PLC控制網絡的組建與監控

韓津

摘要：PLC是ProgrammableLogicControlle的簡稱，意指可編程的邏輯控制器，多用于工業自動化技術中，當前針對PLC的技術與應用研究，主要是集中于實3EPLC對網絡的控制，以優化網絡性能，實現對機械設備與工業生產的自動化、高效化與信息化控制。PLC控制網絡的組建與監控，面向當下的以太網、ControllerLink網和CompoBus/D網等，組建立完善的網絡控制體系，并實現在線監控與全程監控，做好信息采集、整合與運輸的控制，以提升PLC網絡性能，為工業自動化發展奠定基礎。

關鍵詞：PLC;控制網絡;組建與監控

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）01-0015-02

PLC是在自動化網絡控制與組建中占據重要地位，很多企業為了實現生產的全自動化，致力于實現PLC網絡組建與監控，從而監控整個信息采集過程，深入掌握PLC網絡的特點與性能，并實現PLC網絡的運行。隨著控制系統的快速發展，工業發展過程中為滿足工業生產的預算和數據儲存需求，PLC逐步被應用到工業自動化領域中，PLC網絡也展現出了與其他局域網不同的性能優勢與特點，為控制系統的發展奠定了基礎。鑒于此，在新時代背景下，PLC要跟隨控制系統的大規模與網絡化發展，實現對網絡的控制與信息采集監控，實現PLC控制網絡與上層監控、管理的整合，持續性提升工業的自動化程度。

1PLC控制網絡的發展價值與趨勢

1.1PLC控制網絡的發展價值

PLC控制網絡在工業中的應用，多數以子系統的形式連入大型系統中，并與PLC網絡連接，實現PLC控制網絡在高層子網配置中的多樣化、標準化以及通用化發展，切實提升自動化控制程度。PLC控制網絡與DCS系統一樣，都以標準化與互連化為目標，促進工業走向高配置、高自動化、信息化的發展道路。因此，PLC控制網絡要在高層內完成與網絡的互聯、標準化組建。PLC、機器人、CAD/CAM是工業自動化的三大支柱，控制領域內PLC控制網絡的組建與監控，能推動控制系統的大規模、網絡化發展，且將網絡與控制系統對接，能將最底層的生產現場信號采集、信號轉換以及數據處理、通信等與上層監控、管理結合起來，也能將PLC作為子網與其他類型系統連接，展現其較強的靈活性，便于企業更好地關注生產實際情況。現如今，PLC控制網絡，正面向三種具體網絡——以太網、ControllerLink網、CompoBus/D網等展開分析，以高性價比、高運輸速度作為組建目標，構建起完善的PLC控制網絡系統，為工業局域網提供新的聯盟，實現工業網絡、信息、控制的全面革新。

1.2 PLC控制網絡的發展趨勢

PLC控制網絡正在高層子網實現優化配置，保證網絡配置通用化、標準化發展，抑或構建統一的網絡連接模式，實現PLC控制網絡與其他網絡的無縫對接。例如，PLC的TDC3000集散系統在最高層中的LCN子網主要是以IEEE802.4協議為主，進行在線網絡連接，而1/AS集散系統則是將寬帶局網作為最高層，采用的協議是全MAP兼容協議，CENTUM-XL集散系統則是以將sV NET子網作為最高層，其配置以MAP規約或是Ethernet協議。所以，從整體發展趨勢來看，PLC控制網絡致力于實現高層配置通用化與標準化，保證能與工業局域網的高層互連，達到網絡互動，多層網絡運轉控制的目標。高層配置的通用化趨勢，意味著PLC控制網絡能更快地適應網絡發展，切實在工業局域網領域中構建完善的標準與協議。

2PLC控制網絡的類型與通信機制

PLC控制網絡當前還處于起步建設階段，通信機制雖然相對健全，但是缺乏完整的結構框架等，各方面的發展并不統一。首先，在協議發展方面，PLC控制網絡的協議多樣化勢態尤為明顯，除卻專利通信協議以外，其他層的子網專利協議都比較個性化，各個公司都是采用自己的專利協議。問題就在于這些專利協議，都是應用在PLC控制網絡的最底層或是較低層，與最高層的標準協議不同，對實時性的要求更高，無法采用ISOX層模型，只能通過物理層、數據鏈路層以及應用層的塌縮結構。物理層、數據鏈路層的協議差別不大，但是應用層的協議千變萬化，很容易出現響應種類、含義或是代碼不一致，很有可能還會出現信箱結構不同等情況，不同控制系統之間無法通用。則就意味著，配置了不同協議的PLC控制網絡之間的通信響應緩慢，通信過程更加復雜，不利于各大企業或是環節之間溝通。

