典型的网络结构

6.3.2　典型的PLC网络结构

PLC的网络化作为PLC发展的主要方向之一，在工厂自动化中广泛采用。这里简单介绍三家比较知名且市场占有率较高的PLC产品构成的PLC网络，它们分别是：三菱电机公司的PLC网络、欧姆龙公司的PLC网络以及西门子公司的PLC网络。

图6-19　三菱公司的PLC网络

1）三菱电机公司的PLC网络

三菱公司的PLC网络继承了传统使用的MELSEC网络，并使其在性能、功能、使用简便等方面更胜一筹。MELSECNET是三菱公司的PLC数据通信网络，它不但可以进行数据控制，还可实施数据管理，能完成工厂自动化所需的绝大部分功能，是一个大型的网络控制系统，它具有通信能力强、可靠性高、具有良好的通信监测功能、编程方便等特点。Q系列PLC提供层次清晰的三层网络，针对各种用途提供最合适的网络产品，如图6-19所示。

（1）管理层（信息层）

Ethernet（100/10Mbps以太网）信息层为网络系统中最高层，用于工厂中各部门之间的信息传送，主要是在PLC、设备控制器以及生产管理用PC之间传输生产管理信息、质量管理信息及设备的运转情况等数据。管理层使用最普遍的是Ethernet，它不仅能够连接PC、工作站等，还能连接各种FA设备。Q系列PLC的Ethernet模块具有日益普及的因特网电子邮件收发功能，使用户无论在世界的任何地方都可以方便地收发生产信息邮件，构筑远程监控管理系统，通过开发平台的内置诊断工具，可以对Ethernet、MELSECNET、CCLink进行诊断。同时，利用Internet网的FTP服务功能及MELSEC专用协议可以很容易地实现程序的上传/下载和信息的传输。

（2）控制层

MELSECNET/H（最高速率25Mbps）或MELSECNET/10（最高速率10Mbps）是位于整个网络系统的中间层的控制网络，作为以太网的下级网络，允许工厂某部门内部的PLC之间方便且高速地进行数据处理、互传。作为MELSEC控制网络的MELSECNET/10，以它良好的实时性、简单的网络设定、无程序的网络数据共享概念以及冗余回路等特点获得了很高的市场评价，被采用的设备台数在日本达到最高，在世界上也有较高的占有率。而MELSECNET/H不仅继承了MELSECNET/10优秀的特点，还为不同过程间的线路互锁和同步提供了高性能、抗故障、可确定的通信，使网络的实时性更好，数据容量更大，进一步适应市场的需要。但目前MELSECNET/H只有Q系列PLC才可使用。

（3）设备层

CC-Link（最高速率10Mbps）现场总线设备层作为整个网络系统的底层，用来把PLC等控制设备和传感器以及驱动设备连接起来，是一个开放式的网络。采用CC-Link现场总线连接，布线数量大大减少，降低了配线成本并增加了诊断等功能，提高了系统可维护性。而且，除读写ON/OFF等开关量的数据外，还可连接ID系统、条形码阅读器、变频器、人机界面等智能化设备，从完成各种数据的通信到终端生产信息的管理均可实现，加上对机器工作状态的集中管理，使维修保养的工作效率也大为提高。在Q系列PLC中使用，CC-Link的功能更好，而且使用更简便。

在三菱公司的PLC网络中进行通信时，不会感觉到有网络种类的差别和间断，可进行跨网络间的数据通信和程序的远程监控、修改、调试等工作，而无需考虑网络的层次和类型。

MELSECNET/H和CC-Link使用循环通信的方式，周期性自动地收发信息，不需要专门的数据通信程序，只需简单的参数设定即可。MELSECNET/H和CC-Link是使用广播方式进行循环通信发送和接收的，这样就可做到网络上的数据共享。

对于Q系列PLC使用的Ethernet、MELSECNET/H和CC-Link等网络，可以在GX Developer软件画面上设定网络参数以及各种功能，简单方便。

此外Q系列PLC除了拥有上面所提到的网络之外，还可支持ProfiBus、ModBus、DeviceNet等其他厂商的网络及协议，还可进行RS 232/RS 422/RS 485等串行通信，通过数据专线、电话线进行数据传送等多种通信方式。

