PLC网络系统配置指南-PLC网络概况

以下将对各主要厂家的现行PLC网络作简要介绍。

1.OMRONPLC网络概况

日本OMRON公司PLC产品很多。当前主流产品为CPM2A、CPH1、CP1E、CP1L、CQM1H、CJ1H及CJ2H（小型机的尺寸，但具备中型机的控制规模）、CS1H（虽为中型机，但控制点数可达5000多点）、CS1D（可双机热备）及ZEN（微型机，有可编程继电器之称）。

图1-44 OMRON公司PLC网络示意图

图1-44所示为OMRON公司PLC网络示意图。分有3级。企业级为信息层（主要是以太网），用于PLC与计算机连网。车间级为控制层（主要是ControllerLink网），用于PLC与PLC连网通信。现场级为设备层（主要是DeviceNet、CompoNet网），用于主、从PLC之间或PLC与现场设备连网通信。这3级网络可互连，办法是，用若干具有不同网络接口的站点，分别接入不同网络得以实现。

图1-45所示为OMRON公司PLC网络详图。它把设备层与控制层结合在一起，都称为网络控制。其特性见表1-12。

图1-45 OMRON公司PLC网络详图

（1）以太网

有多种版本，如10Base-5、10Base-T、100Base-TX等。10Base-5用的传输介质为同轴电缆，速率10M，总线结构。10Base-T、100Base-TX为非屏蔽双绞线，速率分别10M、100M，星形结构。后者的功能也比前者强，但可与前者兼容。

100Base-TX版本新。不仅连网方便、成本低、与旧版本兼容；而且，通信速度为原来的10倍。还新增了E-MAIL及Socket等原来所没有的功能。所以，是OMRON目前主推的太网方案。最新推出的还有CS1W-EIP21和CJ1W-EIP21以太网模块，与Ethernet/IP标准接近，也可支持数据链接通信（说明见后）。通信速度及能力比过去的高出多倍。支持的通信协议也有增多。

表1-12 OMRONPLC网络特性

OMRON以太网可以是简单的局域网，也可为互联网，还可冗余配置。同一PLC可配置两个以太网，一个工作，一个备份。一旦前者出现故障，后者将自动地无缝接替。冗余配置以太网的传输介质也是双绞线，速率也是100M。其功能除了冗余，其他与非冗余的基本相同。冗余以太网使用的模块也可配置成没有冗余的，故可与没有冗余的兼容。

当然，不是OMRON的所有PLC都可接入以太网。只是可配置有以太网模块或集成有以太网接口的高档机型才可接入。

（2）Controller Link网

是OMRON公司于20世纪90年代后期开发的PLC控制网，用于OMRON中、大型机及高档小型机，如CP1H。如果计算机配置有Controller Link网卡，也可与计算机连网。

Controller Link网是工业级的。可靠性高，但建网的成本也高。所以，仅与计算机连网通信时，一般不使用它。

Controller Link网所用的模块型号很多。通信介质可以是双绞线，也可为光纤，还可建冗余网络，较常用的是CLK21版本。它用双绞线作为传输介质，可用重复器增大距离。还可通过光电转换器转换为使用光纤作为传输介质，以增大传输距离。

Controller Link网站点数一般为32个，也可扩展为64个。通信速率可选定。与距离及传输介质有关，如使用屏蔽双绞线为传输介质，500m时为2Mbit/s，1km时为500bit/s。而且它的通信方法多。交换的数据量大，一次通信可提交几k的数据。

（3）DeviceNet网

是主从网，在PLC间连网主要是用在大、中型PLC（设为主站）与小型PLC（设为从站）间通信。也可配置远程分布系统，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。

OMRON PLC这类网络有ComboBus/D网（符合DeviceNet网标准），ComboBus/S网，（OMRON自身标准）。推荐使用DeviceNet网。

（4）CompoNet网

这是继DeviceNet之后按ODVA新公布的标准开发的网络。也是主从网。通信的站点更多，速度也更快，距离也更长。但通信的帧较小，可按位通信，更适合底层I/O设备连网。

除了上述网络，利用标准串口也可实现PLC与计算机、PLC与PLC、PLC与现场设备连网通信。性能虽差些，但较经济、简便，也很常用。对C系列机，串口的通信用HostLink协议，是公开的。对CS系列机还可用FINS协议，也是公开的。

近期，OMRON还生产有可接入其他网络（如Profibus网络）的网络接口模块。这可使它的PLC与其他网络互联、互通。

2.ABPLC网络概况

美国AB（Allen-Bradley）公司创建于1903年，在世界各地有20多个附属机构，10多个生产基地。近年，AB公司推出Logix系列PLC产品，把PLC技术推向新的高度。这些型号为

