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PLC通訊及網絡技術
1. PLC與計算機通訊
為了適應PLC網絡化要求，擴大聯網功能，幾乎所有的PLC為了適應可編程控制器網絡化的要求，擴大聯網功能，幾乎所有的可編程控制器廠家，都為可編程控制器開發了與上位機通訊的接口或專用通訊模塊。一般在小型可編程控制器上都設有 RS422 通訊接口或 RS232C 通訊接口；在中大型可編程控制器上都設有專用的通訊模塊。如：三菱 F 、 F1 、 F2 系列都設有標準的 RS422 接口， FX 系列設有 FX-232AW 接口、 RS232C 用通訊適配器 FX-232ADP 等。可編程控制器與計算機之間的通訊正是通過可編程控制器上的 RS422 或 RS232C 接口和計算機上的 RS232C 接口進行的。可編程控制器與計算機之間的信息交換方式，一般采用字符串、雙工或半、異步、串行通信方式。因此可以這樣說，凡具有 RS232C 口并能輸入輸出字符串的計算機都可以用于和可編程控制器的通訊。
運用 RS232C 和 RS422 通道，可容易配置一個與外部計算機進行通訊的系統。該系統中可編程控制器接受控制系統中的各種控制信息，分析處理后轉化為可編程控制器中軟元件的狀態和數據；可編程控制器又將所有軟元件的數據和狀態送入計算機，由計算機采集這些數據，進行分析及運行狀態監測，用計算機可改變可編程控制器的初始值和設定值，從而實現計算機對可編程控制器的直接控制。¬
（1） 通訊方式-¯
面對眾多生產廠家的各種類型PLC，它們各有優缺點，能夠滿足用戶的各種需求，但在形態、組成、功 能、編程等方面各不相同，沒有一個統一的標準，各廠家制訂的通信協議也千差萬別。目前，人們主要采用以下三種方式實現PLC與PC的互聯通信：
1) 通過使用PLC開發商提供的系統協議和網絡適配器，來實現PLC與PC機的互聯通信。但是由于其通信協議是不公開的，因此互聯通信必須使用PLC開發商提供的上位機組態軟件，并采用支持相應協議的外設。可以說這種方式是PLC開發商為自己的產品量身定作的，因此難以滿足不同用戶的需求。
2) 使用目前通用的上位機組態軟件，如組態王、InTouch、WinCC、力控等，來實現PLC與PC機的互連通信。組態軟件以其功能強大、界面友好、開發簡潔等優點目前在PC監控領域已經得到了廣泛的應用，但是一般價格比較昂貴。組態軟件本身并不具備直接訪問PLC寄存器或其它智能儀表的能力,必須借助I/O驅動程序來實現。也就是說，I/O驅動程序是組態軟件與PLC或其它智能儀表等設備交互信息的橋梁，負責從設備采集實時數據并將操作命令下達給設備，它的可靠性將直接影響組態軟件的性能。但是在大多數情況下，I/O驅動程序是與設備相關的，即針對某種PLC的驅動程序不能驅動其它種類的PLC，因此組態軟件的靈活性也受到了一定的限制。
3) (3) 利用PLC廠商所提供的標準通信端口和由用戶自定義的自由口通信方式來實現PLC與PC機的互連通信。這種方式由用戶定義通信協議，不需要增加投資，靈活性好，特別適合于小規模的控制系統。
通過上述分析不難得出，掌握如何利用PLC廠商提供的標準通信端口和自由口通信方式以及大家所熟悉的編程語言來實現PC與PLC之間的實時通信是非常必要的。
（2） 采用RS232實現三菱FX系列PLC與PC之間的通訊
三菱FX系列PLC提供了4種通訊方式：N網絡通訊、無協議串口通訊、平行網絡通訊、程序口通訊。如果傳輸的數據量少，大多數PLC與計算機之間通信均可采用串行通信，通信接口均為PLC 與工業控制計算機上的RS232 接口。由于RS232 采用非平衡方式傳輸數據，傳輸距離近，對于大功率、長距離，且單機監測信息量多，控制要求復雜的PLC通訊，直接采用RS232 方式不能滿足傳輸距離要求。因此，可采用RS485 方式。因為RS485 采用平衡差動式進行數據傳輸，適合于遠距離傳輸，并具有較強抗干擾能力。圖1是采用RS232 /RS485通信轉換器實現運距離通訊的示意圖。 
（3） PLC與PC通訊應用實例
1) 通訊系統的連接
圖中是采用 FX-232ADP 接口單元，將一臺通用計算機與一臺 FX2 系列 plc 連接進行通訊的示意圖。
2) 通訊操作
FX2 系列 plc 與通訊設備間的數據交換，由特殊寄存器 D8120 的內容指定，交換數據的點數、地址用 RS 指令設置，并通過 plc 的數據寄存器和文件寄存器實現數據交換。下面對其使用做一簡要介紹。
（1）通訊參數的設置
在兩個串行通訊設備進行任意通訊之前，必須設置相互可辨認的參數，只有設置一致，才能進行可靠通訊。這些參數包括波特率、停止位和奇偶校驗等，它們通過位組合方式來選擇，這些位存放在數據寄存器 D8120 中，具體規定如下表16-1所示