2）欧姆龙公司的PLC网络

欧姆龙公司的PLC网络类型较多，功能齐全，可以适用各种层次工业自动化网络的不同需要。如图6-20所示为欧姆龙公司的PLC网络系统的结构体系示意图。

图6-20　欧姆龙公司的PLC网络

欧姆龙公司的PLC网络结构体系大体分为三个层次：信息层、控制层和器件层。信息层是最高层，负责系统的管理与决策，除了Ethernet网外，HOST Link网也可算在其中，因为HOST Link网主要用于计算机对PLC的管理和监控。控制层是中间层，负责生产过程的监控、协调和优化，该层的网络有SYSMAC NET、SYSMAC Link、Controller Link和PLC Link网。器件层是最低层，为现场总线网，直接面对现场器件和设备，负责现场信号的采集及执行元件的驱动，有CompoBus/D、CompoBus/S和Remote I/O网。

Ethernet作为大型网，它的信息处理功能很强，同时支持FINS通信（欧姆龙为自己的FA网络而开发）、TCP/IP和UDP/IP的Socket（接口）服务、FTP服务。HOST Link网是欧姆龙推出较早、使用较广的一种网。上位计算机使用HOST通信协议与PLC通信，可以对网中的各台PLC进行管理与监控。

SYSMAC NET网属于大型网，是光纤环网，主要是实现有大容量数据链接和节点间信息通信。适用于地理范围广、控制区域大的场合，是一种大型集散控制的工业自动化网络。

SYSMAC Link网属于中型网，采用总线结构，适用于中规模集散控制的工业自动化网络。主要功能有大容量数据链接和节点间信息通信。

Controller Link网（控制器网）是SYSMAC Link网的简化，相比而言，规模要小一些，但实现简单。其功能与SYSMAC Link网基本相同。使用FINS指令进行信息通信。

PLC Link网的主要功能是各台PLC建立数据链接（容量较小），实现数据信息共享，它适用于控制范围较大，需要多台PLC参与控制且控制环节相互关联的场合。

CompoBus/D网是一种开放、多主控的器件网，开放性是其特色。它采用了美国A-B公司制定的DeviceNet通信规约，其他厂家的PLC等设备，只要符合DeviceNet标准，就可接入其中。其主要功能有远程开关量和远程模拟量的I/O控制及信息通信。这是一种较为理想的控制功能齐全、配置灵活、实现方便的控制网络。

CompoBus/S网也为器件网，是一种高速ON/OFF现场控制总线，使用CompoBus/S专用通信协议。功能虽不及CompoBus/D，但实现简单，通信速度更快，主要功能有远程开关量的I/O控制。

Remote I/O网实际上是PLC I/O点的远程扩展，适用于工业自动化的现场控制。

欧姆龙公司的C系列PLC中，如C200H、CJ1、CV、CS1、CQM等型号的PLC可接入Controller Link网，随着Controller Link网的不断发展和完善，其功能已覆盖了控制层其他三种网络。

目前，在信息层、控制层和器件层这三个网络层次上，欧姆龙主推Ethernet、Controller Link和CompoBus/D三种网。

3）西门子公司的PLC网络

西门子公司为了能适合不同的控制需求，将控制网络分成了若干层次，为各个网络层次之间提供了相应的互连模块或装置，采用不同的国际标准，具有不同的性能和特点，利用它们可以设计出满足各种应用需求的控制管理网络。

西门子S7系列PLC网络如图6-21所示，它采用4级子网3级总线复合型结构。其生产金字塔的4级由上到下依次是：公司管理级、工厂与过程管理级、过程监控级、过程测量与控制级。

图6-21　西门子公司的S7系列PLC网络

三级总线的最高一级为工业Ethernet网，使用通用协议，负责传送生产管理信息。

中间一级是ProfiBus现场总线或主从式多点链路MPI（MultiPoint Interface）。前者采用令牌方式与主从轮询相结合的存取控制方式，可实现现场、控制和监控三级的通信。后者为一种主从式总线，采用主从轮询存取方式通信。

最底一级为ASⅠ总线：负责与现场传感器和执行器的通信，也可以是远程I/O总线，负责PLC与分布式I/O模块之间的通信。

西门子S7系列PLC中的S7-200CPU支持多种通信协议。根据所使用的S7-200 CPU，网络可以支持一个或多个协议，包括通用协议和公司专用协议。专用协议包括：点到点接口协议PPI（Point to Point Interface）、多点接口协议MPI、自由通信接口协议、Profibus协议和USS协议。