PLC连网通信平台解决方案，打造智能化工厂

PLC与PLC、计算机、人机界面或智能设备通信最简便的是利用标准串口。而理想平台是PLC相关网络。

1.标准串口

（1）RS-232C接口

RS-232C串口是数据终端设备DTE（Data Terminal Equipment）和数据通信设备DCE（Data Communication Equipment）之间串行二进制数据的交换接口。DTE可以是计算机，也可是PLC或智能设备，指需要数据通信站点。DCE是用以实现站点间通信的设备，如调制解调器（Modem）等。它的典型应用如图5-1所示。

图5-1 RS-232C串口典型应用

从图5-1可知，有了DCE这个通信设备，两个DTE（站点）才可建立物理连接，进而也才可进行数据通信。

DCE还可以是无线调制解调器。在各无线调制解调器间，可通过无线电波或红外线传送信号，也可达到数据通信的目的。

RS-232C规定了接口引脚功能和接线。当初，它规定了21条信号线，但在这21条中，常用的仅9条，也因此9针连接器就很常用起来了。这9针连接器引脚的信号线定义见表5-1。

表5-1 9针RS-232C接口引脚定义

RS-232C还规定物理连接的插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及排列方式、锁定装置形式等。目前常用的9针DB连接器（插头、插座）简图如图5-2所示。

RS-232C还规定了串口通信的实现过程。这与是否通过DCE有关。一般总是要先拨号，要求建立连接；经对方回应确认，实际建立连接；然后才可通信。通信后还要挂机，断开连接。图5-3所示为计算机串口与PLC串口，通过DCE（调制解调器，MODEM）连接示意。

图5-2 9针接口简图

对这样连接，如果计算机发起通信，则要把PLC方的MODEM置为准备接收呼叫状态。办法是，把PLC方的MODEM接于计算机串口，调Windows附件中的超级终端，在其窗口上键入以下3条命令：

atso=1 （设置准备接收状态）

at&wo （存于寄存器）

at&yo （上电时调寄存器）

这样，MODEM接PLC，上电后，则它的AA指示灯亮。这表明PLC方MODEM已作好接收呼叫的准备。这时，一旦计算机呼叫它，经一声振铃响，即响应，并强占电话线。

计算机方要发起通信，则要在用户程序中，执行与PLC方MODEM通信的呼叫代码。也可通过超级终端键入呼叫代码。呼叫的代码是：“atdt+PLC方电话号码+回车”。

一旦呼叫成功，将返回相应信号，双方MODEM的CD指示灯均亮。这时，计算机与PLC通信完成了通信连接。其间虽经过MODEM、电话局，但将如同直接连线，即可通信。

图5-3 计算机与PLC通过DCE连接示意

当通信距离较近时，可不需要DCE。通信双方可以直接连接。有两种连接方式：一种是有握手信号连接；另一种是无握手信号连接。后者更常用。

有握手信号连接它除了双方数据交叉相接，信号地线直接相连外，其它的信息线也要相应地进行连接。较完整的连接如图5-4所示。

这种连接称为交叉环回接口连接，也称假MODEM连接。双方需用7条线，数据交换前要进行“握手”。“握手”成功才可交换数据。双方“握手”信号过程如下：

1）当甲方的DTE准备好，发出DTR信号，该信号直接连至乙方的RI（振铃信号）和DSR（数传机准备好）。即只要甲方准备好，乙方立即产生呼叫（RI）有效，并同时准备好（DSR）。尽管此时乙方并不存在DCE。

2）甲方的RTS和CTS相连，并与乙方的DCD互连。即一旦甲方请求发送（RTS），便立即得到允许（CTS），同时，使乙方的DCD有效，即检测到载波信号。

图5-4 RS-232C口有握手信号连接

图5-5 RS-232C口无握手信号连接

3）甲方的TXD与乙方的RXD相连，一发一收。图5-5是零MODEM方式的最简单连接（即3线连接），图中的2号线与3号线是交叉连接。这样，把通信双方都当作数据终端设备看待，双方可发，也可收。通信双方的任何一方，只要请求发送RTS有效和数据终端准备好DTR有效，即能开始发送和接收。

（2）RS-232C的不足之处

RS-232C接口信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。只能进行一对一的连接。不能实现与多个站点通信。使用一条共用信号地线，共地传输，易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。所以，传输距离（电缆长度）是受限制的。当传输速率为19200bit/s，误码率小于4%时，要求导线的电容值应小于2500pF。对于普通导线，其电容值约为170pF/m。所以，其最大传输距离可按下式计算：

