花磊

摘? ?要：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是指安裝在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的一種全數(shù)字化、雙向、多站式的通信系統(tǒng)。在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，要把處于不同位置的PLC、計算機和控制元部件通過傳輸介質(zhì)連接起來，以構(gòu)成功能更強、性能更好的控制系統(tǒng)，這樣的通信系統(tǒng)就構(gòu)成了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。歐姆龍公司的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)主要可分為三層：EtherNet（以太網(wǎng)信息層）、Controller? Link（控制器網(wǎng)控制層）、CompoBus/D和CompoNet（現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層）。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò);數(shù)據(jù)傳輸;歐姆龍

在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，控制元部件的連接或組網(wǎng)，可大大提高可編程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的控制能力及控制范圍，同時方便人們使用計算機對其進行控制管理和數(shù)據(jù)處理。連接或組網(wǎng)的目的有兩點，一是擴大控制能力，如通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)可以將輸入/輸出（Input/Output，I/O）控制點數(shù)增加。二是擴大控制范圍，如實現(xiàn)遠(yuǎn)距離維護和監(jiān)控。所以在現(xiàn)代工業(yè)控制中，網(wǎng)絡(luò)的重要性越來越顯著，就PLC網(wǎng)絡(luò)而言，由于其控制系統(tǒng)運行安全可靠，在工業(yè)領(lǐng)域使用非常廣泛，并體現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢。

1? ? 歐姆龍工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系

歐姆龍工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要分為3層：以太網(wǎng)信息層、控制器網(wǎng)控制層、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層。歐姆龍工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系是以開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為依據(jù)，第一，針對的是上層信息層，采用了工業(yè)以太網(wǎng)（EtherNet）技術(shù)，主要負(fù)責(zé)上位計算機與PLC站點之間高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總、上位組態(tài)和遠(yuǎn)程監(jiān)控，目前在應(yīng)用層使用廣泛的通用工業(yè)協(xié)議CIP，或稱之為EtherNet/IP，使用場合如中央控制室監(jiān)控、采集信息數(shù)據(jù)等。第二，針對的是中間層控制層，采用了控制器網(wǎng)絡(luò)（ControllerLink）技術(shù)，主要負(fù)責(zé)將位于現(xiàn)場的各個PLC以及各PLC與上位計算機之間連接起來，并進行彼此間數(shù)據(jù)的交換、控制和協(xié)調(diào)。第三，針對底層的設(shè)備層，采用了CompoBus/D（DeviceNet）或CompoNet技術(shù)，主要負(fù)責(zé)將位于現(xiàn)場的各類設(shè)備，如傳感器、變頻器、工業(yè)機器人等元件直接連接到各臺PLC上，從而方便、快速地采集各式各樣的、來自不同廠商的、距離遠(yuǎn)近不同的現(xiàn)場IO信號或數(shù)據(jù)，并對其進行配置和監(jiān)視。