表16-1串行通訊數據格式
使用說明如下：
1）如 D8120 ＝ 0F9EH 則選擇下列參數。
E ＝ 7 位數據位、偶校驗、 2 位停止位
9 ＝波特率為 19200bps
F ＝起始字符、結束字符、硬件 1 型（ H/W1 ）握手信號、單線模式控制
0 ＝硬件 2 型（ H/W2 ）握手信號為 OFF
2）起始字符和結束字符可以根據用戶的需要自行修改。
3)起始字符和結束字符在發送時自動加到發送的信息上。在接收信息過程中，除非接收到起始字符，不然數據將被忽略；數據將被連續不斷地讀進直到接到結束字符或接收緩沖區全部占滿為為止。因此，必須將接收緩沖區的長度與所要接收的最長信息的長度設定的一樣。
(2)串行通訊指令
該指令的助記符、指令代碼、操作數、程序步如下表所示。
RS 指令用于對 FX 系列 PLC 的通訊適配器 FX-232ADP 進行通訊控制，實現 PLC 與外圍設備間的數據傳送和接收。 RS 指令在梯形圖中使用的情況如下圖所示。
[S] 指定傳送緩沖區的首地址
[m] 指定傳送信息長度
[D] 指定接收緩沖區的首地址
[n] 指定接收數據長度，即接收信息的最大長度
1） RS 指令使用說明
（ a ）發送和接收緩沖區的大小決定了每傳送一次信息所允許的最大數據量，緩沖區的大小在下列情況下可加以修改。
發送緩沖區――在發送之前，即 M8122 置 ON 之前。
接收緩沖區――信息接收完后，且 M8123 復位前。
（ b ）在信息接收過程不能發送數據，發送將被延遲（ M8121 為 ON ）。
（ c ）在程序中可以有多條 RS 指令，但在任一時刻只能有一條被執行。
2. PLC網絡技術
在工業控制中，對于控制任務的復雜控制系統，不可能單靠增大PLC的輸入、輸出點數或改進機型來實現復雜的控制功能，于是便想到將多臺PLC相互連接形成網絡。要想使多臺PLC能聯網工作，其硬件和軟件都要符合一定的要求。硬件上，一般要增加通信模塊、通訊接口、終端適配器、網卡、集線器、調制解調器、纜線等設備或器件；軟件上，要按特定的協議，開發具有一定功能的通訊程序和網絡系統程序，對PLC的軟件、硬件資源進行統一管理和調度。
（一） PLC網絡系統
根據PLC網絡的連接方式，可將其網絡機構分為總線結構、環形結構和星形結構三種基本形式，如圖2所示，每種結構都有各自得優點和缺點，可根據具體情況選擇。總線結構，以其結構簡單、可靠性高、易于擴展，被廣泛應用。
（二）三菱PLC網絡
三菱公司PLC網絡繼承了傳統使用的MELSEC網絡，并使其在性能、功能、使用簡便等方面更勝一籌。Q系列PLC提供層次清晰的三層網絡，針對各種用途提供最合適的網絡產品，如圖5所示。
圖16-3 三菱公司的PLC網絡
1、信息層/Ethernet（以太網） 信息層為網絡系統中最高層，主要是在PLC、設備控制器以及生產管理用PC之間傳輸生產管理信息、質量管理信息及設備的運轉情況等數據，信息層使用最普遍的Ethernet。它不僅能夠連接windows系統的PC、UNIX系統的工作站等，而且還能連接各種FA設備。Q系列PLC系列的Ethernet模塊具有了日益普及的因特網電子郵件收發功能，使用戶無論在世界的任何地方都可以方便地收發生產信息郵件，構筑遠程監視管理系統。同時，利用因特網的FTP服務器功能及MELSEC專用協議可以很容易的實現程序的上傳/下載和信息的傳輸。
2、控制層/MELSECNET/10（H） 是整個網絡系統的中間層，在是PLC、CNC等控制設備之間方便且高速地進行處理數據互傳的控制網絡。作為MELSEC控制網絡的MELSECNET/10，以它良好的實時性、簡單的網絡設定、無程序的網絡數據共享概念，以及冗余回路等特點獲得了很高的市場評價，被采用的設備臺數在日本達到最高，在世界上也是屈指可數的。而MELSECNET/H不僅繼承了MELSECNET/10優秀的特點，還使網絡的實時性更好，數據容量更大，進一步適應市場的需要。但目前MELSECNET/H只有Q系列 PLC才可使用。
3、設備層/現場總線CC-Link 設備層是把PLC等控制設備和傳感器以及驅動設備連接起來的現場網絡，為整個網絡系統最低層的網絡。采用CC-Link現場總線連接，布線數量大大減少，提高了系統可維護性。而且，不只是ON/OFF等開關量的數據，還可連接ID系統、條形碼閱讀器、變頻器、人機界面等智能化設備，從完成各種數據的通信，到終端生產信息的管理均可實現，加上對機器動作狀態的集中管理，使維修保養的工作效率也大有提高。在Q系列PLC中使用，CC-Link的功能更好，而且使用更簡便。