允许距离L=2500pF/（170pF/m）=15m

当使用9600bit/s，普通双绞屏蔽线时，距离可达60m（200ft）。当使用1200bit/s，普通双绞屏蔽线时，距离可达900m（3000ft）。

（3）RS-422A接口

为了克服RS-232接口的不足，于1977年底，EIA颁布了新的接口标准。几经改进，后出现了RS-422A标准。规定控制信号不用了。规定的信号电平降低为±6V（±2V为过度区域，仍为负逻辑）。规定发送器、接收器分别采用平衡发送器和差动接收器。这相当于差动直流放大器可消除零点漂移一样，消除共模干扰。所以，抗串扰能力大大增强。

图5-6所示为RS-422四线接口电气原理图。除4条信号线，还有一条信号地线。数据线发送端（SDA、SDB）与对方的接收端（RDA、RDB）相连。各有其通道。无须握手直接可以进行双向数据交换。

RS-422A的接收器输入阻抗较高（4kΩ），发送器的驱动能力也比RS-232大，所以它允许一个发送器可连接多到10个节点。但其中只有1个主站点（Master），其余为从站点（Salve）。而且从站点之间不能通信。

RS-422A平衡双绞线的长度与传输速率成反比。最大传输距离为1219m（约4000ft），最大传输速率为10Mbit/s。一般100m长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mbit/s。

RS-422A连线时，在传输电缆的两个最远端，要接终端电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。但距离较短、300m以下，一般可不接。

（4）RS-485口

RS-485是从RS-422基础上发展而来的。它的许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、在传输线终端，接终端电阻的要求也与RS-422相同。但RS-485连线可用四线制，也可用二线制。

采用四线连接也只能有一个主（Master）站，其余为从站。从站之间也不能通信。但从站数可增加到32个。

图5-6 RS-422四线接口电气原理图

RS-485用的更多的是二线制，采用半双工方式。靠使能控制达到双向通信的目的。其接线如图5-7所示。在一个总线上，它可允许连接多达128个RS-485接口（站点）。而且，站点间可实现相互通信。

从图5-7可知，在RS-485中有一个“使能”端（该图未全画出），用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。哪个站点要发送数据，则用“使能”端激活，而其它站点则只能接收数据。

RS-232C、RS-422A及RS-485有关电气规定参见表5-2。

图5-7 RS-485接口连线

表5-2 RS-232C、RS-422A及RS-485有关电气规定

提示：由于RS-485接口的优越的特性，有的PLC专用网络的物理层，如Profibus、CC-Link网，也是用RS-485串口标准。

计算机一般不配RS-485口，但工业PC多有配置。一般计算机要配备RS-485口，也可通过插入通信板扩展。

PLC的不少通信模块配用RS-485口。如和利时的LM3108、3109。OMROM的CP1H的内置串口板，西门子的S7机的PPI、MPI、Profibus网用的也都是RS-485口。

提示：RS-232C、RS-422A与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。

（5）USB口

除了串口，用串行传输方式传送数据的，还有USB（Universal Serial Bus）接口。是康柏、微软、IBM、DEC等公司为解决传统总线不足，于1995年推广的一种新型的接口标准。

目前使用的有USB1.1和USB2.0两个版本。USB1.1的最高数据传输率为12Mbit/s。USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的。它的传输速率达到了480Mbit/s，足以满足大多数外设的速率要求。USB2.0中的“增强主机控制器接口”（EHCI）定义了一个与USB1.1相兼容的架构。它可以用USB2.0的驱动程序驱动USB1.1设备。也就是说，所有支持USB1.1的设备都可以直接在USB2.0的接口上使用而不必担心兼容性问题，而且像USB线、插头等附件也都可以直接使用。

USB连接线为设备还可提供最高5V、500mA的电力。USB口的数据传输距离不大。超过5m不能通信。

USB口可热插拔，其连接的外设可即插即用。此外，USB接口还具有体积小、安装方便、高带宽、价位低、易于扩展、可连接数多台外设（最多可连接127台），以及可在线供电、不占系统资源、可错误检测与复原、节省能源等优点。所以USB接口已经成为计算机的标准接口之一。

