1,、引言
目前,一般常見 plc 型號都沒有集成現場總線 can-bus 的通訊功能接口,,因而不便于基于 can 總線多臺 plc 控制網絡的實現,。隨著應用技術的發(fā)展,,工業(yè)經常會出現需要 n 臺 plc 協同完成一個系統的綜合控制。此時,,原有集中控制的單一 plc 控制方案就顯得力所不及,,plc 網絡的集成工程需求也應運而生,。
本文提出了一種基于現場總線 can-bus 的 plc 網絡方案,能夠對多臺聯網的 plc 實現遠程配置,、數據通信,并能夠在投入較低硬件成本的基礎上,,實現良好的系統運行性能,。這個方案不僅充分發(fā)揮了現場總線 can-bus 的通信特點:實時、可靠,、高速,、遠距離、易維護等,,而且將現場總線技術與集中控制技術有機結合,,聯網后的 plc 網絡可以構成一個性能優(yōu)越的 dcs 系統;用戶在同一個主控制器(pc 機)上可以遠程監(jiān)控,、改變任何一臺聯網 plc 的程序或狀態(tài),。
2、 組建 plc 網絡的兩種方式
通用 plc 一般提供 1~2 個 rs-232 或 rs-485 通訊端口,,用于與其他控制設備通訊,;這些通訊端口支持有限的通訊協議,實現 plc 設備的通訊與配置,。本項目利用 plc 自身的通訊端口,,將其擴展成為能夠與多臺設備聯網,實現基于現場總線 can-bus 多臺 plc 網絡,。根據網絡中主控制器的不同,,plc 網絡分為以下方式:多臺 plc 聯網,各 plc 地位平等,,可外擴 hmi 人機界面,;多臺 plc 聯網,由 1 臺工控 pc 作為主控制器與操作界面,。本文重點討論兩種基于 rs-232 或 rs-485 通訊端口 plc 的組網方法,。
2.1 plc 串行聯網
通過 rs-232/rs-485 轉 can-bus 網關進行信號轉換使 plc 具有 can-bus 通訊接口。多臺具有 can-bus 通訊接口的 plc 之間相互連接,,即可以組建 plc 網絡,。每臺連接 plc 單元的 rs-232/rs-485 轉 can-bus 網關都可以設定一個獨立的設備 id 號,長度為 11 位或 29 位,,用作為該 plc 單元的地址,。
通過上述方式組建的 plc 網絡,任何一臺 plc 均可以主動發(fā)起數據通訊,,由 can-bus 網關起硬件自動仲裁作用,,保障每一次通訊的數據不丟失;網絡中的 plc 數量不受限制,數百,、上千臺 plc 都可以連接在同一現場總線 can-bus 網絡中,。同時,plc 網絡中可以連接具有 can-bus 通訊接口的 hmi 人機界面,。
2.2 多臺 plc 與工控 pc 并行聯網
工控 pc 機內插 pci-can 板卡(如研華的 pci1680,、周立功的 pci5110 等),可以組建 can-bus 網絡,,通過連接在 can-bus 網絡中的網關 rs-232/rs-485 轉 can-bus 轉換器,,借助于 can-bus 網絡配套的“虛擬串口”軟件,建立多達 2047 個標準的串行通訊端口,,從而連接多達 2047 條串行網絡,。即在一條普通雙絞線上連接多達 2047 臺 plc 設備,工控 pc 機訪問連接在 can-bus 網絡上的 plc 設備,,與操作標準串口完全一致,。這種方式可以充分發(fā)揮工控 pc 機的作用,通訊效率比較高,,是一般 plc 網絡建設的主流方向,。本文采用此種方案組建 plc 網絡。系統結構如圖 1 所示,。
圖 1 多臺 plc 與工控 pc 機并行聯網
plc 網絡的硬件組成與連接
建立 plc 網絡,,除了 plc 設備,還需要建立現場總線 can-bus 網絡的設備,,主要有 rs-232 轉 can-bus 網關,、pci-can 接口卡等。
rs-232 轉 can-bus 轉換器可以方便地連接到 plc 設備的 rs-232 標準通訊端口,,使 plc 設備具有與現場總線 can-bus 網絡通訊的能力,。轉換器通過 modbus 協議轉換,可以支持不同通訊協議的 plc 設備,。對于只集成 rs-485/422 通訊端口的 plc 設備,,可以選擇 rs-485 轉 can-bus 轉換器。rs-232 轉 can 轉換器和 rs-485 轉 can 轉換器讀者可以自行設計,,也可以購買目前市場成熟的產品,,如研華的亞當模塊、周立功的智能轉換模塊等,。
工控 pc 機內插 pci-can 接口卡,,可以令工控 pc 機具有現場總線 can-bus 通訊接口,從而成為 can-bus 網絡中的一個主要功能節(jié)點,。根據與 pc 連接方式的不同,,pc-can 接口卡可以分為很多種不同的類型,,常見的型號有 pci-can 接口卡、isa-can 接口卡,、pc104-can 接口卡,、usbcan 接口卡、以太網轉 can 接口卡等,。
