摘 要：可編程控制器與上位計(jì)算機(jī)組成的集散控制系統(tǒng)越來越廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程自動(dòng)化領(lǐng)域。本文介紹了OMRON PLC的Ethernet網(wǎng)、Controller Link控制器網(wǎng)、Compo BUS/D和Compo BUS/S元器件網(wǎng)所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)體系，闡述了OMRON PLC網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接方式及技術(shù)參數(shù)；研究了PLC與上位機(jī)的鏈接方式，通信過程及通信程序。 關(guān)鍵詞：OMRON PLC 網(wǎng)絡(luò) 通信 Abstract:Host Computer programmable controller and distributed control system consisting of more widely used in the production process automation field. This paper introduces the OMRON PLC Ethernet network, Controller Link network, Compo BUS / D and Compo BUS / S network by the components of the Network system, expounded the OMRON PLC network connection mode and technical parameters; On the PLC and PC link, communication process and Communication Program . Key words: OMRON PLC Network Communication 1.引言 近年來，PLC的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用日益廣泛，組成更高級的集散控制系統(tǒng)甚至整個(gè)工廠的自動(dòng)化，已成為工業(yè)現(xiàn)代化的趨勢，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程連接和通信成為了PLC的基本性能之一。而PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，投資較高，給用戶在開發(fā)應(yīng)用造成了一定的困難。OMRON公司的PLC較早投入我國市場，在我國工控領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，掌握其PLC的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信方法，對進(jìn)一步推廣PLC的應(yīng)用，提高工廠自動(dòng)化水平具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。 2.OMRON PLC網(wǎng)絡(luò) OMRON PLC的網(wǎng)絡(luò)分為三層：Ethernet網(wǎng)、Controller Link控制器網(wǎng)、Compo BUS/D與Compo BUS/S元器件網(wǎng)，其三層網(wǎng)絡(luò)控制平臺如圖1所示。 2.1 Ethernet網(wǎng) Ethernet網(wǎng)絡(luò)即所說的以太網(wǎng)，它是工廠自動(dòng)化領(lǐng)域用于信息管理層上的網(wǎng)絡(luò)，它的通信速率高，可達(dá)100M bps，以太網(wǎng)模塊使PLC可以作為工廠局域網(wǎng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)上的任何一臺計(jì)算機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)對它的控制。在OMRON的PLC中，中型機(jī)以上的PLC才能上以太網(wǎng)，通常有三種機(jī)型，CS1系列、CV系列、和C200H系列。在CS1系列和CV系列上分別直接裝Ethernet單元CS1W－ETN01/11、CV500-ETN01，而在C200Hα上除了必須安裝PC卡單元（C200HW－PCS01）外，還必須配置通信 板（C200HW－COM01/04）,并用總線單元將PC卡單元與通信板連接起來。OMRON PLC的Ethernet網(wǎng)具有以下功能： （1）遠(yuǎn)程編程和監(jiān)控：在連接到Ethernet網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行CX－Programmer可以對所有連接的Ethernet網(wǎng)絡(luò)上的PLC進(jìn)行編程和監(jiān)控。 （2）FINS信息服務(wù)：在PLC之間和PLC與計(jì)算機(jī)之間發(fā)送FINS信息，使用Ethernet Fins Gateway能夠不必編寫FINS指令程序而直接管理信息。 （3）Socket服務(wù)：由Windows提供一組函數(shù)，允許用戶程序直接調(diào)用及使用TCP和UDP協(xié)議，在Ethernet網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 （4）FTP服務(wù)：使用FTP在CPU單元的存儲(chǔ)卡和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器之間傳送文件。 （5）Email服務(wù)：當(dāng)在出錯(cuò)或在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)，一個(gè)標(biāo)志變?yōu)镺N，此時(shí)從PLC向上位機(jī)發(fā)送電子郵件。 （6）網(wǎng)絡(luò)間通信：處在網(wǎng)絡(luò)上的不同節(jié)點(diǎn)可以通過網(wǎng)關(guān)通信，通過FINS指令可實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的連接。 PLC通過使SEND、RECV、CMND指令跨網(wǎng)并與其它PLC進(jìn)行通信，網(wǎng)間通信限制在三級網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行。OMRON PLC的Ethernet網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。 表1 Ethernet網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo) 2.2 Controller Link 控制器網(wǎng) Controller Link 控制器網(wǎng)能夠在工廠現(xiàn)場以一種全功能的FA網(wǎng)絡(luò)形式連接PLC，Controller Link 是一種令牌總線網(wǎng)，可以在OMRON的CS1/CV/C200HX系列PLC和計(jì)算機(jī)之間方便靈活地發(fā)送和接收大容量的數(shù)據(jù)包，它支持能共享數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)鏈接和在需要時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的信息服務(wù)，數(shù)據(jù)鏈接區(qū)域能自由設(shè)置以建立靈活的數(shù)據(jù)鏈接系統(tǒng)。Controller Link 網(wǎng)具有以下功能： （ 1 ） 數(shù)據(jù)鏈接： 在PLC之間以及PLC和上位計(jì)算機(jī)之間，能夠柔性的創(chuàng)建大容量數(shù)據(jù)鏈接，使用Controller Link FinsGateway 能夠在應(yīng)用層上管理數(shù)據(jù)鏈接，無需梯形圖。I /O、鏈接區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)和擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)均可作為發(fā)送 或接收區(qū)。 （2）遠(yuǎn)程編程和監(jiān)控：通過與RS－232C鏈接，ControllerLink 網(wǎng)絡(luò)上能夠使用CX－Programmer進(jìn)行編程和監(jiān)控PLC。 （3）FINS通信服務(wù)：在PLC和上位計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)傳送，Controller Link FinsGateway 能夠在應(yīng)用層上管理數(shù)據(jù)鏈接，而不必編寫FINS指令程序。 （4）信息服務(wù)：可以對特定節(jié)點(diǎn)進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)、改變操作模式等操作，通過在程序中執(zhí)行SEND / RECV指令發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通過CMND指令發(fā)送FINS命令執(zhí)行讀寫操作。 （5）ESA功能：實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生錯(cuò)誤時(shí)，EAS可記錄和顯示錯(cuò)誤發(fā)生的時(shí)間和錯(cuò)誤信息。Controller Link控制器網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。 表2 Controller Link 控制器網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo) 2.3 Compo BUS/D網(wǎng)絡(luò) Compo BUS/ D是OMRON的一種開放、多主控的設(shè)備網(wǎng)，開放性是其特色，采用Device Net 的通信協(xié)議。其它廠家的設(shè)備，只要符合 Device Net的標(biāo)準(zhǔn)，就可以接入其中，是一種控制功能齊全、配置靈活、實(shí)現(xiàn)方便的分散控制網(wǎng)絡(luò)。