摘要：以太網技術在工業自動化和過程控制領域已經得到廣泛應用，本文介紹了PLC與以太網的結合方式，主要分析應用組態王軟件，實現三菱A系列PLC在以太網中與上位計算機的通信功能。

     關鍵詞：以太網；通信；程序設計

    1 引言

    隨著運動控制、計算機、通信、網絡技術的發展，信息交換的網絡正迅速覆蓋從工廠的現場設備到控制、管理的個個層次，從工段、車間、工廠到企業集團，這些導致了當前企業網絡不同層次間數據傳送的數據通信已變得越來越復雜。人們對工業局域網的開放性、互聯性、寬帶等方面提出了更高的要求，應用傳統的現場總線的工業控制網已無法實現企業管理自動化與工業控制自動化的無縫接合，技術上早已成熟的以太網自然就成為人們的首選對象。以太網不僅在工業自動化和過程控制領域獲得了廣泛應用，而且早已確立了在局域網（LAN）市場上的主導地位，成為當前應用最為廣泛的計算機網絡技術。

    目前以太網產品已得到空前的發展，快速以太網產品得到廣泛應用，采用交換和快速以太網技術的工業以太網已經成為工業控制系統的一種新的工業通信網。工業以太網有以下一些優點：

    （1）以太網可以滿足控制系統各個層次的要求使企業信息網與控制網得以統一。

    （2）可使設備的成本下降，以太網網卡價格要低于其他控制網的網卡。

    （3）有利于企業工程人員的學習和管理，幾乎每家企業都具備有以太網維護能力的人員，無需再專門學習。

    （4）易于與其他網（如Intenet）集成。

    2 CSMA/CD與以太網

     CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access With CollisionDetection）是計算機局域網常用的訪問控制方式之一，含有兩個方面的內容：載波偵聽（CSMA）和沖突檢測（CD）。CSMA/CD訪問控制方式主要用于總線型和樹形網絡拓撲結構，基帶傳輸系統。信息傳輸是以“包”為單位，簡稱信包。CSMA/CD的核心是信道競爭算法，它有多種形式。IEEE802.3標準所對應的是“1－堅持CSMA/CD”，它定義了在1Mbit/s到10Mbit/s各種介質上運行的“1－堅持CSMA/CD”。現在，一般把符合IEEE802.3的特定實現稱作以太網。

     在不同介質上實現以太網的成本和功能不同，除了標準的10Mbit/s粗纜基帶網外，還有雙絞線以太網、細纜以太網和寬帶以太網等。 

     以太網中的幀（frame）對應計算機接口中收發收據的緩沖區，是物理網絡上每次實際傳輸的數據。幀的大小和格式對高層協議的設計有重要影響。以太網的幀是變長的，其長度從64字節～1518個字節不等。IEEE802.3協議規定的介質訪問控制幀格式如圖1所示：
        
                

    以太網結構中，結點的發送是需要通過競爭獲得總線的使用權，而其他結點都應處于接收狀態。

    3 PLC與以太網的結合

    PLC的以太網通信，根據完成的功能不同，可以分為以下兩類：

    3.1 PLC通過以太網與上位計算機相連

    PLC通過以太網與上位計算機相連，可以實現上位計算機與PLC之間的通信，以完成上位計算機對PLC程序的上、下載和運行于上位計算機的組態軟件通過PLC系統對狀態的適時監控。在這種方式下，數據的傳輸一般是以點對點的形式完成。

    3.2 PLC之間通過以太網相連

    這一類的網絡連接所要達到的目的是實現各個PLC控制器之間的數據交互和數據共享。為了實現PLC控制器之間的數據交互，需要編制相應的PLC控制器通信部分的程序。這種通信功能的完成可以由PLC程序編制工具中的特殊模塊來實現。

    綜合來看，第一類應用的更為廣泛，很多廠商能夠提供相關的軟、硬件產品的支持。

    4 用組態王實現三菱A系列PLC在以太網中與上位計算機的通信

    三菱A系列PLC是三菱公司比較重要的產品，具有運行速度快、控制可靠、安裝靈活、擴展方便、性能價格比較高等特點，有強大的指令系統，在工業控制中應用較為廣泛，下面主要介紹它在以太網中怎樣通過PLC通信程序的設計實現與上位計算機通信的。

    4.1 基于PLC的10Base-5以太網結構  

   三菱A系列可以作為一個節點連接在局域網上，使用以太網通信模塊（如E71通信模塊）可以方便地實現PLC與PC之間的通信。E71模塊是可直接連接粗纜，組成10Base-5以太網，可以方便地實現PLC與上位機的數據傳輸、實時監控、信息管理等功能，其連接圖如圖所示。

    4.2 PLC通信程序的設計
      
                    
   
                                          圖2  PLC通信程序設計圖     

    (1) 通信協議

     E71模塊支持3種數據通信方式：握手方式、請求方式、用其他節點的請求直接讀寫方式。其中在第3種方式中，PLC為服務器端，不需要進行通信編程，由上位機向PLC發送通信請求命令，包括寫入命令和讀出命令。而前兩種數據通信方式均需通信編程。

    (2) PLC通信程序的設計

    圖3給出了連接上位機的PLC通信程序，此程序打開第一個通信信道，與1臺計算機相連。設PLC的IP地址為192.0.1.1，端口號為1296（510H）。程序中涉及的E71模塊I/O點及緩存說明如表1所示：
  
                  

   （3）上位機的通信實現

    組態王是一個比較成熟的國產組態軟件。它操作簡單，用它制作人機界面快捷簡便，其網絡功能比較豐富。它擁有豐富的驅動程序庫，用它提供的驅動程序可以方便地實現上位機PC與各種不同型號地PLC、變頻器、板卡、網卡等設備之間地相互通信。下面是組態王6.0與三菱A系列PLC之間地具體通信設置步驟：
          
                       
                                           
                                          圖3  連接上位機的PLC通信程序

    在組態王中選擇“新建”“工程”，取名為“通信工程”。

    在開發界面選擇“設備”“PLC”“三菱”“中型PLC以太網”“TCP/IP”

    為設備命名設為“PLC1”

    設置設備的IP地址，格式為“IP地址：端口號：連接超時時間”，本例為192.0.1.1:1296:3；最后單擊設置完成。

    經過上述設置后，當啟動組態王工程“通信工程”時，組態圖3 連接上位機的PLC通信程序王會自動連接上設備IP地址為192.0.1.1的PLC1，并在其信息框中顯示連接成功信息。

    參考文獻：

    [1] 張宏,等.三菱PLC入門與典型應用[M].北京:中國電力出版社,2009.

    [2] 張還.三菱FX系列PLC設計與開發[M].北京:機械工業出版社,2009.

    [3] 肖峰,賀哲榮.PLC編程100例[M].北京:中國電力出版社,2009.

    劉四妹（1976-）

     女，安徽馬鞍山人，高校講師中級職稱，維修電工中級技師，主要從事控制工程方面的研究，現就職于江蘇省南京工程高等職業學校。  

    摘自《自動化博覽》2011年第十一期