2? ? 歐姆龍工業(yè)網(wǎng)絡(luò)介紹

2.1? 工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)主要是一種應(yīng)用于上位組態(tài)、遠(yuǎn)程監(jiān)控和讀取現(xiàn)場的IO信息。工業(yè)以太網(wǎng)主要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者是環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中應(yīng)用較多的是星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其要求每一臺要接入的PLC都需要配備相應(yīng)的硬件以太網(wǎng)單元。在配置了相應(yīng)的硬件單元后，通過連接HUB和上位機就構(gòu)成了一個星形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工業(yè)以太網(wǎng)。其優(yōu)點是控制簡單、增刪節(jié)點方便、故障診斷和斷開容易。工業(yè)以太網(wǎng)的主要特點是循環(huán)通信實現(xiàn)高速、大容量的數(shù)據(jù)交換，技術(shù)的進步性，并且與計算機網(wǎng)絡(luò)的兼容性、互聯(lián)性好，其高端功能實現(xiàn)簡單。工業(yè)以太網(wǎng)單元賦予PLC各種以太網(wǎng)控制協(xié)議，支持與接入的、不同的以太網(wǎng)單元或計算機進行通信。支持TCP/IP和UDP/IP功能、Socket通信服務(wù)功能、文件傳輸協(xié)議FTP功能、Email功能、自動時鐘調(diào)整NTP功能、SNMP服務(wù)功能、BOOTP服務(wù)功能、分配IP路由表功能以及歐姆龍公司的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議FINS功能等。前面提到的Ether/IP除了支持上述的功能之外，另外還支持應(yīng)用較為廣泛的標(biāo)簽數(shù)據(jù)鏈接功能，這種功能使得PLC與PLC之間不需要編寫程序，只需簡單將需要交換的數(shù)據(jù)設(shè)置為標(biāo)簽組，并建立連接映射，就可以自由地交換大量的數(shù)據(jù)鏈接。工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)不僅可以控制現(xiàn)場主要設(shè)備的啟動和停止，并且可調(diào)用各現(xiàn)場站的全部信息，集遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集功能為一體，可完成整個工程的控制和工藝流程的顯示及設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控或故障報警。

2.2? 控制器網(wǎng)絡(luò)

中間層控制器網(wǎng)絡(luò)（ControllerLink）主要提供處于基于底層設(shè)備之上、中間控制器之間的連接和數(shù)據(jù)的傳輸和交換?？刂破骶W(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩種：一是總線結(jié)構(gòu)，二是環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)?？偩€結(jié)構(gòu)既有線纜系統(tǒng)又有光纜系統(tǒng)，光纜型還可組成環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，通信不僅速率快，而且距離長。如果是搭建線纜方式時，每臺接入控制器網(wǎng)絡(luò)的PLC，都需要配備相應(yīng)的控制器單元硬件。不過需要注意的是，目前不是所有系列的PLC都能夠組成光纜系統(tǒng)。環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)目前只有光纜系統(tǒng)。每個單元首尾相連，構(gòu)成了環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，如果有一側(cè)斷開，環(huán)網(wǎng)中所有控制器仍然能讓通過另一側(cè)的光纖正常通信，保證了通信的可靠性?？刂破骶W(wǎng)絡(luò)功能有以下幾種：（1）數(shù)據(jù)鏈接功能，此功能應(yīng)用最為廣泛，即多臺PLC之間不需要程序設(shè)計人員編輯過多的程序，就可直接進行數(shù)據(jù)的交換。（2）RAS功能，可以實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，從而記錄發(fā)生錯誤的具體時間和具體內(nèi)容。（3）標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議FINS功能，這項功能和前面工業(yè)以太網(wǎng)中的介紹一致。通過控制器網(wǎng)絡(luò)，可以對各設(shè)備信息分別進行采集，由于上位機配備了控制器板卡，從而在上位機可以通過數(shù)據(jù)鏈接方式，讀取到現(xiàn)場所有控制器需要的IO數(shù)據(jù)。

