PLC教程理论篇之PLC 联网通讯.docx
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1、PLC教程理论篇之PLC 联网通讯PLC教程理论篇之PLC 联网通讯一 关键词:监控与数据采集 SCADA、人机界面、网络层次、地址映射通讯、地址链接通讯、协议通讯、无协议通讯、串口通讯、组态软件、可编程终端 PLC 与 PLC、PLC 与计算机、PLC 与人机界面以及 PLC 与其它智能装置间的联网通讯,可提高 PLC 的控制能力及扩大 PLC 控制地域;可便于对系统监视与操作;可简化系统安装与维修;可使自动化从设备级,发展到生产线级,车间级,以至于工厂级,实现在信息化基础上的自动化,为实现智能化工厂、透明工厂、及全集成自动化系统提供技术支持。 本章将对 PLC 的这些联网通讯进行简要讨论。
2、 一、PLC 联网通讯目的 联网是 PLC 通讯的物质基础,而实现通讯才是 PLC 联网的目的。PLC 通讯的根本目的是与通讯对象交换数据,增强 PLC 的控制功能,实现被控制系统的全盘自动化、远程化、信息化及智能化。具体的有: 1扩大控制地域及增大控制规模: PLC 多安装于工业现场,用于当地控制。但如果进行联网,则可实现远程控制,实现控制的远程化。距离近的可以为几十、几百米,远的可达几千米,或更远,可大大扩大 PLC的控制地域。 联网后还可增加 PLC 可控制的 I/O 点数。这里,尽管每台 PLC 控制的 I/O 点数不变,但由于联网后,为多台控制,其总点数为参与联网的 PLC 控制点数
3、之和。显然,其可控制的规模要比单个 PLC 的规模大。 不少事实说明,两个或若干个中型机联网,由于提高了控制能力,可以达到一个大型机的控制点数,而费用比大型机要低得多。因而,用小型 PLC 联网,去替代大型 PLC,已成一个趋势。 2实现系统的综合及协调控制: 用 PLC 实现对单个设备的控制是很方便的。但若有若干个设备要协调工作,用 PLC 控制,较好办法是联网。即每个设备各用一个 PLC 控制,而这些 PLC 再进行联网。设备的单独工作各由各的 PLC 控制,而设备间的工作协调,则靠联网后 PLC 间的数据交换解决,以达到协调控制的目的。 若要对若干设备及装置组成的生产线,PLC 联网后则
4、可进行综合控制,把对设备级的控制提高到对生产线的控制。 3简化系统布线、维修,并提高其工作的可靠性: 联网后可简化布线,因为 PLC 与 PLC 间尽管要交换的数据很多,但通讯媒介都是通讯线。通讯线仅两根,最多的也只有三根,或四根,比一个信号用一对接线,要少得多。所以,用联网实现控制,其布线要比仅用一台 PLC 布线要简单得多。 布线简单既可节省硬件开支,还便于系统维修。 同时,联网后各 PLC 可相对独立地进行工作,只要协调好了,个别站出现故障,并不影响其它站工作,更不致于全局瘫痪。故,进行联网可提高系统工作的可靠性,降低系统的故障风险。 4实现计算机监控与数据采集 SCADA: 由于计算机
5、具有强大的信息处理及信息显示功能,工业控制系统已越来越多地利用计算机对系统进行监控与数据采集。而要计算机实现这个功能,则必须使 PLC 与计算机联网,并运用相应的预先设计好的监控软件。 PLC 与计算机联网,可以: 读取 PLC 工作状态及 PLC 所控制的 I/O 点的状态,并显示在计算机的屏幕上,以便于人们了解 PLC 及其控制的设备的工作状态。 改变 PLC 工作状态,以及向 PLC 写数据。这可改变 PLC 所控制的设备的工作状况,或改变 PLC 的工作模式,起到人们干预控制的作用。 读取由 PLC 所采集的数据,并进行处理、存储、显示及打印,以便于人们更好地使用现场数据。 这 个 工
6、 作 也 称 为 监 视 与 数 据 采 集 , 即 SCADA ,是实现在信息化基础上自动化的一个重要工作。 5实现人机界面的监控及管理: 人机界面或可编程终端,可显示数据,又可写入数据。具有较强大的信息采集及信息显示功能。近来已用得越来越多。 用它与 PLC 通讯,可从 PLC 读取数据,并予以显示。也可把向它写入的数据,再传送给 PLC,改变 PLC 的状态或输出,实现对 PLC 或系统的控制。 为此,也要先在计算机上,运用有关工具软件,设计好数据显示及写入的画面,作好有关设定,再进行编译。编译通过后,下载给人机界面。有了这个的下载的应用,并与 PLC联机后,人机界面才能从 PLC 读取