ControlLogix最多可控制12800个I/O点，或4000路模拟量。

FlexLogix最多可控制256个I/O点。输入输出模块可以放置在传感器和执行器附近，分布在不同的链路上。如果有分布式处理需求，可以对多个FlexLogix控制器进行连网。

CompactLogix最多可控制128个I/O点。

MicroLogix为小型机，仅能控制几十点。

PicoLogix为微型机，控制点数更少，为小巧型控制器。

此外，还有软PLC（SoftLogix5800Controller），过程控制PLC（Programable Process Con-troller，PPC）及安全性（GuildPLC）PLC。

AB公司的ControlLogix性能最高，它集中了Logix通用平台的多种优点——通用的编程环境、通用的通信网络、通用的控制引擎——提供了一个既能满足您高性能应用需求又易于使用的环境。它具有以下优点：每个ControlLogix控制器可以执行多个控制任务；可以在一个机架上使用多个处理器、通信模块和输入输出模块，ControlLogix处理器、输入输出模块、通信模块就像网络上的智能站点。等等。

AB PLC网络使用NetLinx开放式网络架构，也分为三级：以太网EtherNet/IP、控制网ControlNet、设备网DeviceNet。此外还有远程输入输出UniversalRemoteI/O，如图1-46所示，可实现从车间级到顶级无缝连网。

Ethernet/IP（以太网）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。CIP也是DeviceNet和ControlNet网络的应用层协议。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。

ControlNet是一种开放性的、工业的、实时控制级网络。可提供控制器与输入、输出设备及驱动、操作员界面、计算机或其他设备间的连接，并且能整合DH+网络（AB专有控制级使用）和远程输入输出等现存通信方式。

DeviceNet是一种低成本连接工业设备（如限位开关、光幕、多向阀、电动机起动器、过程传感器、条码阅读器、变频器、显示界面和人机界面等），可以用主/从、多主/从、点到点或者三者的组合来组建。用它可减少昂贵硬件布线费用，可提供设备的诊断信息。它使用生产者/消费者网络模式。具有实时控制数据交换与配置能力。

AB网络的重要特点是采用了NetLinx开放式网络架构，是开放的连网技术。在这个架构下，利用它提供的网络管理软件——RsLink，不必设定路由表，就可自动寻找路径，实现三层网络DeviceNet、ControlNet和EtherNet/IP无缝连接。同时，还可采用统一的网络协议，共享一组相同的通信服务。该协议也就是通用工业协议（Common Industrial Protocol，CIP），能够使用户在任何NetLinx网络上方便实现控制、系统组态和采集数据。

NetLinx可给用户带来很多利益，如便于数据和信息的传送，减少编程，减少带宽压力，提高了系统响应的时效，无需额外的电缆，提高了生产率，等等。

图1-46 AB公司PLC网络

3.西门子PLC网络概况

德国西门子公司的PLC产品很多。当前主流产品为S7系列机，有S7-200、1200（小型），S7-300、1300（中型）及S7-400机（大型）。性能比S5大有提高。此外，还推出微型机Logo。控制点数很少，但其继电器的输出容量很大，输出电流可达8A，可直接带动执行器，也有可编程继电器之称。

西门子PLC最简单的网络是用CPU模块上集成的标准通信串口建立PPI、MPI网。它不仅可用于计算机与PLC连网通信，也可实现PLC与PLC、PLC与现场设备连网通信。PPI使用的协议为西门子的PPI协议。可通过运行程序设定，把某S7-200站点设为主站。此时，设为主站的S7-200机，可以用网络读（NETR）和网络写（NETW）指令，读、写其他CPU中的数据。此外，还可通过运行程序设定串口为自由端口模式。这时，其通信协议由用户定义。并可使用中断、发送指令（XMT）和接收指令（RCV）等与通信对象交换数据。MPI网可使用全局数据设定的方法，实现S7-300、400PLC之间的通信。

图1-47 西门子PLC网络(www.xing528.com)

而最有效的方法还是使用有关通信模块或集成接口，组成相应通信网络。西门子PLC可组成的网络也是3级，如图1-47所示。工业以太网为信息网，Profibus网主要为控制网，也可用于设备层连网，而设备级则有AS-i网及KNX网。

Profinet——它的早期为10M以太网，后来为有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网（FastEthernet，符合IEEE802.3u的标准）。近期发展为工业自动化领域内开放的工业以太网标准，采用TCP/IP技术，支持实现分布式自动化结构。可通过以太网集成简单的分布式现场设备以及运行等时运动控制应用。

Profibus——是国际标现场总线标准之一，并占有重要地位。可以满足两类通信应用（制造应用和面向过程的应用）。还允许在运行过程中对现场设备进行参数化和优化，从而缩短机器重组时间。其设备诊断功能也有助于缩短工厂停机时间。