USB接口有如下3种类型：

—TypeA：一般用于PC；

—TypeB：一般用于USB设备；

—Mini-USB：一般用于数码相机、数码摄像机、测量仪器以及移动硬盘等。

配备USB口两台计算机还可通过USBLink100专用电缆非常方便地实现双机连网。该电缆提供有驱动程序（SMART-Linq程序）。安装好驱动程序（安装程序会在桌面上建立一个PC-Linq的快捷菜单），做好计算机BIOS正确设定，重新启动计算机，即可连网。这时，两个计算机分别运行PC-Linq程序，即可看到，类似Windows下的“资源管理器”一样PC-Linq窗口，将分别显示两个计算机的资源。在这个窗口上，同样支持复制、粘帖、创建、删除和直接拖曳等，与“资源管理器”的功能相同。不同的只是“资源管理器”只能管理本地计算机上的资源，而PC-Linq窗口却能同时管理两台计算机上的资源。

除以上所介绍的常用功能外，在PC-Linq窗口中还可以共享另一台计算机的软驱、光驱、文件和打印机等资源。其中，共享对方的软驱、光驱和打印机时，无论从操作方式还是从速度上看，与在本地计算机上几乎没有什么区别；如果对方计算机上的应用程序没有严格的连接要求，一般都能通过调用在本地计算机上运行。其它的如WAV、MP3及一些文本文件都可以直接在本地计算机上顺利地调用。

提示：在从计算机上拔掉USBLink电缆之前一定要先关闭本地的PC-Linq窗口，否则会因终断连接而产生蓝屏，甚至是死机。

正是USB口有这么多的优点，最新出厂的PLC，如欧姆龙的CP1H、CP1E机及CJ2机等，也配置有这个接口，可使用它通过厂商所提供的编程软件，与计算机直接通信。而且，对于CJ2H-CPU6@-EIP或CJ2M-CPU3@，还可通过USB端口访问EtherNet/IP网络中的PLC。

最后要指出的是，在美国旧金山举行的2007秋季IDF上，由英特尔、微软、惠普、NEC、NXP半导体和德州仪器6家行业巨头组成的USB3.0促进者社团（USB3.0 Promoter Group）发布了超高速USB（Super Speed Universal SerialBus）互联规格，即USB3.0。该社团宣布，其传输速率可达2.0版的10倍，将广泛应用于PC、消费电子和移动设备领域。而NEC公司已宣布将发布首款支持USB3.0标准的控制芯片μPD720200和支持PCI-E2.0总线的扩展卡。这意味着USB口将又有更长足的进步。

（6）IEEE1394口

IEEE1394口的前身叫Firewire（火线），是1986年由苹果电脑公司针对高速数据传输所开发的一种数据传输接口，并于1995年获得美国电机电子工程师协会认可，成为正式标准。现在看到的IEEE1394、Firewire和i.LINK其实指的都是这个标准。(www.xing528.com)

通常，在个人计算机领域将它称为IEEE1394，在电子消费品领域，则更多的将它称为i.LINK，而对于苹果机则仍以最早的Firewire称之。

IEEE1394也是一种高效的串行接口标准，功能强大而且性能稳定，并支持热拔插和即插即用。IEEE1394可以在一个端口上连接多达63个设备，设备间采用树形或菊花链拓扑结构。

IEEE1394标准定义了两种总线模式，即Backplane模式和Cable模式。其中Backplane模式支持12.5Mbit/s、25Mbit/s、50Mbit/s的传输速率；Cable模式支持100Mbit/s、200Mbit/s、400Mbit/s的传输速率。目前最新的IEEE1394b标准能达到800Mbit/s的传输速率。

IEEE1394是横跨计算机及家电产品平台的一种通用界面，适用于大多数需要高速数据传输的产品，如高速外置式硬盘、CD-ROM、DVD-ROM、扫描仪、打印机、数码相机、摄影机等。

IEEE1394分为有供电功能的6针A型接口和无供电功能的4针B型接口，A型接口可以通过转接线兼容B型，但是B型转换成A型后则没有供电的能力。6针的A型接口在Apple的电脑和周边设备上使用很广，而在消费类电子产品以及计算机上多半都是采用简化过的4针B型接口，需要配备单独的电源适配器。

相比于USB1.1，1394a接口在速度上占据了很大的优势。而当USB2.0推出后，1394a接口在速度上的优势就不再那么明显了。同时现在绝对多数主流的计算机并没有配置1394接口。但可以通过插接IEEE1394扩展卡的方式获得此接口。而PLC则都还没有配置这样接口的机型。