7、数据及向 PLC 写数据。 虽然,它的功能不如计算机,但它的体积小、工作可靠,很适合于工业环境。在一定程度上,也可起到 SCADA 的作用。 6实现 PLC 用计算机编程及调试: PLC 编程是较麻烦的。若用手持编程器,通过助记符编程则更麻烦。但若用计算机与PLC 联网,再使用相应的编程软件,则可使用梯形图或流程图语言编程,以至于还可用其它高级语言编程,则较方便。 而且,用计算机编程,还可对所编的程序进行语法检查,便于发现与查找程序错误。同时,计算机编程还可对输入点的状态进行强制置位或复位,可模拟现场情况运行程序,进而可发现与解决程序中语义方面的问题。 此外,计算机编程还可存储、打印程序,或把
8、程序写入 ROM 中等等,便于程序的移植及重用。 所以,使用与计算机联网,进行 PLC 编程已是一个趋势。有的厂家的高级的 PLC 编程器,实质就是笔记本式个人计算机。它与 PLC 相联,实际就是一种链接,就是这个趋势的体现。 7实现现场智能装置管理: 工业现场的普通开关量及模拟量输入、输出等装置,都是通过信号线与 PLC 的 I/O 点相连,直接由 PLC 管理。而智能装置,包括智能设备、智能仪表、智能传感器、条形码扫描器及其他设备等,都有自身的 CPU、内存及通讯接口。自身可采集或使用数据。可通过通信接口与 PLC联网。PLC 可用通讯交换数据的方法,实施对这些装置的管理,以提高控制的及时
9、性、精度度及抗干扰能力,以及推进控制的远程化、信息化。只是,这些智能装置,价格较高。一般系统是不用的。 8实现远程诊断与维护: 有的 PLC 配备有远程诊断与维护系统。可通过联网,甚至互联网,利用厂家提供的通 讯模块与专用软件,实施远程数据采集与故障诊断,并实施相应维护,如下载新版本的硬件驱动程序等。 9实现 PLC 控制信息化、智能化: PLC 联网,最重要的一点是实现 PLC 控制的信息化、智能化。 信息化是当今信息社会的潮流。已给世界带来了巨大的经济效益与社会效益。而企业的信息化管理,推行企业资源计划、信息执行系统,以至于产品生命周期计划,更是给企业带来了不可估量的效益,所以,使用 PL
10、C 进行控制的同时,也要考虑到如何推进信息化,或说要在信息化的基础上推进自动化。而 PLC 控制信息化最好的,也是唯一的方法是联网,最终能上信息高速公路,与互联网相接。事实上,现在,很多PLC 都可实现这个联接。有的厂家提出用 PLC 建立智能工厂、透明工厂、全集成系统或 e自动化,并为此作了很多努力,但它的基本途径还都是靠联网。 智能化是自动化、远程化及信息化的进一步的必然要求。随着自动化、远程化及信息化的推进,系统越来越复杂,如没有智能化的自身管理,以及当地与远程的故障诊断、记录,系统的维修将是相当困难的。但是,要实现智能化,必须有很多可共享的资源。为此,也必须联网。而要能进行远程系统诊断
11、、维修,则更须要联网。 当然,PLC 与自身的外设,如简易编程器,也有链接、通讯。也都有各自的目的。等等。总之,PLC 通讯具体目的很多,但从根本上讲,主要是交换数据,增强控制功能,实现控制的远程化、信息化及智能化。 二、PLC 联网通讯类型 1按通讯对象分: 按通讯对象分有:PLC 与 PLC、PLC 与计算机、PLC 与人机界面及 PLC 与智能装置。 而这些通讯的实现,在硬件上,要使用网络;在软件上,要有相应的通讯程序。 网络发大体上分有 3 级,分别用于 PLC 与计算机、PLC 与 PLC 及 PLC 与智能设备联网、通讯。这 3 级是: 企业级,也称信息层,管理级、有的称为数据通讯
12、层,主要用于 PLC 与计算机或计算机与计算机联网通讯,以实现生产等管理。其通讯的数据量大,要求通讯的速度高,但通讯的实时性要求低些。即使短时间停止数据交换也是允许的。 车间级,也称控制层、单元级,有的称为数据及现场通讯层,主要用于 PLC 间联网通讯,以实现对多台设备或生产线的控制。它交换数据量小些,但通讯的可靠性、实时性要求很高。一般即使短时间的数据交换停止也是不允许的。 现场级,也称设备层,有的称现场通讯层,主要用于 PLC 与现场设备及传感器/执行器联网通讯,以实现 PLC 对现场设备及智能装置的信息采集与工作控制。交换数据量更小。 但通讯的可靠性、实时性要求更高。即使短时间的数据交换