CompoBUS/D的主要功能有： （1）遠(yuǎn)程I / O通信：無需編寫特殊的程序，裝有主單元PLC的CPU可以直接讀寫I / O，從單元的I / O點(diǎn)現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)程控制。 （2）信息通信：安裝主單元的PLC在CPU單元里執(zhí)行特殊指令（SEND、RECV、CMND和IOWR）可以向其它主單元、從單元、甚至其它公司的設(shè)備讀寫信息，控制它們的運(yùn)行。Compo BUS/D的通信標(biāo)準(zhǔn)如表3。 表3 Compo BUS/D的通信標(biāo)準(zhǔn) 2.4 Compo BUS/S 網(wǎng)絡(luò) Compo BUS/S 網(wǎng)絡(luò)是一種主從式總線結(jié)構(gòu)的控制網(wǎng)絡(luò)，它的響應(yīng)速度快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)簡便，可以對遠(yuǎn)程的I/O實(shí)現(xiàn)分散控制。該系統(tǒng)由一臺PLC（CS1、CQM1H、C200Hα）帶Compo BUS/S主站模塊或一臺SRM1主控單元作為主站，一個(gè)主單元最多可帶32個(gè)遠(yuǎn)程從站單元，控制256個(gè)輸入輸出點(diǎn)。接16臺從站單元、128點(diǎn)輸入輸出點(diǎn)時(shí)可達(dá)到0.5ms的高速通信。Compo BUS/S通信系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： （1）主干線遠(yuǎn)距離通信：新增了遠(yuǎn)距離通信模式，允許主干線的通信距離達(dá)到500m。 （2）豐富的主站和從站單元：有C200HW-SRM21-V1、CQM1-SRM21-V1、SRM-C0-V2主站單元和SRT2系列的從站單元，支持高速通信和遠(yuǎn)距離通信。 （3）高速通信：在高速通信方式下，接16臺從站單元，128點(diǎn)控制時(shí)，可實(shí)現(xiàn)0.5ms的快速通信。 （4）配線簡單：主單元和從站單元間、從單元和從單元間可用4線制電纜連接，其中2根為信號線，2根為電源線，從而大幅度減少了配線。Compo BUS/S通信參數(shù)如表4所示。 表4 Compo BUS/S通信參數(shù) 3.PLC與上位計(jì)算機(jī)之間的通信 在計(jì)算機(jī)與PLC構(gòu)成的集散控制系統(tǒng)中，多數(shù)是由一臺計(jì)算機(jī)與數(shù)臺PLC形成1：N的通信模式。該模式系統(tǒng)中PLC負(fù)責(zé)現(xiàn)場高速數(shù)據(jù)采集、實(shí)現(xiàn)邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)、PID調(diào)節(jié)等控制任務(wù)并通過串行通信口向上位計(jì)算機(jī)傳送PLC工作狀態(tài)及有關(guān)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對控制系統(tǒng)的管理。PLC與上位計(jì)算機(jī)之間通信的準(zhǔn)確、可靠、高效率是集散控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。 3.1 PLC與上位機(jī)的鏈接方式 PLC與上位計(jì)算機(jī)形成1：N通信模式有兩種連接方式： 方式一較少使用連接適配器，也不用信號轉(zhuǎn)換，但若中間某一臺PLC出故障，其后的PLC將無法與上位機(jī)通信；方式二使用了信號轉(zhuǎn)換模塊，當(dāng)某一臺PLC出故障不影響其它PLC通信。 3.2 PLC與上位機(jī)的通信過程 通信開始先由上位機(jī)依次向網(wǎng)內(nèi)的PLC發(fā)出一串測試幀命令，PLC接到上位機(jī)的完整幀后，首先判斷是不是自己的代號，若不是就不予理睬，若是則發(fā)送回答信號。上位機(jī)接到回答信號后，與發(fā)送測試數(shù)據(jù)比較，若兩者無誤，發(fā)出可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的信號，轉(zhuǎn)入正常的數(shù)據(jù)通信。上位機(jī)與PLC實(shí)施鏈接通信，上位機(jī)具有優(yōu)先發(fā)送權(quán)，每發(fā)送完一幀發(fā)送權(quán)就在上位機(jī)與PLC之間輪換。當(dāng)收到結(jié)束符或分界符時(shí)，發(fā)送權(quán)從發(fā)送單元傳給接收單元。其幀發(fā)送與接收如圖3.2所示。 上位機(jī)發(fā)出命令格式和PLC響應(yīng)格式如下圖： 命令格式 @： 幀開始標(biāo)志 節(jié)點(diǎn)號：通信網(wǎng)絡(luò)中每一臺PLC被分配給的唯一番號 標(biāo)題號：該幀的通信命令碼 結(jié)束碼：返回命令的完成狀態(tài) 正 文：設(shè)置命令參數(shù) FCS： 幀校驗(yàn)順序代碼 結(jié)束符：命令結(jié)束 通信參數(shù)設(shè)置為：波特率9600bps，數(shù)據(jù)格式由DM0902/DM1920的第00－07位和DM0921/DM1921共同設(shè)定，默認(rèn)方式時(shí)DM0902/DM1920的第00－07位的值為00000000，此時(shí)DM0921/DM1921區(qū)不起作用。