其次，PLC控制網絡系統框架更為復雜。PLC網絡通信框架，由于協議的影響，只能選擇塌縮結構的三層模型，將不同層次的網絡分開，在設計PLC系統時也要更加關注這些，盡量選擇同廠商同系列的PLC產品搭建PLC控制網絡系統，再通過高層與CIMS或大型DCS連接。此外，在監控過程中也需要與網絡模型一樣，構建起多層次的監控體系，既要實現不同設備的兼容，也要搭建起完善的控制系統，確保PLC運行機制的健全性與穩定性。建造系統的同時，還要清楚了解系統會涉及哪些專利通信協議，基于工業實際伸長要求，建立完整的通信程序，明確專利協議中命令、相應及幀格式等，配置相同錫類的專利協議，通過個人計算機作為上位機，然后用數臺PLC作為下位機構，組成網絡體系便于實踐操作。

3PLC控制網絡通訊接口連接模式

PLC控制網絡的組建，離不開這幾種連接方式的應用，為發揮PLC控制網絡的具體應用價值，切實優化生產流程，監控生產質量以及產品位置等，應將PLC控制系統一分為二，一部分作為庫存管理系統，另一部分則是作為自動控制系統，兩個系統相互輔助，就能為整個生產流程進行全面監控與監督，在編程傳感器與執行器的支持下實現生產過程的自動化管理和產品進出的全面監控，掌握產品的出入庫實踐、品質類型等，便于提升生產效率以及自動化工作質量。第一，同種類型的網絡連接形式，應采用PG/PC通訊卡，且在通訊卡的具體應用中需要合理劃分功能，從而發揮不同層次的應用價值。這種通訊卡的形式很多樣，對于同種類型的網絡連接需求而言，應按照實踐應用環境改變通訊連接方式，以此便于不同層次和協議之間相互對接。第二，PLC固定模塊，這種米快屬于智能化模塊的一種，能夠將PLC與專用網絡連接起來，且能降低自動化控制體系對CPU的負面影響，且可以提升PLC系統的整體性能。因此，在專用網絡連接中的應用價值更高。第三，集成編程結構也被廣泛地應用在PLC控制網絡通訊結構中，但局限于MPI與PPL的網絡通訊中，作為借口的形式，實現PLC控制網絡與另外兩大網絡體系的對接，雖然應用局限性較大，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用于控制網絡中，能夠與多種不同結構、不同網絡形式對接，具有較強的連接效果，在實際生產中的應用價值更高。

4PLC可編程程序控制器系統結構的配置

想要實現整個過程的監控與信息采集管理等，就要合理配置系統軟件及硬件，按照PLC系統配置的整體性、可靠性以及繼承性等各種原則，選擇合適的材料與設備，為PLC控制網絡提供完善的配置基礎，滿足用戶儲存數據信息以及程序運行的硬件環境要求。完整性，要求系統具有完善的硬件與軟件配置，上到運行程序，下到硬件結構等，都應該與PLC整個網絡體系相對，將PLC控制網絡與設備對應，從而調整系統的模式，便于進行系統的有效切換。

經濟性，則是要從實際生產過程的成本和效益入手，基于系統各硬件和軟件配置情況，評估PLC產品的自身質量和產品的服務效果，采用性價比最高的軟硬件，并從系統配置的本身經濟條件選取合適的產品。繼承眭，是要從配合以及軟件等角度，看技術是否能應用到整個系統中。例如，在PLC凈好控制系統配置選取中，具有模板式以及箱體式兩種格式，模板式包含了CPU、內存以及電源，而箱體式則是對I/O點數和機架等進行配置，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，主要是從控制系統的運行速度人手、內存大小以及應用方向入手，確定各大模板是分工還是合并，達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的配置，要選擇合適的配置設備，有些會選擇高速計數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，還能實現計數器的獨立運行，利用總線還能與PLC連接;有些則是會選擇溫度檢測單元，實現模擬量的計算與監控，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，還能反應發現阻值的問題，并通過接線解決各項問題。溫度檢測單元的多種類型，能滿足實際數據計算與溫度傳感的各項要求，實現數據的輸入與傳輸。

5PLC控制網絡的組建與監控實現

PLC控制網絡的組建，完善結構與配置后，就應該設置三大網絡，實現以太網、Controller Link網以及CompoBus/D網的設置，實現PLC控制網絡的實踐運行。以太網的設置，主要是進行IP地址、單元號以及子網模和節點號設置，主要過程如下圖1所示。先設置節點號、單元號以及TP地址，然后配置好以太網網絡，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，其中包含了子網模以及地址轉換方法和FINS UDP端口號等，子網模的設置可以改成統一的255.255.255.0，地址則是設置為自動轉換，FINS UDP端口號則是設置成9600。

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

由于各個公司的專利協議不同，為了實現全程監控，一般都是將最底層的子網設定為主從式，處于較低層的子網則是采用令牌總線式的模式，在PLC網絡的中間層進行各站點的分布，實現各站點平等運行，具體情況如下圖2所示。此外，還要按照主線分配方式，將使用權分配到各個站點上，并將DDE管理器打造成服務端，在驅動程序的協助下采集數據，交換數據，完成設備與點的配置。

6結束語

綜上所述，為構建完善的PLC控制網絡系統，要針對塌縮結構的三層模型，為物理層、數據鏈模型以及應用層，選擇合適通訊連接方式，將不同層次串聯起來，應用合適的網絡連接形式，實現PLC的實踐應用與全程監控。