2.3? 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)場總線主要通過電纜將PLC、傳感器、各類執(zhí)行器等現(xiàn)場智能設(shè)備連接起來，減少了I/O接口和布線數(shù)量，實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程管理，集中控制。現(xiàn)場總線有以下兩種形式。（1）CompoBus/D，或稱DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的總線結(jié)構(gòu)是干線/支線型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。整個網(wǎng)絡(luò)由兩部分硬件設(shè)備構(gòu)成：主站和從站，主站一般是PLC上配置DeviceNet主站單元;從站一般是直接采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)的終端。CompoBus/D網(wǎng)絡(luò)的特點主要是其是一種開放的、多主控、低成本的器件網(wǎng)絡(luò)解決方案，非歐姆龍公司生產(chǎn)的控制設(shè)備只要符合DeviceNet標(biāo)準(zhǔn)，就可以接入其中，從而實現(xiàn)不同廠家間、設(shè)備間的連接和數(shù)據(jù)交換。遠(yuǎn)端的終端信號除了可以是開關(guān)量，還可以是模擬量，或者進行高速計數(shù)。CompoBus/D總線功能主要包括配置器軟件功能、遠(yuǎn)程I/O主站功能、遠(yuǎn)程I/O從站功能以及報文通信功能。DeviceNet總線采用的是四芯屏蔽的專業(yè)通信電纜，硬件成本更加低廉。（2）CompoNet，該網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也是主從的總線結(jié)構(gòu)，且只能有一個主站單元，主站單元通常是CRM單元。從站單元一般都是CRT單元，主站和從站共同組成總線結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)配置更加靈活，能對應(yīng)客戶的各種需求。其網(wǎng)絡(luò)功能包括遠(yuǎn)程I/O通信功能和報文信息功能等?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)控制中，控制柜內(nèi)的主站和各分控盒中與I/O設(shè)備就近安裝的從站，通過電纜連接并進行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置后，主站便可對現(xiàn)場所有的I/O信號進行監(jiān)控和控制，避免了復(fù)雜的布線，分散式的控制安裝，檢修且更加方便快捷。這是一種控制功能全面、配置簡單、實現(xiàn)快速的系統(tǒng)形式。

3? ? 歐姆龍工業(yè)網(wǎng)絡(luò)互連

PLC組網(wǎng)的根本目的是交換數(shù)據(jù)，增強控制功能。當(dāng)控制區(qū)域大、通信種類很多時，可將以PLC為主的控制設(shè)備和通信裝置構(gòu)成獨立的子網(wǎng)。若干個控制子網(wǎng)互連之后，組成規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò)，這就是網(wǎng)絡(luò)互連。前面提到每層網(wǎng)絡(luò)時都特別說明了該網(wǎng)絡(luò)支持FINS標(biāo)準(zhǔn)通信。FINS通信服務(wù)是歐姆龍公司為自己的工廠自動化網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的，只要對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)支持FINS協(xié)議，不管節(jié)點在同一層網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，還是在不同層的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，交換數(shù)據(jù)都可以實現(xiàn)。也就是說，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基礎(chǔ)就是FINS的信息服務(wù)。同一層網(wǎng)絡(luò)中的任意PLC與PLC，PLC與PC之間的數(shù)據(jù)交換有多種方式，前面已經(jīng)作過說明。但是在不同的網(wǎng)絡(luò)間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，則要通過設(shè)置路由表來實現(xiàn)。路由表是本地節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換的路徑，當(dāng)用戶在不同的網(wǎng)絡(luò)上進行數(shù)據(jù)交換時，則須進行路由表的設(shè)定。

4? ? 結(jié)語

以上是有關(guān)歐姆龍網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識。由于工業(yè)以太網(wǎng)的普及，EtherNet/IP支持通過工業(yè)協(xié)議CIP，而設(shè)備層的DeviceNet（也就是CompoBus/D）和CompoNet也支持CIP協(xié)議下的EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)。今后EtherNet/IP除了將完成以前信息層和控制層網(wǎng)絡(luò)的工作外，還可以實現(xiàn)設(shè)備層所具有的各項功能，真正實現(xiàn)“一網(wǎng)到底”的工業(yè)自動化控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展愿望。所有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進步，都是為實現(xiàn)現(xiàn)代化工業(yè)制造所服務(wù)的，為人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)需求所服務(wù)的。

[參考文獻]

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[2]朱元，朱妙其.“歐姆龍工業(yè)網(wǎng)絡(luò)”講座第2講：EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)[J].電世界，2014（12）：36-40.

[3]朱元，朱妙其.“歐姆龍工業(yè)網(wǎng)絡(luò)”講座，第3講：DeviceNet工業(yè)現(xiàn)場總線[J].電世界，2015（1）：41-45.