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)也有了長足的進(jìn)步，它已經(jīng)漸漸的融入到PLC系統(tǒng)的各個通訊領(lǐng)域中。本文對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)后所帶來的優(yōu)點。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)

【中圖分類號】S972.7+6【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0080-01

1、前言

好多年前工業(yè)自動化應(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發(fā)展自動化應(yīng)用。然而，經(jīng)濟(jì)的增長要求那些關(guān)心控制技術(shù)發(fā)展的工程師增加對大規(guī)模產(chǎn)品和質(zhì)量的更高程度的關(guān)心。作為被關(guān)注的這個變化中的一部分，開發(fā)出了不可編程的邏輯控制器。但是自動化工程師們很快發(fā)現(xiàn)，這些設(shè)備的不可編程特性，給設(shè)計真正的自動化系統(tǒng)帶來了難處。因為這個，就發(fā)明了PLC，PLC被設(shè)計為獨立進(jìn)行操作，但是它同時還提供了一個控制端口，來與計算機進(jìn)行連接和配置。從PLC的歷史可以看出，自動化的發(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)模越來越大，為了更好的使用這些PLC自動化系統(tǒng)從而應(yīng)用了不同的通訊技術(shù)，比如Fieldbus，Ethernet和Profibus。工程師們開始考慮將所有的設(shè)備連接到一個平臺下的方案，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。從這個道理來看，通訊和網(wǎng)絡(luò)成為未來自動化發(fā)展的最重要的部分。將設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化帶來了眾多的好處，它增加了數(shù)據(jù)分析，性價比，提高了通訊的質(zhì)量，大幅度的增加了生產(chǎn)力。時下的網(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

首先，很多的工程師對以太網(wǎng)都比較熟悉，這樣他們就不需要花費額外的時間來學(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，可以跨越距離通過廣域網(wǎng)來進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。再次，利用不同的媒介，比如無線，光纖，交換機，可以實現(xiàn)以太網(wǎng)的冗余應(yīng)用。最后，以太網(wǎng)的帶寬未來將可以從10M達(dá)到10G。有了上面這些好處，控制工程師將會樂意采用以太網(wǎng)技術(shù)來進(jìn)行他們的自動化應(yīng)用，通過以太網(wǎng)來連接他們的PLC。在自動化技術(shù)中采用以太網(wǎng)技術(shù)的趨勢被稱作“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)交換機相連接。交換機提供了可靠的控制網(wǎng)絡(luò)，特別是他們的堅固的設(shè)計，無風(fēng)扇特性和高M(jìn)TBF來確保連續(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)鋪韺崿F(xiàn)媒介的冗余，如圖2所示：

這種雙星形冗余網(wǎng)絡(luò)提高了整個系統(tǒng)的安全性，減少了各個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，費用將會更多。為了解決這個兩難的局面，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誤。在使用工業(yè)以太網(wǎng)交換機時，以太冗余環(huán)網(wǎng)將自動的修復(fù)連接。這種類型的基礎(chǔ)構(gòu)架性價比更高，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、最高級別的冗余系統(tǒng)

圖4

圖4中我們?yōu)镻LC應(yīng)用建立一個最高級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?？刂乒こ處焸兛梢酝ㄟ^雙環(huán)網(wǎng)上的RJ45端口來將設(shè)備連接到兩個獨立的環(huán)上，從而建立個雙環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)最高級別的冗余，來同時提供服務(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

我公司是高速線材的生產(chǎn)企業(yè)，采用了西門子的S7-400加S7-300遠(yuǎn)程的PLC。其中有最主要的三個400型PLC負(fù)責(zé)主要數(shù)據(jù)運算，每個400型PLC借助Prifibus-DP網(wǎng)連接到遠(yuǎn)程300型PLC。三個400型PLC通過單環(huán)冗余系統(tǒng)連接，借助交換機和服務(wù)器組成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｈ齻€PLC每天24小時不停的進(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)從投入運行后故障率很低，大大的保證了我公司的生產(chǎn)作業(yè)率。