一、 引言

　　隨著計算機技術的飛速發展，計算機應用的迅速推廣，網絡技術已經逐步深入計算機PLC控制系統領域，在PLC控制系統的開發中占有越來越重要的地位。所謂PLC就是可編程控制器。網絡從應用角度來看，就是以相互共享資源方式將各自具備獨立功能的計算機或終端連接起來。在PLC控制系統中，傳統式的資源共享只能通過使用遵循諸如MODBUS，MODBUS　PLUS，GENIUS這樣的通訊協議的專用通訊模塊來實現。可連接的設備受通訊模塊的數量及模塊上的通道數量所制約，對于現在越來越復雜的控制系統已經不能完全滿足要求。網絡在PLC控制系統中的應用極大地改善了這方面的不足。通過網絡可對受控對象進行多點監視和控制。其優點監控距離遠，易擴展，使控制系統更具有靈活性。

　　二、 PLC控制系統中網絡系統的組成

　　控制系統中的網絡系統是由網絡軟件和網絡硬件組成的。在網絡系統中，硬件對網絡的選擇起著決定的作用;而網絡軟件則是挖掘網絡潛力的工具。

　　1.網絡軟件

　　在網絡組成的PLC控制系統中，每個監控節點都可由PLC進行監視和直接控制。因此，軟件要能實現對用戶進行分級限制。沒有權限的用戶禁止對重要數據進行修改或對回路等控制信號輸出，并且軟件要具備操作記錄功能，對每個節點的動作進行后臺記錄，以便對因誤操作或不應有操作造成的后果進行分析。

　　由于現在的PLC種類很多，而且大部分都支持網絡功能，但不同PLC所遵循的網絡協議有很大差異，因此，要求軟件應具有各類PLC的網絡驅動程序。

　　網絡協議是網絡軟件的組成部分，網絡協議取決于所用PLC的類型以及PLC所采用的網絡模塊的類型。總之，通訊必須具有相應PLC設備的網絡驅動程序，并安裝此網絡軟件。

　　2.網絡硬件

　　網絡硬件是網絡系統的物質基礎。構成一個控制系統網絡，首選要有PLC控制器，監控工作站及其它設備連接起來，實現物理連接。不同的PLC控制系統，在硬件方面是有差別的。因此，網絡硬件更是多種多樣。在這里只簡單的將硬件分為兩部分，即PLC控制部分(這里稱“下位機”)和計算機監控部分(這里稱“上位機”)。

　　在PLC計算機控制系統中，上位機和下位機是具有不同功能的硬件設備。但在網絡中，賦予它們相同的節點定義。也就是說，它們均屬網絡連接上的一個相對獨立的節點，都具有唯一的網絡地址。

　　在 PLC設備中，通訊模塊是網絡連接設備，通訊模塊的類型決定著網絡結構和網絡協議的選擇。目前，多數廠家的PLC都支持細纜連接，少數PLC(例如 GE90-70的CMM742)可同時使用雙絞線連接。通訊模塊一般都支持各種網絡協議，除了具有與其它不同類型網絡節點通訊的協議，還具有專用協議，主要是與相同設備進行數據交換。例如，TRICONEX公司的PLC網絡通訊模塊具有四種專用協議(NCM、ACM、EICM、TSAA)，以便支持專用網絡上的相同TRICONEX系統。

　　三、 網絡設計

　　1. 拓撲結構

　　所謂拓撲是一種研究與大小，距離無關的幾何圖形特性的方法。在網絡中，計算機、PLC控制器作為節點，通訊線路作為連線，可構成相對位置不同的幾何圖形。拋開網絡中的具體設備，將PLC控制器，計算機操作站，計算機工程師站等網絡單元抽象為“點”，將網絡中的電纜等傳輸介質抽象為“線”，這樣從拓撲學的觀點看網絡系統，就形成了由點和線組成的幾何圖形，從而抽象出了網絡系統的具體結構。網絡拓撲結構主要有星型，總線型，環型，樹型，網狀和不規則型等幾種。在計算機PLC控制系統中采用最多的是總線型結構。

　　1.1總線結構

　　總路線結構網絡是將各個節點的設備用一根總線相連。網絡中所有節點工作站通過總線進行數據信息傳輸。作為總線的通訊連線通常采用同軸電纜。在總線結構中，作為數據通信必經的總線，其負載能量是有限度的。這是由傳輸介質本身的物理特性所決定的。所以，總線結構網絡中節點的個數是有限制的，如果節點的個數超出總線負載的能量，就需要延長總線的長度，并加入相當數量的附加轉接部件，使總線負載達到容量要求。

　　PLC控制系統要求網絡可靠性高，節點間響應速度快，當某個節點處理故障時，不會對網絡上其它節點造成影響，而且要有很好的擴充性，總線型網絡系統具備這些條件，因此，目前的PLC通訊模塊支持總線型網絡結構。在這里，我們也只介紹控制系統的總線型網絡設計。