AS-Interface——是执行器-传感器-接口的英文缩写，是有国际标准可依的最底层的设备级的总线主从网络。主要用以实现PLC向开关量的传感器和执行器读写数据。这些传感器可以是位置接近、温度、压力、流量、液位开关等；执行器可以是各种开关阀门、声、光报警器、继电器、接触器等低压开关电器等。模拟量的传感器和执行器也可与其连接，但通信要多周期完成，实时性不佳。

KNX是Konnex的缩写，是在1999年5月提出的总线协议，提供了家庭、楼宇自动化的完整解决方案，也是楼宇自动化的全球标准之一。接到KNX介质上（这些介质包括双绞线、射频、电力线或IP/Ethernet）的总线设备，可以进行数据交换。这些总线设备主要是用于控制楼宇管理装置，如照明、遮光/百叶窗、保安系统、能源管理、供暖、通风、空调系统、信号和监控系统、服务界面及楼宇控制系统、远程控制、计量、视频/音频控制、大型家电等。所有这些功能通过一个统一的系统就可以进行控制、监视和发送信号，不需要额外的控制中心。但它在工业控制中用得不多。

西门子PLC连网能力很强，即使小型机也如此。如S7-200机就集成或可配置几乎所有的西门子网络接口或模块，具体如图1-48所示。

利用这些接口或模块，除了可实现进行计算机与S7-200CPU之间连网，做编程通信，还可实现多种连网与通信。例如：S7-200CPU之间连网与通信；S7-200与S7-300/400之间的连网与通信；S7-200与西门子变频器间的连网与通信；S7-200与其他上位机软件间的连网与通信；S7-200与第三方PLC之间的连网与通信；S7-200与第三方HMI之间的连网与通信；S7-200与第三方变频器之间的连网与通信及S7-200与其他串行通信设备之间的连网与通信，等等。

图1-48 S7-200集成或可配置网络接口或模块

4.三菱PLC网络概况

日本三菱公司PLC产品很多。当前主流产品为FX系列机、Q系列机及Alpha微型机。最近还推出功能介乎Q与FX之间，性能更强的L型机。此外，在三菱公司Q系列高档机中，除了有常规的顺序控制CPU外，还推出运动控制CPU、过程控制CPU及PC（计算机）CPU，分别可进行运动控制、过程控制及信息处理。

图1-49 三菱网络级结构

三菱把工厂网络分为办公自动化网络（OA）与工厂自动化网络（FA）。前者用通信回路将公司内部的计算机连接在一起，以求得办公室业务的高效化的信息类（OA）网络，后者用通信回路将工厂内部的生产设备、装置等连接在一起，以求得生产的自动化、高效化的控制类（FA）网络。它的网络级的结构如图1-49所示。

图1-50所示为它的网络详图。这里实际也是把PLC网络归结为信息系统及制造系统。前者为以太网，后者为控制及设备网，用了各种CC-Link系统。中间靠CC-Link IE搭桥。所有网络站点都可用无缝信息协议交换数据。

（1）以太网

处于企业网络的顶级，信息（OA）网络。可将公司事务部门（人事、财务、营业、资材等）、技术部门（设计等）的计算机、服务器，以及打印机等OA设备用通信回路连接在一起，并通过服务器实现信息的管理与共享，以及各种OA设备的共用，可提高各个部门的业务效率。此外，而且还能连接各种FA（工厂自动化）设备，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数据。它的Q系列PLC系列的Ethernet模块具有了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，构筑远程监视管理系统。同时，利用因特网的FTP服务器功能及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）控制网

传统的为三菱的MELSECNET/10（H）网，是整个网络系统的中间层，在PLC、CNC等控制设备之间方便且高速地进行处理数据互传的控制网络。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，在世界上也是屈指可数的。而MELSECNET/H不仅继承了MELSECNET/10优秀的特点，还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。此外，CC-Link、CC-Link IE也可作为它的控制网。而且由于它的性能好，又合乎事实标准，已出现用得越来越多的趋势。

（3）设备网

除了CC-Link，还有CC-Link/LT，用以把PLC等控制设备和传感器以及驱动设备连接起来的现场网络，为企业网络基础。采用CC-Link及CC-Link/LT可大大减少布线数量，提高了系统可维护性。而且不只是ON/OFF等开关量的数据，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，加上对机器动作状态的集中管理，使维修保养的工作效率也大有提高。

另外，除了拥有上面所提到的网络之外，有的还可支持Profibus、Modbus、DeviceNet、AS-i等其他厂商的网络，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。

图1-50 三菱PLC网络详图

5.施耐德网络概况

施耐德PLC有多个品牌，如Modicon TSX、Twido等。在Modicon TSX品牌中，有Quan-tum（昆腾）、Premium、Momentum、Compact及Micro等。最高档主流机型为昆腾。图1-51所示为它的相关的网络。

