通过现场总线CAN-bus网络对多台PLC进行联网控制

通过现场总线CAN-bus,可以将多达数十台的中/小型PLC联网,构成一个智能PLC网络;同时,主控制器可以与指定的远程PLC实现远程配置、控制通信,以及实现组态环境中的应用。

1、PLC特点与PLC网络
可编程控制器(PLC)是一种数字控制专用电子计算机,它使用了可修改的程序存储器储存指令,执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能,并通过模拟和数字输入、输出等功能组件,控制各种机械或工作程序。长期以来,PLC一直在各个行业的自动化控制领域得到广泛的使用,为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用。
PLC系统的工作任务相对简单,且需要传输的数据量一般不会太大,所以常见的PLC系统为一层网络结构。PLC一般应用在小型自控场所,比如设备的控制或少量模拟量的控制及联锁。小范围的集中式控制环境是PLC发挥功能的最佳舞台。
目前,只有少量型号的PLC集成有Ethernet或现场总线CAN-bus通讯接口,价格也较贵;一般常见PLC型号没有随本机集成通讯功能,不便于组建多台PLC构成的中型控制网络。但是,随着应用技术的发展,经常会出现一些应用场合,在面积较大的范围内,需要n台PLC协同完成一个系统的综合控制。此时,原有集中控制的单一PLC控制方案就显得力所不及,PLC网络的需求也应运而生。
本文提出了一种基于现场总线CAN-bus的PLC网络方案,能够对多台联网的PLC实现远程配置、数据通信,并能够在投入较低硬件成本的基础上,实现良好的系统运行性能。这个方案也充分发挥了现场总线CAN-bus的通信特点：实时、可靠、高速、远距离、易维护等。此方案是现场总线技术与集中控制技术的有机结合,联网后的PLC网络可以构成一个性能优秀的DCS系统;用户在同一个主控制器上可以远程监控、改变任何一台联网PLC的程序或状态。

2、PLC网络的两种方式
通用PLC一般都会提供1~2个RS-232或RS-485通讯端口,用于与其他控制设备或主控制器PC通讯;这些集成的通讯端口支持自行规定的通讯协议,或者Modbus协议,实现PLC设备的通讯与配置。构建PLC网络,即利用PLC本机的这一类通讯端口,将其扩展成为能够与多台设备联网,实现多点通讯的现场总线CAN-bus通讯接口。
根据网络中主控制器的不同,PLC网络可以分为以下方式：
*多台PLC联网,各PLC地位平等,可外扩HMI人机界面。
*多台PLC联网,由1台工控PC作为主控制器与操作界面。
3、多台PLC串行联网
通过一个RS-232/RS-485转CAN-bus网关进行信号转换,独立PLC就具有了现场总线CAN-bus通讯接口。多台具有现场总线CAN-bus通讯接口的PLC之间相互连接,即可以组建PLC网络。
每一台连接PLC单元的RS-232/RS-485转CAN-bus网关都可以设定一个独立的设备ID号,长度为11位或29位,用作为该PLC单元的地址。每一台联网的PLC单元在发送数据时,可设定在数据流中自动添加本地网关的设备ID号;同理,每一台PLC单元在接收数据时,可设定由网关检查数据流中的设备ID号,自动接收符合要求的数据。
通过上述方式组建的PLC网络,各台PLC地位平等,任何一台PLC均可以主动发起数据通讯,由CAN-bus网关起硬件自动仲裁作用,保障每一次通讯的数据不丢失;网络中的PLC数量不受限制,数百、上千台PLC都可以连接在同一现场总线CAN-bus网络中。同时,这个PLC网络中还可以连接具有CAN-bus通讯接口的HMI人机界面,或由其中一台PLC通过其他的串行通讯端口连接HMI人机界面。
这种方式组建的PLC网络,与选择集成CAN-bus通讯功能的PLC设备相比,具有更加灵活的系统扩展能力,也能够获得更好的性价比。
4、多台PLC与工控PC并行联网
工控PC能够深入地配合PLC厂商提供的各种软件,从而实现更多强大的功能,比如系统配置、人机界面、组态开发等,在PLC领域的作用也越来越不可或缺。通常,工控PC与单台PLC通过1个串口连接通讯,实现各种扩展功能;但串口的通讯距离、节点数量都受到了串口本身的性能限制。比如,RS-232标准只可以实现“点－点”通讯,RS-485/422标准能够实现32个节点以内的通讯,但通讯距离、抗干扰能力都比较弱,并不能够满足实际工业现场多台PLC联网应用的需求。
工控PC内置PC-CAN接口卡,可以建立起1条或者多条现场总线CAN-bus网络,并通过连接在CAN-bus网络中的网关RS-232/RS-485转CAN-bus转换器,借助于CAN-bus网络配套的“虚拟串口”软件,建立多达2047个标准的串行通讯端口,从而连接多达2047条串行网络。也就是说,可以在同1条普通双绞线上连接多达2047台PLC设备,工控PC访问连接在这条CAN-bus网络上的PLC设备,也与操作标准串口完全一致。这种方式可以充分发挥工控PC的作用,通讯效率也比较高。
通过工控PC组建多台PLC网络的系统结构如图 1所示。按这一种方式的建立PLC网络的通讯效率较高,应用灵活,是一般PLC网络建设的主流方向。