IEEE1394接口工作速度虽快，但传输的距离更短，最长仅4m左右。

（7）通信口转换

从以上介绍可知，标准通信接口种类很多。不同的类型的接口，其电气、机械及工作特性也不相同。所以，要实现通信，两个设备的通信接口类型不同，其间的连接、通信是无法实现的。

计算机及需要通信的设备类型、品牌、规格很多，生产的厂商也很多，要求所有这些产品都使用同一种通信接口，当然是不可能的，更何况通信接口技术还在不断发展呢！所以，为实现不同特性接口的计算机及设备能够互联、互通，则必须使用接口转换器，或称适配器，如USB口转换成RS-232C的适配器，RS-232口转换成RS-422A、485的转换器等。用它后，可对其中的一方接口进行转换。把其中一方的通信接口转换与另一方的相同，双方的连接、通信则有可能了。

特别当今，有的电脑，特别是“笔记本电脑”，已不配置串行接口，而只配置USB口。为了与配备RS-232C、RS-485/422口的设备连接、通信，就必须使用USB口到RS-232C、RS-485/422口的转换器，以便它转换为RS-232C口、RS-485/422才可。

再就是，由于计算机要接入的通信设备不断增多，有时可能出现通信接口不够使用的情况。这时，计算机还可配置如以太网卡那样的串行接口卡。配置后，其上就有相应标准接口。一个板卡提供几个、10几个接口的都有。

可知，有了转换器、板卡，计算机的标准接口可以转换，也可以增多。而且现在，开发、生产这样转换器、板卡的厂商很多。市场上这类产品也很多，价格也较为低廉，这就为计算机通过标准接口，实现与多种设备连接、通信提供了很大方便。

要指出的是，把USB口转换为标准串口只是“虚拟串口”。可能有的以前在传统RS-232C口上运行的软件，使用它却不能够正常运行。所谓“传统RS-232C口”是指从PC的主板或者总线，比如台式机的PCI或者ISA总线、笔记本电脑的PCMCIA总线上扩展出来的RS-232C口。这是因为USB与PCI之类的并行总线有本质的区别。USB口没有分配固定的总线I/O地址，也没有固定的中断号，它的地址是通过软件来虚拟的。而传统的RS-232C口有固定的I/O地址以及中断号。这就是某些通信软件在传统RS-232C口可以运行，而在USB到串口转换器的RS-232C口上不能够运行的原因。如果通信软件内有直接I/O读写语句，那么肯定无法在USB/串口转换器的串口上运行。另外还有一个原因就是对RTS/CTS、DTR/DSR这些握手信号的操作，即使是通过虚拟读写不是通过直接I/O读写来操作这些握手信号，但由于USB/串口转换器对这些握手信号的虚拟读写过程的初始化往往比较耗时，所以容易导致握手信号读写失败。

除了转换器，还有标准串口的“增强器”。用它可提高标准接口的通信能力，如增大通信距离，增强防干扰或抗雷击能力。这类“增强器”名称不一，或称适配器，或称收发器，或称串口泵。如RS-232C接口，原来最大传输距离只有15m、波特率最高只有19200bit/s，而经使用某厂商生产的串口泵“增强”，其传输最大距离可达2km，波特率也可达57600bit/s。这些增强技术的奥秘是，将RS-232C接口数据传送方式转换成浮地隔离双端平衡传输。同时，采用了光隔离，使得串口与设备之间没有电接触，只有光传送，大大地提高了系统的抗干扰能力，内置的抗雷击电路也可确保系统的安全。

串口连接媒体本来是使用双绞线，也可用适配器“增强”，变为使用光纤。很多PLC厂商，如欧姆龙就生产有这类适配器。使用这类适配器后，设备间用光纤连网、通信，不仅可增大网络站点间的距离、避免雷击、提高保密性，同时也可提高传输速率。有的产品还介绍说，经使用它的“光纤”产品“增强”，传输距离可扩大到20km。

再就是还有种种传输“中继器”，它们可把收到的已减弱信号放大，放大后再向前传送。所以，也是接口通信能力的“增强”。特别在使用RS-485时，在站点间增加多个中继器，可大大增加数据的传输距离。同时，还能增多网络站点的配置。

此外，目前不仅有各种标准接口之间相互转换及增强的适配器，而且还有把标准串口或USB口转换成以太网的适配器、连接移动通信的适配器。用它也可通过标准串口或USB口接入以太网、移动通信网络。这样，站点间的数据交换及相互操作也可通过互联网、移动通信实现。

