控制成本，并極大地提高遠程監控的便捷性，對進一步推廣PLC和HMI的應用，提高工廠自動化水平具有現實意義。筆者以WeinVIEW 8000 HMI和OMRON CP1H PLC為例，從一屏多機和一機多屏兩條主線，再擴展到多機多屏的網絡控制實現方法。

1 一屏多機的實現方法①

WeinVIEW MT8000 HMI的背面有兩個物理9針串口，一個為9針公頭，COM1 RS485 4W/2W，COM3 RS485 2W/RS232共用；一個為9針母頭，COM1 RS232,COM2 RS232共用。實際上這兩個物理串口包含了3組串口，通過9針頭里不同的管腳定義，可以分配出不同的串口[1]。

在只有一臺PLC且通信距離不超過15m的情況下，選擇RS-232和RS-485通信差別不大；對于多臺PLC且通信距離超過15m的情況，只能選擇RS-485通信[2]。現以RS-485通信為例，闡述組網控制的實現方法。某系統只有一臺HMI，要同時監控多臺PLC，即一屏多機，可以采用如圖1所示的兩種方式實現通信。

HMI自帶的COM1或COM3連接第一臺PLC(作為主機)，與其他PLC之間通過主-從協議交換數據(圖1a)。PLC之間采取RS-485通信時，串行通信分配區域3100CH～3199CH，主站3100～3109，從站每個10通道，最大能實現9臺PLC之間的連接(主站1臺、從站8臺)。其中兩個CP1W-CIF11間的接線方式如圖2所示。

圖1 PLC與HMI一屏多機的兩種通信方式

圖2 兩個CP1W-CIF11的接線方式

通過設定CPU單元前面的撥碼開關，選擇PLC的通信串口，選擇COM1時將SW4撥到OFF；選擇COM2時將SW5撥到OFF。

在PLC串口設置中，分別將主機和從機的通信設置為如圖3 所示的參數模式。同時，主站還要設置NT/PC鏈接最大數，即最大的從機站號；從機中要設置PC鏈接單元號，即從機站號。不同PLC從機通過在相應的PLC串口設置不同的站號來區分通信。

圖3 PLC串口主、從機通信參數設置

HMI還可以僅用COM1或COM3通過RS-485方式分別連接到所有PLC(圖1b)，不同PLC通過在相應的PLC串口設置不同的單元號來區分通信，在WeinVIEW HMI中的系統參數配置如圖4所示。PLC串口設置中，模式仍然為Host Link，不同PLC設置不同的單元號，通過RS-485通信，一臺HMI最多能連接31臺PLC。

圖4 通過單一COM和PLC通信時WeinVIEW HMI的系統參數配置

可以對方法二再進行優化，HMI COM1以RS-485方式連其中的幾臺PLC，COM3以RS-485方式連余下的幾臺PLC，同一COM port下的不同PLC通過設置不同的站號來區分通信，如圖5所示。

圖5 通過兩個COM和PLC通信時WeinVIEW HMI的系統參數配置

方法一直接與HMI相連的只有一臺PLC，其余PLC是利用PLC的串行通信功能，與主PLC進行數據交換的，分配區域和通信數量都有較大限制；方法二是利用HMI與PLC之間的串行通信，PLC之間的數據交換都要通過HMI傳輸，這樣對HMI的CPU要求較高，如果使用同一個COM port，有時需在等待完成對第一臺PLC的命令后，才會執行對第二臺PLC的命令，這樣對兩臺PLC的命令會互相影響。在方法二的基礎上，盡量同時利用觸摸屏的多個COM port，以提高通信速率和可靠性。

