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1、第六章 PLC网络系统,6.1 OMRON PLC网络系统概述 6.2 Ethernet 网络 6.3 Ether CAT网络 6.4 Controller Link 网络 6.5 DeviceNet 网络 6.6 CompoBus/S 网络 6.7 CompoNet,6.1 欧姆龙PLC网络系统概述 PLC网络系统常用生产金字塔（Productivity Pyramid）结构来描述，其结构为：最上面是信息层，中间是控制层，最下面是现场器件层。 1现场器件层网络，主要功能是连接现场设备，包括分布式I/O、传感器、变送器、驱动器、执行机构和开关设备等，完成现场设备控制及设备间的连锁控制。 2控制
2、层网络，控制层通信网络介于信息层和现场层之间，用来完成主控制设备之间的连接，实现车间级设备的监控。 3信息层网络 ，为企业提供生产、经营、管理等数据,欧姆龙PLC网络系统也分属于信息层、控制层和现场器件层三个网络层。欧姆龙公司目前主推的网络有Ethernet、Controller Link、CompoNet、DeviceNet、CompoBus/S等网络。图6.1.1是目前该公司已有的PLC网络系统。 图6.1.1 欧姆龙PLC网络系统总览,6.2 Ethernet网络 Ethernet也称以太网，是一种著名且应用广泛的网络技术。 6.2.1 以太网组成及特点 以太网是总线拓扑结构的网络技术，
3、通常由段（Segment）构成。 PLC Ethernet基本结构如图6.2.1所示。 目前欧姆龙PLC中CS系列、CJ系列、CV系列、CVM1、SYSMAC机都可当作网络节点，依靠以太网单元（简写为ETN）接入网络，不同PLC以太网单元各异。欧姆龙以太网是基于Ethernet 2.0版框架协议通讯的，与IEEE802.3标准稍有区别。与ISO-OSI模型对应的分层结构如图6.2.2所示。,图6.2.1 PLC Ethernet基本结构 图6.2.2 Ethernet2.0通讯协议,下面以欧姆龙CS/CJ系列以太网单元为例介绍以太网通信系统，该网络系统主要特点有： 1.以太网单元使PLC支持宽
4、范围的以太网协议 2.支持PLC与上位机之间的文件传输FTP功能 3.通过UDP/IP 支持欧姆龙公司自己标准通讯协议FINS 4.支持SMTP信息通讯，可将PLC上的用户信息、单元出错信息和状态信息以E-mail形式发送至邮件服务器上。 5.远程编程/监控 6.在RAS方面具有自诊断功能 7.具备无线LAN，可将有线Ethernet网无线化。,6.2.2 以太网系统初始化设置 1.确定IP地址 2.以太网单元号和节点号的设置，CS系列的以太网单元如图6.2.3所示。 3.设置本地IP地址 4.创建I/O表，PLC在线I/O表自动生成的过程，如图6.2.4所示。 5.创建路由表，路由表主要描述
5、了FINS通信的信息传输路径，它包括本地网络表和中继网络表。 6.系统启动参数设置,7.内存工作区分配 PLC根据ETN单元设定的单元号分配给相应的内存工作区，CPU总线单元数据区（CIO）和DM区。 1）CPU总线单元数据区：每个CIO单元分配25个字。每个单元数据存放的起始地址：n=CIO 1500+（25单元号）,而CIO区的每个单元数据内容如图6.2.6所示。 2）DM区：每个DM区的单元分配100个字，每个单元DM区的起始地址为：m=D30000+（100单元号），该区中每个单元的100字数据内容如图6.2.7所示。,图6.2.3 CS系列以太网单元正面和背面板图,图6.2.4 PL
6、C在线 I/O表自动生成过程,图6.2.6 CIO区的每个单元数据内容图 6.2.7 DM区数据内容,6.2.3 FINS通信 FINS是英文Factory Interface Network Service的缩写，FINS通信是欧姆龙公司自行开发的协议。在以太网上，利用UDP Socket进行数据的传送和接收，通信过程如图6.2.8所示。 图6.2.8 FINS在以太网上的通信,FINS通信服务提供在欧姆龙自动化网络上各节点传输数据，改变PLC工作模式等功能。 其主要特点是： 在用户程序中执行指令，主要应用于欧姆龙的CPU总线单元，FA支持板等。 读取单元数据，改变运行模式无需通信方面和网络
7、的知识。 只要单元或通信板支持FINS命令，自动响应，在接受端无需编程。 在PLC之间，PLC与主机之间可利用SEND / RECV、CMND通信。,1.地址转换，通常有三种方法： 1）地址自动转换生成法。是将FINS节点号作为IP地址的主机号来转换，远程节点的IP地址利用下面方法计算出来： 远程IP地址=（本地IP地址 AND 子网掩码）OR 远程FINS节点号 2）IP地址表转换法。IP地址表是预先设置FINS节点号和IP地址间对应关系的表格。通常用CX-Programmer进行系统启动设置时完成。 3）复合地址转换法。该方法就是综合上述两种地址转换方法，首先利用IP地址表，找不到合适的F
8、INS地址则改用地址自动转换法来计算。,2.面向PLC的命令：CJ/CS系列PLC用户在梯形图程序中可以使用网络通信指令SEND（090）、RECV（098）和CMND（490）进行FINS通信 1）SEND（090）功能：将I/O数据从本地节点写到另一节点，其功能如图6.2.9所示。 图6.2.9 SEND（090）指令功能图 2）RECV（098）功能：将I/O数据从另一节点读入本地节点，其功能如图6.2.10所示。,图6.2.10 RECV（098）指令功能图 3）CMND（490）功能：发送命令信息，其功能如图6.2.11所示。 图6.2.11 CMND（490）指令功能图,用网络通信