其实，在某种意义上讲，Modem也可看成这样的转换器。有有线Modem，还有无线Mo-dem。有线Modem可使两个站点通过拨号、应答，通过电话网络实现连接。而连接后这个电话网络对两个站点将是“透明”的，其间通信如同直接连线一样，而通信距离却随着电话系统而无限增大。无线Modem信号有电磁波传送的，还有红外线传送的。前者要使用专用频率，距离可长可短，视生成信号的功率而定。后者距离较短，两个站点要处在相互视野顾及之内。小功率的电磁波及红外信号传送很适合用于移动站点与固定站点之间的通信。在立体仓库中用得很多。

（8）串口设定

使用串口还要做好设定，也就是要确定它的波特率、帧格式及校验处理。波特率控制数据发送与接收速率，只有通信双方传输速率相等，所发送的数据才能被正确接收。帧格式是指起始位、数据位及停止位的分配。常用的是一位起始位，7或8位数据位，1～2位停止位。校验有奇偶校验，也可设为不用校验。帧格式及校验处理通信双方也要设定一致。注意，如果传输的为十六进制数，而不是ASCII码，则必须用8位数据位。

此外，还有数据流的控制。因为接收方在收到数据后，总是要进行处理的。如果接收方处理速度较慢，也有可能未把所接收的数据处理完毕，接收缓冲区还未清空，发送方又把数据发来。这样，就要造成数据丢失。这当然是不允许的。流控制就是接收方通过控制信号通知发送方是否发送或停止发送数据。

流控制有两种办法：硬件流控制及软件流控制。

1）硬件流控制：硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）流控制。为此，必须将相应的电缆线连上。在编程时，要根据接收端缓冲区大小设置一个高位标志（可为缓冲区大小的75%）和一个低位标志（可为缓冲区大小的25%），当缓冲区内数据量达到高位时，在接收端将CTS置逻辑0，当发送端的程序检测到CTS为逻辑0后，就停止发送数据。当到接收端缓冲区的数据量低于低位时，再将CTS置逻辑1。这时，发送端的程序检测到CTS为逻辑1后，又继续发送数据。

2）软件流控制：由于有的串口不使用控制信号线，流控制可用软件流实现。常用方法是：当接收端的输入缓冲区内数据量超过设定的高位时，就向数据发送端回应XOFF字符（十进制ASCII码值19），而发送端接收到“XOFF”字符后，就停止发送数据。当接收端的输入缓冲区内数据量低于设定的低位时，就向数据发送端回应“XON”字符（十进制的ASCII码值17），而发送端接收到“XON”字符后，继续发送数据。

应该注意，若传输的是二进制数据，标志字符也有可能在数据流中出现而引起误操作，这是软件流控制的缺陷，而硬件流控制不会有这个问题。

串口的设定多数是用软件在串口初始化时实现。有的设备也可使用硬件开关选定。

此外，对PLC串口，由于功能的增加，其设定的选项也相应增多。除了选定通信参数，还要选定所使用的功能及相关协议。

2.PLC网络

PLC网络指分布在不同地理位置上、各自独立工作的PLC、计算机或智能设备，通过通信组件与通信介质，在物理上相互连接在一起，并在网络软件及通信程序管理与协调下实现数据通信的系统。

在PLC网络中各个独立工作的PLC、计算机或智能设备称为网络结点，也称站点或节点。

PLC网络站点的多少，取决网络的规模。多的有几十，甚至更多。少的只有十几个、几个，以至于仅两个。如仅拥有两个站点的网络有时也称链接。

PLC网络还可互连。互连指的是通过网关、网桥，使不同网络相互连接，从而可使在不同网络的站点之间，也可实现数据通信。网络互连后，仍然统称为网络。

PLC网络类型大体上分有企业级（主要用于PLC与计算机连网，为以太网）、车间级（主要用于PLC与PLC连网）、现场级（主要用于PLC与现场智能设备连网）。

提示：这里把网络分为3级（或3层）。但这个层与OSI（Open Systems Interconnection，开放系统互联的体系结构）的网络参考模型的层是不同的。后者定义的7层，即物理层（规定使用互连电路、电气特性、连接器的配置等）、数据链路层（规定信息基本单元的封装格式）、网络层（确定源及目标地址，建立连接及数据传送）、传输层（传输信息或报文）、会话层（协调、同步对话）、表示层（进行有关代码、字符、语法及其它方面的转换）及应用层（与用户的应用程序紧密相关），是构成标准网络的层。既然是参考模型，所以，多数PLC网络都不是完全按照这个模型构成的，而多只是它的简化。