从图知，它的网络也是3级结构。最高一级为管理层，用的是工业以太网，负责PLC与计算机传输生产管理信息。中间层为控制层，目前也用以太网，可使用Modcon TCP/IP协议（也支持AB开发的Ethernet/IP协议）通信，也可实现PLC的冗余配置（CPU热备）。最下一级为设备层，为现场总线，使用远程I/O链路，采用周期I/O方式通信，负责PLC与现场设备的通信。设备网支持的协议有它自身的Modbus+（Plus）或者Modbus网，也支持Profibus、DeviceNet、AS-i及Interbus-s等多种通信协议。

Modbus协议是原美国MODCON公司开发的，现已成为开放的网络通信协议。其Modbus RTU通过标准串口很容易实现，在工控行业得到了广泛的应用，已不仅是一个PLC的通信协议，在智能仪表，变频器等许多现场设备都有相当广泛的应用。

6.GEPLC网络概况

美国的通用电气公司（GE）与日本的数控之王FANUC公司合并成立了GE-FANUC公司。其当今PLC主流产品有PAC 70、90-70、90-30及VersaMax。PAC性能最高，也称可编程自动化控制器。而VersaMax是近期开发的VersaMax是GE Intelligent Platforms公司推出的新一代控制系统。是具有“三合一”功能的系列产品：既可作为单独的PLC控制机，具有可接受的价格和优越的性能；又可作为I/O从站，通过现场总线受控于其他主控设备，如GE90-70、90-30以及第三方PLC、DCS或计算机系统；还可构成由多台PLC组成的分布式大型控制系统。

GE PLC支持工业以太网。使用自身的SRTP TCP/IP、EGD及开放的Modbus TCP/IP协议。其自身的以太网协议内容不对外公开，但它提供有SDK开发包，可以基于该开发包通信程序。可以用以太网在PLC与计算机之间、PLC与PLC之间、PLC与远程I/O及人机界面之间通信、交换数据。图1-52a所示为它的以太网概况。

图1-51 施耐德PLC网络

图1-52 GE-FANUC公司的PLC网络

GE FANUC于1985年还开发了Genius网。可用于分布I/O的控制，与PLC的远程I/O相当。同时，还支持PLC之间通信。所使用的为自身专有的令牌通信协议。一个网络最多可有32个站点。通信介质可采用屏蔽双绞线、光纤或Modem。网络传输能力为：当距离为2300m时，速率可达38.4KB/s；距离为605m时，为153KB/s。同时还支持冗余配置，支持PLC全系统的冗余。图1-53b所示即为Genius网络概况。

GE FANAC PLC还支持多种开放的PLC网络，如Device Net、Profibus-DP等。图1-53c、d所示即为这两种网络接入概况。

7.ABBPLC网络概况

ABB由成立于1883年的瑞典阿西亚公司（ASEA）和成立于1891年的瑞士布朗勃法瑞公司（BBC Brown Boveri），在1988年合并而成。集团总部位于瑞士苏黎世。是电力和自动化技术领域的领导厂商。ABB PLC开发业较早，当今主流机型是AC（Advance Control）500及AC31。前者为模块式的大、中型机，后者为箱体式小型机。具体型号很多。软件完全符合PLC行业标准，很便于客户使用。它的有多种通信接口或模块，入网选择的范围广。除了自身的CS31分布式I/O网络外，其他的PLC现场总线标准网络，它多可接入。图1-53所示为它的网络概况。

图1-53 ABB PLC网络

从图知，它与计算机通信用的是工业以太网，支持ProfiNet、EtherCat等协议。同时，这工业以太网还可用于PLC间通信。而现场总线除了CS31，可以为Profibus、MODBUS、DeviceNet以及其他现场总线网络。

8.和利时PLC网络概况

和利时公司PLC是国产（大陆产）产品。开发虽晚，但起点高、功能较强、性能也较好。它的特点是：程序语言标准化；内部器件变量化；指令系统组合化；模块设定软件化；程序组织模块化；编程监控一体化。它没有自身单独协议的PLC网络。但是，它的PLC，如LM机，其CPU模块集成有标准Modbus协议和自由协议串行通信接口。此外，还有其他与当今流行协议兼容的通信模块，如Profibus-DP、Ethernet（使用Modbus TCP协议）、Devi-ceNet、LonWorks、CANopen、FF、Modem、GPRS/GSM等。运用这些兼容模块，可十分方便地接入这些网络。

图1-54所示为它的LM机接入局域网的概况。

图1-54 和利时公司PLC网络接入概况

从图知，从与现场设备连网、到与其他控制器连网，从接入当今最流行的以太网，到通过电话网络通信，LM机都可实现、都可配置。这样，LM机虽然没有自身独立的网络协议，但也可以避免使自身成为“信息孤岛”。