在三菱的PLC網絡中進行通信時，不會感覺到有網絡種類的差別和間斷，可進行跨網絡間的數據通信和程序的遠程監控、修改、調試等工作，而無需考慮網絡的層次和類型。
MELSECNET/H和CC-Link使用循環通信的方式，周期性自動地收發信息，不需要專門的數據通信程序，只需簡單的參數設定即可。MELSECNET/H和CC-Link是使用廣播方式進行循環通信發送和接收的，這樣就可做到網絡上的數據共享。
對于Q系列PLC使用的Ethernet、MELSECNET/H、CC-Link網絡，可以在GX Developer軟件畫面上設定網絡參數以及各種功能，簡單方便。
另外，Q系列PLC除了擁有上面所提到的網絡之外，還可支持 PROFIBUS、Modbus、DeviceNet、ASi等其它廠商的網絡，還可進行 RS-232/RS-422/RS－485等串行通信，通過數據專線、電話線進行數據傳送等多種通信方式。
（四）SIEMENS公司的PLC網絡
西門子PLC的網絡是適合不同的控制需要制定的，也為各個網絡層次之間提供了互連模塊或裝置，利用它們可以設計出滿足各種應用需求的控制管理網絡。西門子S7系列PLC網絡如圖7-25所示，它采用3級總線復合型結構，最底一級為遠程I/O鏈路，負責與現場設備通信，在遠程I/O鏈路中配置周期I/O通信機制。中間一級為Profibus現場總線或主從式多點鏈路。前者是一種新型現場總線，可承擔現場、控制、監控三級的通信，采用令牌方式與主從輪詢相結合的存取控制方式；后者為一種主從式總線，采月主從輪詢式通信。最高一層為工業以太網，它負責傳送生產管理信息。在工業以太網通信協議的下層中配置以802.3為核心的以太網協議，在上層向用戶提供TF接口，實現AP協議與MMS協議。
圖16-5 SIEMENS公司的PLC網絡
（五）OMRON公司的PLC網絡
OMRON PLC網絡類型較多，功能齊全，可以適用各種層次工業自動化網絡的不同需要。如圖7-27所示為OMRON公司的PLC網絡系統的結構體系示意圖。
圖16-6 OMRON公司的PLC網絡
OMRON的PLC網絡結構體系大體分為三個層次：信息層、控制層和器件層。信息層是最高層，負責系統的管理與決策，除了Ethemet網外，HOST Link網也可算在其中，因為HOST Link網主要用于計算機對PLC的管理和監控。控制層是中間層，負責生產過程的監控、協調和優化，該層的網絡有SYSMAC NET、SYSMAC Link、Controller Link和PLC Link網。器件層是最低層，為現場總線網，直接面對現場器件和設備，負責現場信號的采集及執行元件的驅動，有CompoBus/D、CompoBus/S和Remote I/O網。
Ethernet屬于大型網，它的信息處理功能很強，支持FINS通信、TCP/IP和UDP/IP的Socket（接駁）服務、FTP服務。HOST Link網是OMRON推出較早、使用較廣的一種網。上位計算機使用HOST通信協議與PLC通信，可以對網中的各臺PLC進行管理與監控。
SYSMAC NET網屬于大型網，是光纖環網，主要是實現有大容量數據鏈接和節點間信息通信。它適用于地理范圍廣、控制區域大的場合，是一種大型集散控制的網絡。SYSMAC Link網屬于中型網，采用總線結構，適用于中規模集散控制的網絡。Controller Link網（控制器網）是 SYSMAC Link網的簡化，相比而言，規模要小一些，但實現簡單。PLC Link網的主要功能是各臺PLC建立數據鏈接（容量較小），實現數據信息共享，它適用于控制范圍較大，需要多臺PLC參與控制且控制環節相互關聯的場合。
CompoBus/D是一種開放、多主控的器件網，開放性是其特色。它采用了美國AB公司制定的DeviceNet通信規約，只要符合DeviceNet標準，就可以接入其中。其主要功能有遠程開關量和遠程模擬量的I/O控制及信息通信。這是一種較為理想的控制功能齊全、配置靈活、實現方便的控制網絡。CompoBus/S也為器件網，是一種高速ON/OFF現場控制總線，使用CompoBus/S專用通信協議。CompoBus/S的功能雖不及CompoBus/D，但它實現簡單，通信速度更快，主要功能有遠程開關量的I/O控制。Remote I/O網實際上是PLC I/O點的遠程擴展，適用于工業自動化的現場控制。
Controller Link網推出時間較晚，只有新型號PLC（如C200H、CV、CS1、CQM1H等）才能入網，隨著Controller Link網的不斷發展和完善，其功能已覆蓋了控制層其它三種網絡。
目前，在信息層、控制層和器件層這三個網絡層次上，OMRON主推Ethernet、Controller Link和CompoBus/D三種網。