1、基于以太网的 PLC控制网络研究 摘要 :文章在分析比较了工业以太网和现有的现场总线的各自特点后 ,完成了基于工业以太网的过程控制系统总体体系构架 ,通过基于以太网模式的新型上位机链接连接方式和传统 PLC总线连接方式的比较。认为本系统具有传输效率高 ,经济成本低和可扩展性强的优点。 下载 关键词 :以太网 ;PLC;控制网络 ;传输效率 计算机网络技术的普及 ,世界范围内的产业结构随之发生了根本性地变革。在工业控制领域 ,网络控制技术已经成为自动化技术研究和设计的热点。传统的控制方案已无法满足现代化工业生产的要求。随着Ethernet/Internet 技术和控制技术的相互结合 ,基于 Et
2、hernet 的分布式网络控制系统作为实现现场微观控制和企业宏观决策一体化的优越模式在工业过程控制中赢得了越来越广泛的应用。 一、控制网络 (一 )生产线系统结构 完整的生产线由辅线和主线组成。每个工位的动作执行部件为机械手、机床和 传送带。液压站和输料带在每次正常生产前由主控计算机远程启动。辅线主要辅助主线处理部分产品。当产品从起始工位被送入 A工位进行处理后 ,根据要求从输料带送出。主线可生产的产品种类较多。正常生产情况下 ,产品由起始工位被传送带送入 A 工位 ,依次经过 B 工位、 C 工位、 D 工位、 E工位后 ,被传送带送出生产车间 ,生产工序全部完成。 (二 )控制部分系统结构
3、 该控制系统由主控计算机、操作计算机、视频监控计算机、动画机、交换机、六台串口服务器和六台 OMRON CPM1A/CPM2A PLC所组成。从功能角度 ,整个系 统大致可以划分为面向工业现场设备的以 PLC为核心的控制层和面向控制底层的以主控计算机为核心的监管层。考虑到现场总线通信的局限性和工业网络的发展趋势以及系统的可升级性 ,整个系统采用工业以太网作为主要通信平台。 PLC 为控制层的核心 ,负责现场高速数据采集 ,实现逻辑、定时、计数等控制任务。主控计算机为监管层的中心 ,负责检测操作计算机是否在线、PLC 是否异常以及向 PLC 发送控制命令 ,从而达到整个系统的远程智能控制。操作计
4、算机为自动控制系统的人机交互接口。通过主控计算机实现对系统的启动、停止、初态预置、正常 生产、排错等具体操作。动画机为生产线各机构动作模拟显示终端 ,它将生产线上各相关机构的当前动作以动画形式在等离子体显示器上实时显示 ,并提供当前产品类型、生产线运行开始时间、当天已生产产品数量等丰富信息 ,使工作人员对生产线运行情况随时做到了如指掌。 (三 )基于 C/S 模式的管理信息系统 MIS 客户机 /服务器 (C/S)体系结构是近年来比较风行的一种信息系统运行管理模式。它基于局域网 ,把应用系统分解为两部分 ,在客户机和服务器间取得了平衡 ,实现了在文件服务器上的一次飞跃。 C/S 体系利用通 信
5、网把多台计算机互连起来 ,并且把复杂的任务分到客户机和服务器两种环境中。服务器面向任务 ,其专用于完成某种 /某些特殊的任务 ,如数据库服务、通信服务等 ;客户端面向用户 ,它是作为这些服务的使用者 ,向用户提供一个友好舒适的使用环境 (四 )PLC 的以太网接入方式与传统总线连接方式的比较 1.传输效率比较。传统的 1:N 上位机链接连接方式采用的是直接串口通信模式。 RS-232 信号采用的是半双工传送方式 ,所能直接连接的最大物理距离为 15m。对较远距离的传输 ,必须将串口 RS-232 信号转变为RS-422/RS-485 信号。而基于 TCP/IP 协议的网络控制 ,作为一种现场信
6、息规范化的通用模块 ,其传输速率可达 10 100Mbps。如果采用传统连接方式 ,主控计算机向一台 PLC发送命令需要时间 T,那么向六台 PLC发送命令则需要时间 6T;而在基于 Ethernet 的通信模式下 ,主控计算机在时间 T 内就可将命令发送至所有 PLC。这样 ,基于以太网的传输速率为传统方式的 6 倍 ,能更加实时地对现场进行控制。 2.经济成本上的比较。传统的 1:N 上位机链接连接方式采用串口通信连接模式。为将 R5-232信号转变为 RS-422/RS-485信号 ,以实现信号的低衰减低损耗传输 ,所有 PLC必须配备 RS-422/RS-485适配器 ,通过其专用电缆
7、连接RS-232转 RS-422/RS-485链接适配器 ,再通过 RS-232专用电缆与上位机串口相连 ,所需配件多 ,价格昂贵。该系统采用普通交换机构建基于 Ethernet 的本地星型拓扑网络 ,对于 RS-232 转 TCP/IP 网络信号则是采用价格不高的普通串口服务器 ,各控制设备之间的电缆连接采用普通的超五类双绞线。因此 ,该系统的组网方式具有明显的价格优势。 3.可扩展性方面的比较。串口服务器连接相 应 PLC 构成以太网络中具有唯一 IP 地址的网络节点 ,所有网络节点通过交换机连人工业以太网 ,组建基于 Ethernet 的星型拓扑本地网络。本系统不仅可以用于实时现场数据的密集传输 ,而且预留了现场视频远程监控、实时生产动画远程显示等相应可扩展功能的应用空间。本系统是车间网络单元 ,Ethernet 强大的信息服务和在线数据处理功能 ,使之作为工厂网络的一个节点 ,接入工厂局域网络成为可能 ,从而实现真正意义上的远程实时监控和管理。 二、结语 本文主要介绍了以太网技术、基于以太网的生产线的控制系统的组建、C/S 模式的成功运用 ,并着重讨论了基于 Ethernet 模式的 PLC 通信控制模式相比传统总线模式的特点和优点 ,指出无论从硬件成本、传输效率还是可扩展性方面来讲 ,基于 Ethernet方式的新型上位机链接连接方式都具有明显的优势。