2 一機多屏的實現方法

在一個系統中，多臺HMI同時監控一臺PLC，即一屏多機，HMI可以通過串口或以太網連接遠端HMI，并讀取遠端HMI上PLC的數據，如圖6所示。

圖6 通過串口實現一屏多機的連接

HMI對每一臺它所支持的PLC都可以支持主機-副機通信方式。所有的HMI一臺連著一臺，而第一臺與PLC連接。和PLC直接相連接的第一臺HMI為主機，所有不與PLC直接相連的為副機，它們可以通過第一臺HMI來獲得PLC數據。主機在系統參數設置時，要配置本機HMI和與其相連的PLC接口類型，所在位置均設為本機。副機在系統參數設置時，除配置本機HMI，還要配置主機HMI和與其相連的PLC，所在位置均為遠端。

主機HMI在系統參數中要配置本機HMI和與它相連的PLC接口類型，所在位置均為本機，如圖7所示。

副機在系統參數設置時，除配置本機HMI，還要配置主機HMI和與其相連的PLC，所在位置均設為遠端，地址均為主機HMI的IP，如圖8所示。

圖7 一屏多機主機HMI的系統參數配置

圖8 一屏多機副機HMI的系統參數配置

MT8000 WeinVIEW HMI支持以太網口通信，通過交換機將不同HMI連接在一起，并將IP設置到同一域下，即可實現多臺觸摸屏之間的通信。MT6000系列及更早期的WeinVIEW還不支持以太網通信，可以選擇RS-485串行端口方式來實現[3]。

在RS-485組網過程中需要注意的問題是，在設備少且距離短的情況下整個網絡能很好地工作，但隨著距離的增加性能會有所降低。一般終端匹配采用終端電阻方法，RS-485應在總線電纜的開始和末端都并接終端電阻。終端電阻在RS-485網絡中取120Ω，相當于電纜特性阻抗的電阻，因為大多數雙絞線電纜特性阻抗約在100～120Ω。

3 多機多屏實現方法

在熟悉了一屏多機和一機多屏通信的基礎上，進一步構建多屏多機網絡就相對容易得多。某實驗大樓的一、二、三層分布有許多設備，分別由3臺PLC主機進行控制，且每層都配有一臺HMI。設計目標是：在任何一層的控制室，都能同時監控所有設備，任何一臺HMI執行操作后，在其他HMI上都能實時反映，這就要求構建由PLC和HMI組成的控制網絡。筆者先畫出需要組成通信網絡的所有設備，根據位置進行分部排列，組成如圖9所示的網絡拓撲；然后針對某個樓層，采用一屏多機方法，通過RS-485通信連接，使每個樓層的HMI都能對該層的3個PLC實行監控；針對不同樓層的HMI之間，可采用一機多屏方法，通過RS-485或以太網通信，在HMI的系統參數中添加遠端HMI和與之相連的PLC參數，實現每個HMI要監控其他樓層的PLC，最終實現整個系統的監控要求。

圖9 網絡拓撲

當然，對于每個案例，可以構建多種網絡，都能實現控制要求，但大致思路大致相同，現總結如下：

a. 根據控制要求將所有設備作為支點，之間的通信作為連線，設計控制拓撲；

b. 根據拓撲圖，選擇合適的通信分類方式，如哪幾臺設備可以設計為一屏多機，哪幾臺設備可以設計為一機多屏，再按照上述方法實現局部通信；

c. 通過以太網或串行通信，將局部通信歸總，實現整個網絡的通信要求。

對于實際工程案例而言，在實現功能的前提下，還要對操作的方便性、使用的穩定性及經濟性等多方面進行評估，從而選擇最優方案。需要注意的是，一個網絡總線中，只能存在一個主機，多個從機一定要用不同的站號來區分。另外，條件允許的情況下，盡量要以不同的COM port實現。

4 結束語

在常規PLC和HMI通信的基礎上，對一屏多機和一機多屏的通信連接方式做了詳細介紹，并比較不同連接方式的優、缺點。然后針對多屏多機網絡，以實際工程為例，闡述網絡控制的實現方法，并總結常規的構建思路和注意事項。這對提高工廠的自動化水平，降低遠程監控的成本，實現資源優化配置，都具有積極意義。