（1）企业级网络

也称信息层，管理级、有的称为数据通信层，主要用于PLC与计算机或计算机与计算机连网、交换数据，以实现生产等种种管理。其通信的数据量大、要求通信的速度高，但通信的实时性要求可低些。即使短时间停止数据交换也是允许的。

企业级网络最简单的办法是用标准串口。如欧姆龙PLC可用标准通信串口建立HOST LINK链接或网络。其目的是实现PLC与计算机通信，可一台PLC与一台（通过RS-232C）计算机进行链接；也可一台计算机（通过RS-422）与多台PLC，或多台计算机与多台PLC连网。进行上位链接或连网后，PLC的编程就可使用计算机。PLC的工作也可由计算机进行监控。

而最有效的方法还是使用有关通信模块，组成相应通信网络。如欧姆龙PLC可组成的网络有，CONTROL-LINK网，SYSMAC-LINK网，SYSMAC-NET-LINK网及以太网。但比较常用的是以太网。

以太网（Ethernet）可以说是局域网中历史最悠久的一种。以太网的部分历史可以追溯到1973年。Robert Metcalfe在它的博士论文中，描述了它对局域网技术的许多研究。毕业之后，它加入了施乐（Xerox）公司，并参与了一个小组的工作，为解决网络中零散的和偶然的堵塞继续开发。这项工作最终发展成现在所知的以太网。以太网是用以太命名的，以太是一种想象中的物质，许多人曾经相信以太充满整个空间，并且是光波传输的媒质。它采用带冲突检测的载波监听多路访问协议（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD）总线结构。现在泛指所有采用CSMA/CD协议的局域网。

IEEE802.3标准就是在最初的以太网技术基础上开发的。在此基础上，后来又有了大发展，而且还在继续向前发展。目前以太网主要有：传统以太网、快速以太网、交换以太网、工业以太网以及作为工业以太网之一的PLC以太网。

PLC以太网是工业以太网重要组成。PLC厂商推出自身的以太网，目的是使自身PLC能廉价与方便地与企业信息网互连，实现PLC与计算机非实时的数据交换。进入21世纪以来，由于以太网及现场总线技术的进步，PLC以太网发展也很快，功能也有所增加，已得到广泛的应用。并组建了多个国际性协议组织，形成了几个各有其特点的开放的PLC以太网。如EtherNet/IP、ModbusTCP/IP、PROFINET及CC-LinkIE等。

Ethernet/IP工业协议是ODVA开发的一个开放的工业网络标准。它使用标准的以太网、TCP/IP技术和一种名叫CIP（Control and Information Protocol）的开放性应用层协议。这个开放性的应用层协议使得面向自动化和控制应用的在EtherNet/IP上的工业自动化和控制设备的互操作性和互换性成为现实。

PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出的新一代基于快速以太网技术的、开放的自动化总线标准，已集成全双工切换技术，并已进行了标准化。涵盖实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等技术，可实现管理层与现场总线系统的无缝集成与通信的连续性，为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案。

PROFINET以交换机为网络架构的核心。所以从狭义上说，PROFINET就是工业以太网中的一个协议。而从广义来说，当网络设备通信使用PROFINET协议时，这个网络就可以称作PROFINET网络。

CC-LinkIE继承了CC-Link循环通信技术，基于以太网，是从控制层网络到现场和运动控制网络的整合。也称为CC-LinkIE整合网络.利用它可实现无网络层次的无缝数据传送。其特点如下：

1）CC-LinkIE基于以太网技术，实现了从信息层到现场层“一（e）网到底”的垂直整合，全面的削减了用户从工程设计、施工到维护的整体成本。如在配件上采用符合国际标准的以太网电缆或光纤、工业级HUB等，方便全球采购。众多设备供应商生产的标准的网络分析仪、多样的设备种类，可方便用户灵活选购。

2）1Gbit/s的高速通信，采用周期性数据循环通信，非周期性数据瞬时通信两种通信方式，且两种通信方式享有独自的带宽，确保循环通信的实时性，确保通信的稳定性与可靠性。

3）大容量的通信数据。实时数据与非实时数据可同时存在。实时数据的交换基于分布式共享内存架构，各设备间实现了最大256KByte的大容量网络共享内存。可共享大容量的控制信息。能简单地实现各设备间的联动与各设备的分散控制。

4）CC-LinkIE继承与发展了CC-Link的开放性、易使用性及丰富的RAS（Reliability可靠性、Availability可使用性、Serviceability可维护性）功能。稳定、可靠、使用简单。

