摘要：以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動化和過程控制領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，本文介紹了PLC與以太網(wǎng)的結(jié)合方式，主要分析應(yīng)用組態(tài)王軟件，實現(xiàn)三菱A系列PLC在以太網(wǎng)中與上位計算機的通信功能。

     關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)；通信；程序設(shè)計

    1 引言

    隨著運動控制、計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，信息交換的網(wǎng)絡(luò)正迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場設(shè)備到控制、管理的個個層次，從工段、車間、工廠到企業(yè)集團，這些導(dǎo)致了當(dāng)前企業(yè)網(wǎng)絡(luò)不同層次間數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)通信已變得越來越復(fù)雜。人們對工業(yè)局域網(wǎng)的開放性、互聯(lián)性、寬帶等方面提出了更高的要求，應(yīng)用傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線的工業(yè)控制網(wǎng)已無法實現(xiàn)企業(yè)管理自動化與工業(yè)控制自動化的無縫接合，技術(shù)上早已成熟的以太網(wǎng)自然就成為人們的首選對象。以太網(wǎng)不僅在工業(yè)自動化和過程控制領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，而且早已確立了在局域網(wǎng)（LAN）市場上的主導(dǎo)地位，成為當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

    目前以太網(wǎng)產(chǎn)品已得到空前的發(fā)展，快速以太網(wǎng)產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用，采用交換和快速以太網(wǎng)技術(shù)的工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成為工業(yè)控制系統(tǒng)的一種新的工業(yè)通信網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)有以下一些優(yōu)點：

    （1）以太網(wǎng)可以滿足控制系統(tǒng)各個層次的要求使企業(yè)信息網(wǎng)與控制網(wǎng)得以統(tǒng)一。

    （2）可使設(shè)備的成本下降，以太網(wǎng)網(wǎng)卡價格要低于其他控制網(wǎng)的網(wǎng)卡。

    （3）有利于企業(yè)工程人員的學(xué)習(xí)和管理，幾乎每家企業(yè)都具備有以太網(wǎng)維護能力的人員，無需再專門學(xué)習(xí)。

    （4）易于與其他網(wǎng)（如Intenet）集成。

    2 CSMA/CD與以太網(wǎng)

     CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access With CollisionDetection）是計算機局域網(wǎng)常用的訪問控制方式之一，含有兩個方面的內(nèi)容：載波偵聽（CSMA）和沖突檢測（CD）。CSMA/CD訪問控制方式主要用于總線型和樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，基帶傳輸系統(tǒng)。信息傳輸是以“包”為單位，簡稱信包。CSMA/CD的核心是信道競爭算法，它有多種形式。IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)所對應(yīng)的是“1－堅持CSMA/CD”，它定義了在1Mbit/s到10Mbit/s各種介質(zhì)上運行的“1－堅持CSMA/CD”。現(xiàn)在，一般把符合IEEE802.3的特定實現(xiàn)稱作以太網(wǎng)。

     在不同介質(zhì)上實現(xiàn)以太網(wǎng)的成本和功能不同，除了標(biāo)準(zhǔn)的10Mbit/s粗纜基帶網(wǎng)外，還有雙絞線以太網(wǎng)、細(xì)纜以太網(wǎng)和寬帶以太網(wǎng)等。 

     以太網(wǎng)中的幀（frame）對應(yīng)計算機接口中收發(fā)收據(jù)的緩沖區(qū)，是物理網(wǎng)絡(luò)上每次實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。幀的大小和格式對高層協(xié)議的設(shè)計有重要影響。以太網(wǎng)的幀是變長的，其長度從64字節(jié)～1518個字節(jié)不等。IEEE802.3協(xié)議規(guī)定的介質(zhì)訪問控制幀格式如圖1所示：
        
                

    以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，結(jié)點的發(fā)送是需要通過競爭獲得總線的使用權(quán)，而其他結(jié)點都應(yīng)處于接收狀態(tài)。

    3 PLC與以太網(wǎng)的結(jié)合

    PLC的以太網(wǎng)通信，根據(jù)完成的功能不同，可以分為以下兩類：

    3.1 PLC通過以太網(wǎng)與上位計算機相連

    PLC通過以太網(wǎng)與上位計算機相連，可以實現(xiàn)上位計算機與PLC之間的通信，以完成上位計算機對PLC程序的上、下載和運行于上位計算機的組態(tài)軟件通過PLC系統(tǒng)對狀態(tài)的適時監(jiān)控。在這種方式下，數(shù)據(jù)的傳輸一般是以點對點的形式完成。

