淺談歐姆龍工業(yè)網(wǎng)絡(luò)

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(dòng)化控制系統(tǒng)中，要把處于不同位置的PLC、計(jì)算機(jī)和控制元部件通過(guò)傳輸介質(zhì)連接起來(lái)，以構(gòu)成功能更強(qiáng)、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(chǎng)總線(xiàn)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(dòng)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(shí)方便人們使用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制管理和數(shù)據(jù)處理。連接或組網(wǎng)的目的有兩點(diǎn)，一是擴(kuò)大控制能力，如通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)可以將輸入/輸出（Input/Output，I/O）控制點(diǎn)數(shù)增加。二是擴(kuò)大控制范圍，如實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離維護(hù)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(lái)越顯著，就PLC網(wǎng)絡(luò)而言，由于其控制系統(tǒng)運(yùn)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(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

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(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層。歐姆龍工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系是以開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為依據(jù)，第一，針對(duì)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(jì)算機(jī)與PLC站點(diǎn)之間高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)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(chēng)之為EtherNet/IP，使用場(chǎng)合如中央控制室監(jiān)控、采集信息數(shù)據(jù)等。第二，針對(duì)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(chǎng)的各個(gè)PLC以及各PLC與上位計(jì)算機(jī)之間連接起來(lái)，并進(jìn)行彼此間數(shù)據(jù)的交換、控制和協(xié)調(diào)。第三，針對(duì)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(chǎng)的各類(lèi)設(shè)備，如傳感器、變頻器、工業(yè)機(jī)器人等元件直接連接到各臺(tái)PLC上，從而方便、快速地采集各式各樣的、來(lái)自不同廠商的、距離遠(yuǎn)近不同的現(xiàn)場(chǎng)IO信號(hào)或數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)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(chǎng)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(tái)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(guò)連接HUB和上位機(jī)就構(gòu)成了一個(gè)星形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工業(yè)以太網(wǎng)。其優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單、增刪節(jié)點(diǎn)方便、故障診斷和斷開(kāi)容易。工業(yè)以太網(wǎng)的主要特點(diǎn)是循環(huán)通信實(shí)現(xiàn)高速、大容量的數(shù)據(jù)交換，技術(shù)的進(jìn)步性，并且與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的兼容性、互聯(lián)性好，其高端功能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)進(jìn)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(dòng)時(shí)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(xiě)程序，只需簡(jiǎn)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(chǎng)主要設(shè)備的啟動(dòng)和停止，并且可調(diào)用各現(xiàn)場(chǎng)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(gè)工程的控制和工藝流程的顯示及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控或故障報(bào)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。控制器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩種：一是總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，二是環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)?？偩€(xiàn)結(jié)構(gòu)既有線(xiàn)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(zhǎng)。如果是搭建線(xiàn)纜方式時(shí)，每臺(tái)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(guò)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(gè)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(kāi)，環(huán)網(wǎng)中所有控制器仍然能讓通過(guò)另一側(cè)的光纖正常通信，保證了通信的可靠性。控制器網(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(tái)PLC之間不需要程序設(shè)計(jì)人員編輯過(guò)多的程序，就可直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。（2）RAS功能，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，從而記錄發(fā)生錯(cuò)誤的具體時(shí)間和具體內(nèi)容。（3）標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議FINS功能，這項(xiàng)功能和前面工業(yè)以太網(wǎng)中的介紹一致。通過(guò)控制器網(wǎng)絡(luò)，可以對(duì)各設(shè)備信息分別進(jìn)行采集，由于上位機(jī)配備了控制器板卡，從而在上位機(jī)可以通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接方式，讀取到現(xiàn)場(chǎng)所有控制器需要的IO數(shù)據(jù)。

2.3? 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)主要通過(guò)電纜將PLC、傳感器、各類(lèi)執(zhí)行器等現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備連接起來(lái)，減少了I/O接口和布線(xiàn)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程管理，集中控制?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)有以下兩種形式。（1）CompoBus/D，或稱(chēng)DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)是干線(xiàn)/支線(xiàn)型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。整個(gè)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(chǎng)數(shù)據(jù)的終端。CompoBus/D網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)主要是其是一種開(kāi)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(shí)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(hào)除了可以是開(kāi)關(guān)量，還可以是模擬量，或者進(jìn)行高速計(jì)數(shù)。CompoBus/D總線(xiàn)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(bào)文通信功能。DeviceNet總線(xiàn)采用的是四芯屏蔽的專(zhuān)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(xiàn)結(jié)構(gòu)，且只能有一個(gè)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(xiàn)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)配置更加靈活，能對(duì)應(yīng)客戶(hù)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(bào)文信息功能等。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(guò)電纜連接并進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置后，主站便可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有的I/O信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控和控制，避免了復(fù)雜的布線(xiàn)，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(jiǎn)單、實(shí)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(qiáng)控制功能。當(dāng)控制區(qū)域大、通信種類(lèi)很多時(shí)，可將以PLC為主的控制設(shè)備和通信裝置構(gòu)成獨(dú)立的子網(wǎng)。若干個(gè)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(shí)都特別說(shuō)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(dòng)化網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)的，只要對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)支持FINS協(xié)議，不管節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)。也就是說(shuō)，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(guò)說(shuō)明。但是在不同的網(wǎng)絡(luò)間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，則要通過(guò)設(shè)置路由表來(lái)實(shí)現(xiàn)。路由表是本地節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的路徑，當(dāng)用戶(hù)在不同的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，則須進(jìn)行路由表的設(shè)定。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

以上是有關(guān)歐姆龍網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)。由于工業(yè)以太網(wǎng)的普及，EtherNet/IP支持通過(guò)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(shí)現(xiàn)設(shè)備層所具有的各項(xiàng)功能，真正實(shí)現(xiàn)“一網(wǎng)到底”的工業(yè)自動(dòng)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(jìn)步，都是為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化工業(yè)制造所服務(wù)的，為人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)需求所服務(wù)的。

[參考文獻(xiàn)]

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