《自动化博览》

     摘要：以太网技术在工业自动化和过程控制领域已经得到广泛应用，本文介绍了PLC与以太网的结合方式，主要分析应用组态王软件，实现三菱A系列PLC在以太网中与上位计算机的通信功能。

     关键词：以太网；通信；程序设计

    1 引言

    随着运动控制、计算机、通信、网络技术的发展，信息交换的网络正迅速覆盖从工厂的现场设备到控制、管理的个个层次，从工段、车间、工厂到企业集团，这些导致了当前企业网络不同层次间数据传送的数据通信已变得越来越复杂。人们对工业局域网的开放性、互联性、宽带等方面提出了更高的要求，应用传统的现场总线的工业控制网已无法实现企业管理自动化与工业控制自动化的无缝接合，技术上早已成熟的以太网自然就成为人们的首选对象。以太网不仅在工业自动化和过程控制领域获得了广泛应用，而且早已确立了在局域网（LAN）市场上的主导地位，成为当前应用最为广泛的计算机网络技术。

    目前以太网产品已得到空前的发展，快速以太网产品得到广泛应用，采用交换和快速以太网技术的工业以太网已经成为工业控制系统的一种新的工业通信网。工业以太网有以下一些优点：

    （1）以太网可以满足控制系统各个层次的要求使企业信息网与控制网得以统一。

    （2）可使设备的成本下降，以太网网卡价格要低于其他控制网的网卡。

    （3）有利于企业工程人员的学习和管理，几乎每家企业都具备有以太网维护能力的人员，无需再专门学习。

    （4）易于与其他网（如Intenet）集成。

    2 CSMA/CD与以太网

     CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access With CollisionDetection）是计算机局域网常用的访问控制方式之一，含有两个方面的内容：载波侦听（CSMA）和冲突检测（CD）。CSMA/CD访问控制方式主要用于总线型和树形网络拓扑结构，基带传输系统。信息传输是以“包”为单位，简称信包。CSMA/CD的核心是信道竞争算法，它有多种形式。IEEE802.3标准所对应的是“1－坚持CSMA/CD”，它定义了在1Mbit/s到10Mbit/s各种介质上运行的“1－坚持CSMA/CD”。现在，一般把符合IEEE802.3的特定实现称作以太网。

     在不同介质上实现以太网的成本和功能不同，除了标准的10Mbit/s粗缆基带网外，还有双绞线以太网、细缆以太网和宽带以太网等。 

     以太网中的帧（frame）对应计算机接口中收发收据的缓冲区，是物理网络上每次实际传输的数据。帧的大小和格式对高层协议的设计有重要影响。以太网的帧是变长的，其长度从64字节～1518个字节不等。IEEE802.3协议规定的介质访问控制帧格式如图1所示：
        
                

    以太网结构中，结点的发送是需要通过竞争获得总线的使用权，而其他结点都应处于接收状态。

    3 PLC与以太网的结合

    PLC的以太网通信，根据完成的功能不同，可以分为以下两类：

    3.1 PLC通过以太网与上位计算机相连

    PLC通过以太网与上位计算机相连，可以实现上位计算机与PLC之间的通信，以完成上位计算机对PLC程序的上、下载和运行于上位计算机的组态软件通过PLC系统对状态的适时监控。在这种方式下，数据的传输一般是以点对点的形式完成。

    3.2 PLC之间通过以太网相连

    这一类的网络连接所要达到的目的是实现各个PLC控制器之间的数据交互和数据共享。为了实现PLC控制器之间的数据交互，需要编制相应的PLC控制器通信部分的程序。这种通信功能的完成可以由PLC程序编制工具中的特殊模块来实现。

    综合来看，第一类应用的更为广泛，很多厂商能够提供相关的软、硬件产品的支持。

    4 用组态王实现三菱A系列PLC在以太网中与上位计算机的通信

    三菱A系列PLC是三菱公司比较重要的产品，具有运行速度快、控制可靠、安装灵活、扩展方便、性能价格比较高等特点，有强大的指令系统，在工业控制中应用较为广泛，下面主要介绍它在以太网中怎样通过PLC通信程序的设计实现与上位计算机通信的。

    4.1 基于PLC的10Base-5以太网结构  

   三菱A系列可以作为一个节点连接在局域网上，使用以太网通信模块（如E71通信模块）可以方便地实现PLC与PC之间的通信。E71模块是可直接连接粗缆，组成10Base-5以太网，可以方便地实现PLC与上位机的数据传输、实时监控、信息管理等功能，其连接图如图所示。

    4.2 PLC通信程序的设计
      
                    
   
                                          图2  PLC通信程序设计图     

    (1) 通信协议

     E71模块支持3种数据通信方式：握手方式、请求方式、用其他节点的请求直接读写方式。其中在第3种方式中，PLC为服务器端，不需要进行通信编程，由上位机向PLC发送通信请求命令，包括写入命令和读出命令。而前两种数据通信方式均需通信编程。

    (2) PLC通信程序的设计

    图3给出了连接上位机的PLC通信程序，此程序打开第一个通信信道，与1台计算机相连。设PLC的IP地址为192.0.1.1，端口号为1296（510H）。程序中涉及的E71模块I/O点及缓存说明如表1所示：
  
                  

   （3）上位机的通信实现

    组态王是一个比较成熟的国产组态软件。它操作简单，用它制作人机界面快捷简便，其网络功能比较丰富。它拥有丰富的驱动程序库，用它提供的驱动程序可以方便地实现上位机PC与各种不同型号地PLC、变频器、板卡、网卡等设备之间地相互通信。下面是组态王6.0与三菱A系列PLC之间地具体通信设置步骤：
          
                       
                                           
                                          图3  连接上位机的PLC通信程序

    在组态王中选择“新建”“工程”，取名为“通信工程”。

    在开发界面选择“设备”“PLC”“三菱”“中型PLC以太网”“TCP/IP”

    为设备命名设为“PLC1”

    设置设备的IP地址，格式为“IP地址：端口号：连接超时时间”，本例为192.0.1.1:1296:3；最后单击设置完成。

    经过上述设置后，当启动组态王工程“通信工程”时，组态图3 连接上位机的PLC通信程序王会自动连接上设备IP地址为192.0.1.1的PLC1，并在其信息框中显示连接成功信息。

    参考文献：

    [1] 张宏,等.三菱PLC入门与典型应用[M].北京:中国电力出版社,2009.

    [2] 张还.三菱FX系列PLC设计与开发[M].北京:机械工业出版社,2009.

    [3] 肖峰,贺哲荣.PLC编程100例[M].北京:中国电力出版社,2009.

    刘四妹（1976-）

     女，安徽马鞍山人，高校讲师中级职称，维修电工中级技师，主要从事控制工程方面的研究，现就职于江苏省南京工程高等职业学校。  

    摘自《自动化博览》2011年第十一期