9、指令编写程序的格式如图6.2.12所示，一般在程序中写入命令SEND/RECV使能标志和出错标志作为判断条件，多个指令在同一端口每次只能执行一条指令所有必须在编程时对端口要进行独立控制。 图6.2.12 用网络通信指令编写程序格式,3.面向上位机的FINS通信 由上位机发出的命令和响应帧要包含适当的FINS头信息和一定的格式。FINS命令和响应帧的组成分别如图6.2.13所示。 图6.2.13 FINS命令和响应组成,其中： ICF（Information Control Field）：显示帧信息 RSU（Reserved by System）：系统所有 GCT（Permissible num
10、ber of gateways）：允许网关数目 DNA(Destination Network Address)：目标网络地址 DA1(Destination Node Address)：目标节点地址 DA2(Destination unit Address)：目标单元地址 SNA(Source Network Address)：源网络地址 SA1(Source node address)：源节点地址 SA2(Source unit address)：源单元地址 SID(Service ID)：服务ID号 MRC(Main Request Code)：主请求代码 SRC(Sub-Request
11、 Code)：次请求代码 确定FINS通信参数后，在上位机可利用高级语言如C编写通信程序，细节问题可参阅相关的参考手册。,6.2.4 Socket服务 Socket服务也称接驳服务或套接字服务。Socket作为一种应用接口，允许用户程序中直接使用TCP/UDP协议。在上位机中Socket写成C语言接口库，允许用户编写TCP/UDP协议程序时调用该库函数。若安装UNIX操作系统的计算机，系统调用Socket接口更为简便。 实现Socket服务通常有以下两种方法。 1.使用Socket服务请求开关 利用Socket服务请求开关执行Socket服务的过程如图6.2.14所示。,图6.2.14 用So
12、cket服务请求开关执行Socket服务的过程 首先，在CPU总线单元DM区设置Socket服务要求的参数。对于每个Socket服务参数区的组成及配置如图6.2.15所示。 图6.2.15 Socket服务参数区的组成及配置,然后，打开CPU总线单元CIO区的Socket服务请求指定位。在CPU总线单元的CIO区从n+19到n+22是Socket服务请求开关位，其内容如图6.2.16所示。 图6.2.16 Socket服务请求开关位,在CPU总线单元的n+1开始的单元（这里n=1500+ 25* 单元号）存放了TCP/UD Socket状况字，对于Socket服务请求开关法，状态字含义如图6.
13、2.17所示。 图6.2.17 状态字具体含义,在使用Socket服务时，考虑Socket状态区的状态字变化非常重要，下面以打开UDP指令来说明，如图6.2.18所示。 图6.2.18打开UDP流程,2利用FINS通信的CMND（490）指令实现Socket服务 在梯形图中执行CMND指令，Socket服务请求命令也可传到以太网单元，因此这种情况某些程序具有继承性。与前一种方法最大区别就是该方法可连接的Socket可达16个：8个UDP和8个TCP。其执行过程见图6.2.13（b）。 FINS命令帧的基本格式如图6.2.19所示。 图6.2.19 FINS命令帧的基本格式 用CMND（490）
14、指令实现Socket服务时，TCP/UDP Socket状态字标志如图6.2.20所示。,图6.2.20 CMND指令下 Socket状态字标志 不难看出与前一种Socket服务方法是稍有区别的。 对于一个Socket服务通信有四个过程：打开、发送、接收和关闭。 利用CMND（490）进行Socket服务时，Socket状态区状态字的变化同样十分重要，打开UDP过程如图6.2.21所示。,图6.2.21 CMND指令打开 UDP流程,最后简单介绍Socket服务传输最大延迟时间。对于两个节点通信处理延迟时间可由下式计算： 传输延迟=远程节点发送处理时间+本地节点接收时间+本地节点发送时间+远程
15、节点接收时间 Socket服务请求有关最大延迟时间=PC循环周期5+A2+B（ms） 利用CMND（490）最大延迟时间=PC循环周期14+A（ms） 这里A大于等于20ms且是PLC最小循环周期的倍数，B大于等于（20+0.01发送/接收位数）ms。,6.2.5 FTP服务器 以太网支持文件传输协议FTP服务器功能。上位机作为以太网上的FTP客户机可读写CPU单元的内存卡或EM区的文件。FTP的C/S模型如图6.2.22所示。 图6.2.22 FTP的C/S模型,6.2.6 邮件服务 邮件服务功能使用必需一个邮件服务器。在以太网上可以进行邮件服务。邮件服务可发送用户自制信息、错误注册信息和状
16、态信息等到指定的地址。 邮件内容主要包括两大部分：第一部分是邮件头，主要包含主题和内容类型、内容编码等固定信息；第二部分是邮件主体，包括以太网信息（型号、单元版本、IP地址等）和可选信息部分，其中可选信息包括用户自制信息、错误注册信息和状态信息三种，如图6.2.23所示。,图6.2.23 邮件格式,邮件发送的方式有三种： 1.利用CIO区的单元控制开关中的第3位即邮件发送开关来发送； 2.利用CPU总线单元启动设置：错误发生时立即E-mail发出出错记录； 3.利用CPU总线单元启动设置，周期性间隔发送E-mail。,6.3 EtherCAT网络 EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）网络是通用超高速以太网现场总线，是基于Ethernet的开放型网络，可进行实时控制。EtherCAT网络具有实现超高速控制所需的原理和结构，采用总线拓补方式提高了接线的效率，解决了Ethernet网中既有总线、又有开关的复杂的接线形式，是最适合