    3.2 PLC之間通過以太網(wǎng)相連

    這一類的網(wǎng)絡(luò)連接所要達到的目的是實現(xiàn)各個PLC控制器之間的數(shù)據(jù)交互和數(shù)據(jù)共享。為了實現(xiàn)PLC控制器之間的數(shù)據(jù)交互，需要編制相應(yīng)的PLC控制器通信部分的程序。這種通信功能的完成可以由PLC程序編制工具中的特殊模塊來實現(xiàn)。

    綜合來看，第一類應(yīng)用的更為廣泛，很多廠商能夠提供相關(guān)的軟、硬件產(chǎn)品的支持。

    4 用組態(tài)王實現(xiàn)三菱A系列PLC在以太網(wǎng)中與上位計算機的通信

    三菱A系列PLC是三菱公司比較重要的產(chǎn)品，具有運行速度快、控制可靠、安裝靈活、擴展方便、性能價格比較高等特點，有強大的指令系統(tǒng)，在工業(yè)控制中應(yīng)用較為廣泛，下面主要介紹它在以太網(wǎng)中怎樣通過PLC通信程序的設(shè)計實現(xiàn)與上位計算機通信的。

    4.1 基于PLC的10Base-5以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)  

   三菱A系列可以作為一個節(jié)點連接在局域網(wǎng)上，使用以太網(wǎng)通信模塊（如E71通信模塊）可以方便地實現(xiàn)PLC與PC之間的通信。E71模塊是可直接連接粗纜，組成10Base-5以太網(wǎng)，可以方便地實現(xiàn)PLC與上位機的數(shù)據(jù)傳輸、實時監(jiān)控、信息管理等功能，其連接圖如圖所示。

    4.2 PLC通信程序的設(shè)計
      
                    
   
                                          圖2  PLC通信程序設(shè)計圖     

    (1) 通信協(xié)議

     E71模塊支持3種數(shù)據(jù)通信方式：握手方式、請求方式、用其他節(jié)點的請求直接讀寫方式。其中在第3種方式中，PLC為服務(wù)器端，不需要進行通信編程，由上位機向PLC發(fā)送通信請求命令，包括寫入命令和讀出命令。而前兩種數(shù)據(jù)通信方式均需通信編程。

    (2) PLC通信程序的設(shè)計

    圖3給出了連接上位機的PLC通信程序，此程序打開第一個通信信道，與1臺計算機相連。設(shè)PLC的IP地址為192.0.1.1，端口號為1296（510H）。程序中涉及的E71模塊I/O點及緩存說明如表1所示：
  
                  

   （3）上位機的通信實現(xiàn)

    組態(tài)王是一個比較成熟的國產(chǎn)組態(tài)軟件。它操作簡單，用它制作人機界面快捷簡便，其網(wǎng)絡(luò)功能比較豐富。它擁有豐富的驅(qū)動程序庫，用它提供的驅(qū)動程序可以方便地實現(xiàn)上位機PC與各種不同型號地PLC、變頻器、板卡、網(wǎng)卡等設(shè)備之間地相互通信。下面是組態(tài)王6.0與三菱A系列PLC之間地具體通信設(shè)置步驟：
          
                       
                                           
                                          圖3  連接上位機的PLC通信程序

    在組態(tài)王中選擇“新建”“工程”，取名為“通信工程”。

    在開發(fā)界面選擇“設(shè)備”“PLC”“三菱”“中型PLC以太網(wǎng)”“TCP/IP”

    為設(shè)備命名設(shè)為“PLC1”

    設(shè)置設(shè)備的IP地址，格式為“IP地址：端口號：連接超時時間”，本例為192.0.1.1:1296:3；最后單擊設(shè)置完成。

    經(jīng)過上述設(shè)置后，當(dāng)啟動組態(tài)王工程“通信工程”時，組態(tài)圖3 連接上位機的PLC通信程序王會自動連接上設(shè)備IP地址為192.0.1.1的PLC1，并在其信息框中顯示連接成功信息。

    參考文獻：

    [1] 張宏,等.三菱PLC入門與典型應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社,2009.

    [2] 張還.三菱FX系列PLC設(shè)計與開發(fā)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.

    [3] 肖峰,賀哲榮.PLC編程100例[M].北京:中國電力出版社,2009.

    劉四妹（1976-）

     女，安徽馬鞍山人，高校講師中級職稱，維修電工中級技師，主要從事控制工程方面的研究，現(xiàn)就職于江蘇省南京工程高等職業(yè)學(xué)校。  

    摘自《自動化博覽》2011年第十一期