5）拓扑结构灵活：现场总线网有线型、星型、环型及其相关组合等；控制层为环形拓扑，一旦检测出电缆断线或出现异常情况时，可将异常部分切断，正常站间仍继续进行循环传输。

6）在网络构成上，CC-LinkIE可以构筑单层网络（最大连接120台设备），也可以构筑多层网络（最大连接239台设备），使用户可以灵活地配置网络系统。通过SLMP通用协议实现了CC-LinkIE、CC-Link及以太网设备之间的无缝通信，最大限度地扩展了网络设备的访问与管理功能。

7）它实时通信靠令牌传递实现。所以，连网用集线器就可以了，不需要昂贵的交换机。

8）编程简单：程序设计时只需对分布式共享内存进行读/写，不必要考虑网络拓扑结构。

（2）车间级网络

也称控制层、单元级，有的称为数据及现场通信层，主要用于PLC间连网、通信，以实现对多台设备或生产线的控制。它交换数据量小些，但通信的可靠性、实时性要求很高。一般即使短时间的数据交换停止也是不允许的。

车间级网络最简单的办法是用标准串口。如欧姆龙PLC可用标准通信串口建立数据链接网络，或通过通信指令实现通信。而最有效的方法还是用有关通信模块，组成相应通信网络。如欧姆龙PLC可组成COMBOBUS/S网、PLCI/O链接网、PLC链接网、CONTROL-LINK网、SYSMAC-LINK网或SYSMAC-NET-LINK网自身专用的控制网络，也可组成COM-BOBUS/D网（即DeviceNet网）这样基于事实标准的通用网络。

目前通用的基于事实标准的PLC控制网络，除了DeviceNet网，还有CC-Link、ControlNet及Profibus等。这些网络具有现场总线的特点，如：不是一PLC厂商专用，而是多个PLC厂商共享；协议公开，任何符合协议的产品都可入网；网络性能高、技术进步快、不断有新的产品推出；使用面广、产品可批量生产、价格低、网络组建成本低；也具有设备网的功能，可与从站实现远程I/O通信；可与设备网、信息网无缝连接，便于实现企业控制的信息化等。

DeviceNet是数字、多分支的网络，用以连接控制器、I/O部件相互通信。是多点传送（一对多）的点对点、多主站和主/从网络。每个控制器或I/O部件即为网络上的一个站点。也是生产者（提供通信数据站点）、消费者（消费通信数据站点）的网络，支持多通信层次与信息优化。本质上讲，它还是运行在低成本的CAN总线上的CIP网络。

CC-Link是CLPA（CC-Link协会）最先推出的、可同时进行控制和信息传递的高速现场总线。传输速率高达10Mbit/s时，传输距离为100m，可支持64个站。因其卓越的性能，被授予SEMI认证。其开放性也在不断地加速中。此外，还有CC-LinkSafety，是CC-Link实现安全系统架构的安全现场网络，与CC-Link具有高度的兼容性，可以使用如CC-Link电缆或远程站等既有资产和设备。“CC-LinkSafety”也能够实现与CC-Link一样的高速通信，并提供实现可靠操作的RAS功能。

ControlNet（控制网）是开放的、工业的、实时控制层网络，可在单一的物理媒体上高速传输I/O数据以及消息数据，后者包括上传/下载程序和配置数据、点到点的消息等。ControlNet提供控制器与输入输出设备、驱动、操作员界面、计算机或其它设备间的连接，并且能整合ABPLC的DH+网络和远程I/O等现存通信方式。

Profibus由3个兼容部分组成，即Profibus-DP（Decentralized Periphery）、Profibus-PA（Process Automation）及Profibus-FMS（Fieldbus Message Specification。Profibus-DP用于控制器与分散式I/O或作为从站的其它控制器之间通信。Profibus-PA专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。Profibus-FMS用于控制器之间相互通信，是DP的先驱。此外，还有运功及安全控制用Profibus，而PLC主要用的是Profibus-DP。

（3）现场级网络

也称设备层，有的称现场通信层，主要用于PLC与现场设备及传感器/执行器通信，以实现PLC对现场设备及智能装置的信息采集与工作控制。交换数据量更小。但通信的可靠性、实时性要求更高。即使短时间的数据交换停止，将影响PLC控制功能的实现。

