焦英偉

【摘 要】以太網(wǎng)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，它已經(jīng)漸漸的融入到PLC系統(tǒng)的各個(gè)通訊領(lǐng)域中。本文對(duì)PLC網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)進(jìn)行了分析。介紹了以太網(wǎng)技術(shù)引入到PLC控制系統(tǒng)后所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。研究探討工業(yè)以太網(wǎng)從冗余系統(tǒng)到以太環(huán)網(wǎng)的發(fā)展歷程。并介紹了本公司的所使用的PLC以太環(huán)網(wǎng)。

【關(guān)鍵詞】PLC 以太網(wǎng) 冗余 環(huán)形網(wǎng)

【中圖分類(lèi)號(hào)】S972.7+6【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0080-01

1、前言

好多年前工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用主要關(guān)注的是控制技術(shù)，工程師們主要依靠電力繼電器來(lái)發(fā)展自動(dòng)化應(yīng)用。然而，經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)要求那些關(guān)心控制技術(shù)發(fā)展的工程師增加對(duì)大規(guī)模產(chǎn)品和質(zhì)量的更高程度的關(guān)心。作為被關(guān)注的這個(gè)變化中的一部分，開(kāi)發(fā)出了不可編程的邏輯控制器。但是自動(dòng)化工程師們很快發(fā)現(xiàn)，這些設(shè)備的不可編程特性，給設(shè)計(jì)真正的自動(dòng)化系統(tǒng)帶來(lái)了難處。因?yàn)檫@個(gè)，就發(fā)明了PLC，PLC被設(shè)計(jì)為獨(dú)立進(jìn)行操作，但是它同時(shí)還提供了一個(gè)控制端口，來(lái)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接和配置。從PLC的歷史可以看出，自動(dòng)化的發(fā)展更關(guān)注的是控制技術(shù)，而不是通訊技術(shù)。

2、通訊網(wǎng)絡(luò)的引入

在最近的十幾年中，各種PLC系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，為了更好的使用這些PLC自動(dòng)化系統(tǒng)從而應(yīng)用了不同的通訊技術(shù)，比如Fieldbus，Ethernet和Profibus。工程師們開(kāi)始考慮將所有的設(shè)備連接到一個(gè)平臺(tái)下的方案，這樣就可以直接從所有的設(shè)備收集信息，而不需要協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。從這個(gè)道理來(lái)看，通訊和網(wǎng)絡(luò)成為未來(lái)自動(dòng)化發(fā)展的最重要的部分。將設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化帶來(lái)了眾多的好處，它增加了數(shù)據(jù)分析，性?xún)r(jià)比，提高了通訊的質(zhì)量，大幅度的增加了生產(chǎn)力。時(shí)下的網(wǎng)絡(luò)中Ethernet是目前最為流行的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其在PLC網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)中的應(yīng)用也非常廣泛。

3、工業(yè)以太網(wǎng)的眾多優(yōu)點(diǎn)

首先，很多的工程師對(duì)以太網(wǎng)都比較熟悉，這樣他們就不需要花費(fèi)額外的時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)新技術(shù)。其次，以太網(wǎng)的協(xié)同工作能力可以方便的與商業(yè)應(yīng)用進(jìn)行連接，如ERP和CIM，可以跨越距離通過(guò)廣域網(wǎng)來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。再次，利用不同的媒介，比如無(wú)線(xiàn)，光纖，交換機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的冗余應(yīng)用。最后，以太網(wǎng)的帶寬未來(lái)將可以從10M達(dá)到10G。有了上面這些好處，控制工程師將會(huì)樂(lè)意采用以太網(wǎng)技術(shù)來(lái)進(jìn)行他們的自動(dòng)化應(yīng)用，通過(guò)以太網(wǎng)來(lái)連接他們的PLC。在自動(dòng)化技術(shù)中采用以太網(wǎng)技術(shù)的趨勢(shì)被稱(chēng)作“工業(yè)以太網(wǎng)”。

4、典型的工業(yè)以太網(wǎng)

典型應(yīng)用以太網(wǎng)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)是星形拓?fù)洌?/p>

圖1

從圖1我們可以看到，PLC直接與工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)相連接。交換機(jī)提供了可靠的控制網(wǎng)絡(luò)，特別是他們的堅(jiān)固的設(shè)計(jì)，無(wú)風(fēng)扇特性和高M(jìn)TBF來(lái)確保連續(xù)的操作。

此外，如果需要更加可靠的媒介連接，我們可以建立雙星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋪?lái)實(shí)現(xiàn)媒介的冗余，如圖2所示：

這種雙星形冗余網(wǎng)絡(luò)提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全性，減少了各個(gè)PLC之間的通訊故障率。

5、帶冗余的以太環(huán)網(wǎng)

盡管在雙星形冗余網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有了媒介冗余，特別是使用了光纖之后，費(fèi)用將會(huì)更多。為了解決這個(gè)兩難的局面，環(huán)形拓?fù)渚统霈F(xiàn)了。如圖3所示為單環(huán)PLC以太網(wǎng)：

圖3

單環(huán)拓?fù)錇橄到y(tǒng)提供了冗余，并且隔離了通訊的錯(cuò)誤。在使用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)時(shí)，以太冗余環(huán)網(wǎng)將自動(dòng)的修復(fù)連接。這種類(lèi)型的基礎(chǔ)構(gòu)架性?xún)r(jià)比更高，但是卻與雙星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)有著同樣效果的媒介冗余。此外，它的恢復(fù)時(shí)間少于1秒，這為網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性提供了保障。

6、最高級(jí)別的冗余系統(tǒng)

圖4

圖4中我們?yōu)镻LC應(yīng)用建立一個(gè)最高級(jí)別可靠性的冗余系統(tǒng)，即雙環(huán)冗余PLC系統(tǒng)。在工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用中，最重要的是網(wǎng)絡(luò)的可靠性。控制工程師們可以通過(guò)雙環(huán)網(wǎng)上的RJ45端口來(lái)將設(shè)備連接到兩個(gè)獨(dú)立的環(huán)上，從而建立個(gè)雙環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)最高級(jí)別的冗余，來(lái)同時(shí)提供服務(wù)器的冗余，媒介的冗余和設(shè)備的冗余。

7、PLC冗余系統(tǒng)在我公司的應(yīng)用

我公司是高速線(xiàn)材的生產(chǎn)企業(yè)，采用了西門(mén)子的S7-400加S7-300遠(yuǎn)程的PLC。其中有最主要的三個(gè)400型PLC負(fù)責(zé)主要數(shù)據(jù)運(yùn)算，每個(gè)400型PLC借助Prifibus-DP網(wǎng)連接到遠(yuǎn)程300型PLC。三個(gè)400型PLC通過(guò)單環(huán)冗余系統(tǒng)連接，借助交換機(jī)和服務(wù)器組成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。三個(gè)PLC每天24小時(shí)不停的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和程序控制，由于冗余和環(huán)形網(wǎng)的存在，很好的保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)從投入運(yùn)行后故障率很低，大大的保證了我公司的生產(chǎn)作業(yè)率。