pci-can 接口卡一般都提供有 can-bus 測試工具,、api 開發(fā)例程、opc 服務器軟件等,。利用“虛擬串口服務器”軟件可以開發(fā)基于串口通訊的軟件項目,組建基于 can 總線的 plc 網絡,。
4,、 三菱-西門子 can 網絡集成案例
4.1 原理設計
在某印染廠的印染控制系統中,有兩臺瑞士布賽 5v 型平網印花機,、三臺臺灣奇正平網印花機,、2 臺日本東升平網印花機以及 2 臺兩臺德國的 mbk 圓網印花機,這些設備的主控制器是西門子的 s7-200 以及日本三菱的 fx 系列的 plc,。為了使印染廠的印染控制系統能夠在一臺上進行監(jiān)控以及控制,,單臺 plc 進行現場設備信號的采集和控制,由于各個現場 plc 工作點距離較遠遠,,工控機 pc 不可能實現每一臺 plc 設備的單獨電纜連接,。因此,將各臺 plc 設備通過現場總線 can-bus 網絡連接,,組建一個地區(qū)范圍內的 plc 網絡,,從而實現 plc 遠程維護、數據實時監(jiān)控,,既能夠大大提高系統的管理效率,,也可以有效地降低網絡建設成本。
每臺平網印花機 plc 設備集成有 1 個 rs-4852 串行通訊端口,,通過 can 轉 rs-485 轉換器連接到現場總線 can-bus 網絡,。工控機 pc 內置 1 塊 pci-can 接口卡,型號為 pci-1680 接口卡,,可以使工控機成為 can-bus 網絡中的節(jié)點,,能夠同時管理九臺平網印花機。
plc 串行通訊協議實現,,不同廠家,,plc 的串行通訊協議不同,本就以本項目所用的 s7-200 為例說明其通訊方法,。s7-200 系列 plc 配有 rs-485 標準串行接口,,可實現下列四種網絡的連接:
?。?) simatic s7-200 網絡(ppi 協議);
?。?) 用戶可編程接口協議(自由口模式)采用可編程自由口通信模式(free port mode),;
(3) profibus-dp 網絡,。
4.2 系統通訊
本項目采用自由口通訊的模式,,與自由口模式有關的特殊寄存器及相關的位:
(1) 控制字寄存器 smb30:s7-200plc 的通信模式由 smb30 設置,,當 mm=01 時 plc 工作于自由口模式,。
(2) 通信接收字符緩沖器 smb2:smb2 是一個暫態(tài)寄存器,,用于存放在自由口通信方式下接收到的當前字符,,用戶在下一步應從這里取走其中的內容,通過編程控制將接收到的字符一個一個由 smb2 移入接收緩沖區(qū),。
?。?) 通信校驗結果標志位 smb3.0:plc 按 smb30 規(guī)定的奇偶校驗方式對所接收到的數據作校驗。如果校驗有錯,,plc 自動將 smb3.0 置 1,,sm3.0=0 表示奇偶校驗正確。根據這個標志,,可決定對當前信息的取舍,,還可以在出錯的情況下,將此錯誤位發(fā)送給對方,,以便要求它重發(fā),。
(4) 工作方式標志位 sm0.7:s7-200 系列 plc 只有處于運行(run)方式時才能進行自由口模式通信,,而在停止(stop) 方式時只能以 ppi 模式通信,。當 plc 處于 run 方式時 sm0.7=1,否則 sm0.7=0,,因此可通過判斷 sm0.7 的狀態(tài)來打開或關閉自由口通信,。
(5) 發(fā)送器空標志 sm4.5 及收發(fā)指令:s7-200plc 有專門的發(fā)送指令:xmt table port table 為發(fā)送數據的字節(jié)數即數據長度,,最大為 225,;port 指定通信口,自由口模式下必須為 0,。當正發(fā)送數據信息時,,特殊存儲器位 sm4.5=0,當發(fā)送完成后,,sm4.5=1,,因此可通過判斷 sm4.5 的狀態(tài)來進行發(fā)送后處理,,也可直接用發(fā)送中斷來處理。cpu215 cpu216 還提供了接收控制指令:rcv table port 與 smb86 smb94 smb 186 smb 194 寄存器配合,,用以改變(初始化或終止)接收信息,。
plc 串行通訊程序執(zhí)行時,在每一個掃描周期的開始,,都要檢查 sm0.7 的狀態(tài),,若 plc 處于 run 方式即 sm0.7=1,則打開自由口模式并設置其它相關的波特率,、奇偶校驗等參數,,否則置自由口模式無效。
5,、結束語
本文介紹的基于 can 總線多臺 plc 組網系統的實現,,在系統的實際運行中,現場總線 can-bus 的穩(wěn)定性,、抗干擾能力得到充分的體現。工程項目不需要改變原有的現場設備控制平臺,,可以將現有控制設備無縫地嵌入先進的現場總線網絡,,構成新一代的紡織自動化集成網絡系統,為紡織工程 mes 和 erp 提供現場信息自動化平臺,。方案以較低的成本投入,,使現場自動化網絡的大跨度提升。具有很好的應用前景,。