13、停止,将影响 PLC 控制功能的实现。 提示:这里把网络分为 3 级,或 3 层。但这个层与 OSI的网络参考模型的层是不同的。后者定义的 7 层,即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层及应用层,是构成标准网络的层。既然是参考模型,所以,多数PLC 网络都不是完全按照这个模型构成的,而多只是它的简化。 要指出的是,计算机早就配备有标准通讯串口,PLC、智能装置、人机界面也多配备有通讯串口。如这些串口用的为 RS-232 口,那 PLC 与计算机、PLC 与 PLC 及 PLC 与智能装置间直接连线,就可进行通讯。如这些串口为 RS-485 或 422 口,也还可在计算机与 PLC
14、、PLC 与 PLC 及 PLC 与智能装置间联接成网络,进行 1 站点对多站点,多站点对多站点,或站点间相互通讯。这是 PLC 联网通讯最简单、最便宜、最早使用、也是最基本的解决方案。 因而,仅用标准通讯串口去组成上述 3 级网络,进行通讯,也完全是可能的。至于在个别层使用这个方案,则是很常见的。只是用这个串口通讯速度,通讯距离多受限制,交换的数据量也有限,所以,从整体上讲,没有这么做的。 提示:使用串口通讯,通讯双方用的串口应该相同。否则无法通讯。可喜的是,各种串口相互都可转换,只是要用特制的转接器或电缆。这些转接器或电缆,有的 PLC 生产厂家有提供,有的可向生产此类电缆的厂家购买。此外
15、,当今 UBS 口很流行,有的计算机,以至于 PLC 已不配置串口,但配置有 USB 口。而它也可与各种特性的串口相互转换,以实现联网通讯。 PLC 与计算机联网通讯: OMRON PLC 可用标准通讯串口建立 HOST LINK 链接或网络。其目的是实现 PLC 与计算机通讯,可一台 PLC 与一台计算机进行链接;也可一台计算机与多台 PLC,或多台计算机与多台 PLC 联网。进行上位链接或联网后,PLC 的编程就可使用计算机。PLC 的工作也可由计算机进行监控。 而最有效的方法还是使用有关通讯模块,组成相应通讯网络。OMRON PLC 可组成的网络有,CONTROL-LINK 网,SYSM
16、AC- LINK 网,SYSMAC- NET- LINK 网及以太网。 但比较常用的是 OMRON 以太网。 西门子 PLC 可用 RS-485 串口建立 PPI、MPI网。都是主、从网络,计算机或SIMATIC编程器等为主站,PLC 为从站。可进行一对一,或一对多通讯。 而最有效的方法还是使用有关通讯模块,组成相应通讯网络。西门子 PLC 可组成的网络有,Profibus 网、工业以太网,但比较常用的为西门子的工业以太网。 三菱 PLC 可用标准通讯串口 RS-232C 口与 PLC 的编程口,或 RS-232C 模板,或 RS485模板,进行 1 比 1 链接通讯,或建立 1 比 N计算机
17、链接、联网通讯。在通讯中计算机为主站,PLC 为从站。 而最有效的方法还是使用有关通讯模块,组成相应通讯网络。三菱 PLC 可组成的网络有,CC-LINK 网、MELSECNET/10、MELSECNET、MELSECNET/B、MELSECNET/H、MELSEC I/O-LINK、MELSECNET FX-PN 及以太网。 但比较常用的是三菱以太网。 PLC 与 PLC 间联网通讯: OMRON PLC 也可用标准通讯串口建立数据链接网络,或通过通讯指令实现通讯。 最有效的方法还是用有关通讯模块,组成相应通讯网络。OMRON PLC 可组成的网络有,COMBOBUS/D 网,COMBOBU
18、S/S 网,PLC I/O 链接网,PLC 链接网,CONTROL-LINK 网,SYSMAC-LINK 网,SYSMAC- NET- LINK 网及以太网。 但比较常 用的是 CONTROL- LINK 网。 西门子 PLC 用标准通讯串口建立 PPI、MPI 网。它不仅可用于计算机与 PLC 联网、通讯,也可实现 PLC 与 PLC 联网、通讯。PPI 使用的协议为西门子的 PPI 协议。可通过运行程序设定,把某 S7-200 站点设为主站。此时,设为主战的 S7-200 机,可以用网络读和网络写指令,读、写其他 CPU 中的数据。此外,还可通过运行程序设定串口为自由端口模式。这时,其通信
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