每條指令都以標(biāo)識號（Unit Number）和操作碼/頭（Header）開始，以校驗(yàn)碼（FCS）和結(jié)束標(biāo)志（Terminator）結(jié)束。 幀發(fā)送時(shí)，F(xiàn)CS置于結(jié)束符前以檢查是否發(fā)生數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。FCS是轉(zhuǎn)換成2個(gè)ASCⅡ字符的8位數(shù)據(jù)，這個(gè)8位數(shù)據(jù)對幀開始的數(shù)據(jù)直到此幀正文結(jié)束的數(shù)據(jù)進(jìn)行“異或”運(yùn)算的結(jié)果。FCS檢查程序如下： 400 ＊FCSCHECK 410 L=LEN（RESPONSE$）’ 420 Q = 0:FCSCK $ = “ ” 430 A$ = RIGHT $ （RESPONSE $ ,1） 440 PRINT RESPONSE $ , AS, L 450 IF A $ = “＊” THEN LENGS = LEN（RESPONSE $） -3 ELSE LENGS = LEN（RESPONSE $） -2 460 FCSP $ = MID（RESPONSE $, LENGS+1,2）’ 470 FOR I = 1 TO LENGS’ 480 Q = ASC （MID $ （RESPONSE $,I,1）） XOR Q 490 NEXT I 500 FCSD $ =HEX $ （Q） 510 IF LEN （FCSD $） =1,THEN, FCSD $ =”0”+FCSD $’ 520 IF FCSS $ < >FCSP $ , THEN FCSCK $ = “ERR” 530 PRINT “FCSD $ =” ; FCSD $ , “FCSP $ =” ; FCSP $ , “FCSCK $ =”; FCSCK $ 540 RETURN 幀發(fā)送檢查格式如圖3.4所示。 3.3 PLC與上位計(jì)算機(jī)通信程序 上位機(jī)通信軟件是用VB開發(fā)的。VB具有強(qiáng)大的圖形顯示功能，可以容易開發(fā)出界面良好的圖形用戶界面，同時(shí)VB還提供了串行端口控件 MSCOMM，程序員在利用該控件時(shí)，只需設(shè)置、監(jiān)視其屬性和事件，即可完成對串口初始化和數(shù)據(jù)的傳輸工作。通信程序如下： Sub forml load （ ） Mscomml. Comport = 1 Mscomml. Settings = “9600,n,8,1” End sub Sub commandl click Mscomml. Inputlen = 0 If mscomml. Portopen = false then Mscomml. Portopen = true End if For I = 1 to N ；N為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的PLC個(gè)數(shù) If i<10 then S $ = “@” + “0” +str $ （i） + “ts” + “abcd” Else S $ = “@” + str $ （i） + “ts” + “abcd”；abcd 為測試字符 Endif ……; Mscomml. Lutprt =sedate $ Timer 1 on = false Timer l. Enable = true Do until （mscomml.inbuffercount < > 0） Or （timer 1 on = true ） Domy = doevents（ ） Loop Timer 1.enable = false …… Redata,$ = msconmml. Input If rdata $ = sedate $ …… ; 轉(zhuǎn)入正常通信數(shù)據(jù)處理 Else Labell. Cation = str $ （ i ） + “測試通信失敗，檢查線睡后再 測試” Endif Endsub 4.結(jié)束語 OMRON PLC已廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷提高和推廣，PLC的控制能力和控制范圍從設(shè)備級的控制發(fā)展到生產(chǎn)線級的控制乃至工廠級的控制。大力推廣PLC的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，必將加快我國工業(yè)企業(yè)向自動(dòng)化、智能化發(fā)展的步伐。 參考文獻(xiàn) [1] 鄭晟.現(xiàn)代可編程控制器原理與應(yīng)用.北京:科學(xué)出版社,2002 [2] 宋伯生.可編程控制器. 北京:中國勞動(dòng)出版社,1999 [3] 源江科技.VB編程技巧. 上海:上?？茖W(xué)普及出版社，2002 [4] OMRON .CQM編程手冊.2002 [5] OMRON. CQM操作手冊.2002