经过多年发展，目前PLC的设备网有三类：一是PLC公司专用的，主要是PLC远程I/O网，只能接入本公司的产品或非智能的现场设备；二是基于现场总线标准的开放设备网，可与具有相应标准通信接口的设备或其它PLC连网；三是控制网或信息网扩展而成的远程I/O网络，通信速率很高，也有一定的网络标准可循，已出现相互兼容的可能。

由于PLC公司专用远程I/O网存在固有的不足，目前已逐步退出，只是老产品还在使用。至于控制网或信息网扩展而成的远程I/O网络，由于与控制网、信息网联系密切，可归类为上述相应的网络。这样，最常用的设备网络主要是基于现场总线的网络。目前主要是AS-i、CompoNet及C-Link/LT。

AS-i首先由德国人于1990年提出并开始研发，1994年开始加以推广与应用，并与当时欧洲几大行业公司联合成立了AS-i社团组织。后来逐渐发展壮大，吸纳了世界著名的传感器、执行器制造商和研究单位，发展成为国际AS-i组织。主要参加单位包括：P+F、FESTO、西门子、ASINTERNATIONAL、ITEI、SEARI、TSINGHUA等。在ASI国际联合会的大力支持下，于2003年在北京成立了ASI中国协会，参加的有国外自动化领域的著名大公司，国内大学和研究机构，并将吸收国内企业加入。

AS-i总线技术成熟，简单可靠，费用较低，应用广泛。不仅成为国际标准（IEC62026-2），并且也成为中国的国家标准（GB/T 18858.2—2002）。

CC-Link/LT是CC-Link现场总线的简化，是专门为传感器、执行器和其它小型I/O的应用设计的。CC-Link/LT为主从网。从实质上讲，CC-Link/LT就是具有现场总线特征的PLC远程I/O网。CC-Link/LT只能有1个主站，但可以有多达64个从站。网络由主站管理。主站主要是配置有主站模块的PLC或相关网桥。从站则是远程I/O站及字数据站。网络通信由主站发起，从站响应，主站收到响应报文后，再访问下一站点。直到访问完最后站点又从头开始，周而复始，不断重复。

CompoNet是继DeviceNet之后按ODVA新公布的标准开发的网络。通信的站点更多、速度也更快、距离也更长。但通信的帧较小，更适合底层I/O设备连网。原始名称为“CipNet SA”，2006年4月，ODVA官方正式命名为此名。其产品由欧姆龙首先推出。CompoNet也是主从网。用来在控制器（主站、Master）和传感器/执行器（从站、Slave）之间交换信息，可按位通信，主要针对“位”一级数据传输的执行器、传感器使用。是CIP网络家族（DeviceNet^（TM），ControlNet^（TM）andEtherNet/IP^（TM））的补充，符合ODVA组织的行业标准。

提示1：以上提到很多网络的含义与细节可参阅有关说明书。另外，可能还会有新的网络模块或网络推出，如欧姆龙、三菱已推出Profibus模块，它们有的PLC也可进Profibus网。

有的公司还专门开发有可进行不同网络间进行协议转换的模块等。对此也要加以关注，以求在进行网络配置时，能做出更好的解决方案。

提示2：由于工业以太网通信速度的不断提高及技术的完善，通信的可靠性大为增强，以太网通信的实时性已再不令人担心。所以，近来，几乎各个级（层）的设备多也配备有以太网接口。所以，以上介绍的3级（层）网络，都使用以太网也是完全可能的。若如此，也许网络的结构反而简单了。也许这也是将来工业网络发展的一个很值得注意趋势。

提示3：只要有相应的接口，一个PLC可同时与多个通信对象连接、组网。这样的PLC也称网桥。有了这些网桥，可实现网间互联，即使不在同一网上，也有可通信、交换数据。

要指出的是，这样划分也是相对于变化发展的。如控制网，虽主要用于在PLC之间通信、交换数据，但也可在计算机与PLC以及I/O设备与PLC之间通信、交换数据。再如信息网，情况也类似。特别是随着以太网技术的应用以及以太网技术的进步，除了以太网自身的网速高、组网简单、成本低廉、软件丰富、互连容易、使用方便、应用广泛这些固有的优点外，它在工业应用中的环境适应性、组装方便性、工作可靠性、信息安全性以及通信实时性也都有很大长进。因而已出现“一（e）网包打天下”局面。极有这样可能，在未来PLC的3种网络中，都使用以太网。果真那样，也许PLC的组网将会变得更简单、更方便与更低廉，其应用也更广泛、更普及与更有效。那将是控制自动化、信息化、网络化发展的幸事！