　　2. 網絡通信協議

　　在網絡系統中，為了保證數據通信雙方能正確而自動地進行通信，針對通信過程的各種問題，制定了一整套約定，這就是網絡系統的通信協議。通信協議是一套語義和語法規則，它決定了網絡通信中傳輸的信息/文件格式及控制方式，主要功能是數據交換，信息編碼，差錯控制與線路合理利用等。

　　為了便于網絡互聯，國際標準化組織(ISO)提供了一個標準的協議結構，即開放系統互聯OSI(Open System Interconnection)參考模型，它定義了連接異種計算機標準的主體結構，任何兩個遵守參考模型和有關標準的系統可以進行互聯。這樣的系統稱為開放系統。

　　OSI參考模型是設計和描述網絡通信的基本框架。OSI參考模型的系統結構是層次式結構，由七層組成。從高層到低層依次是：應用層，表示層，會話層，傳輸層，網絡層，數據鏈路層和物理層。OSI參考模型定義了不同計算機和互聯標準的框架結構。通過分層把復雜的通信過程分成了各個獨立的，比較容易解決的問題。在OSI模型中，下一層為上一層提供服務，而分層內部的工作與相鄰層是無關的。

2.1　IEEE802.3網絡標準

　　IEEE802.3是PLC控制系統網絡系統的主要標準。

　　IEEE802是由美國電氣與電子工程師協會IEEE802委員會制定的局域網標準。是針對局域網的網絡體系結構特點而制定的。IEEE802遵循ISO/OSI參考模型的原則，解決最低兩層??物理層和數據鏈路層的功能以及網絡層的接口服務，網絡互聯有關的高層功能。

　　OSI參考模型的物理層對應IEEE802參考模型的物理層，OSI參考模型的數據鏈路層對應IEEE802參考模型的邏輯鏈路控制子層和介質訪問控制塊子層。

　　IEEE802.3是IEEE802標準的一部分，意為CSMA/CD(帶沖突檢測的載波偵聽多路復用)訪問控制方法和物理層技術規范。PLC控制系統只使用IEEE802.3的物理層。應用的802.3網絡物理層標準化技術范圍如下：

　　2.2TCP/IP協議

　　PLC控制系統中，PLC控制器與各計算機操作站之間通訊普遍使用TCP/IP協議。TCP/IP協議是網絡通信協議的一種，TCP是指傳輸控制協議，對應OSI參考模型的傳輸層。IP是指網間協議，對應OSI參考模型的網絡層。

　　2.2.1　IP地址

　　在以TCP/IP為通訊協議的網絡上，每個節點都有一個唯一的地址標識，即IP地址。IP地址不但可以用來辨識每一個節點，其中也隱含著網絡間的路由信息。

　　IP地址為32個二進制位長，一般是以4個十進制數字表示，并且每個數字間以點隔開，如：203.35.88.7。

　　IP地址分為A，B，C，D，E五類，地址格式的最左邊的一個或多個二進制位用來指定網絡類型。(具體的分類請參見有關資料，在此不詳細介紹)

　　PLC 控制系統中的網絡系統屬于局域網，采用C類IP地址。C類網的IP范圍是192.0.0.0~223.0.0.0。這個范圍中 192.168.0.0~192.168.255.255地址是留給用戶自定義的。在實際應用中，發現有些廠家的PLC只能使用這個網段的IP地址，而且必須用24位表示網段。

　　2.2.2子網掩碼

　　子網掩碼也是一個32位二進制值，格式與IP地址相同。子網掩碼有兩大功能：

　　(1) 用來區分IP地址中的網段地址和節點地址。

　　(2) 用來將網絡分割為多個子網。

　　PLC網絡系統中，由于采用C類網，所以IP地址的前24位為網段地址。故子網掩碼定為255.255.255.0。(具體子網掩碼的含義參見有關資料，在此不作介紹)

　　四、典型應用實例

　　下面以實例進一步分析PLC控制系統的以太網網絡構成。PLC控制器選用美國GE公司的90-70系列，PLC的以太網接口模塊(通訊模塊)選用 GE90-70系列中的CMM742。工作站選用美國Itellution公司的FIX32工控軟件。該軟件運行于Windows NT,或Windows 2000操作平臺。

　　1. 硬件功能介紹

　　(1) CMM742通訊模塊

　　CMM742是GE90-70系列PLC中功能的網絡接口模塊。可連接于IEEE802.3網絡，傳輸率為10Mbps，有BNC，RJ45和AUI三種接口，可通過細纜，雙絞線和AUI的D型15針連接器接入總線型或星型網絡中。支持TCP/IP協議。

　　實際應用中，我們采用總線型拓撲結構。通過CMM742將PLC的網絡IP地址設為192.168.1.1，子網掩碼設為255.255.255.0。將PLC起始節點，在BNC接口需加50Ω終端電阻。

　　(2) 以太網卡

　　網卡用于將PC工作站連接到網絡中，是計算機與通信媒體進行數據交互的中間處理部件，每個網卡有自己的控制器，用以發送接收數據。

　　我們選用了3COM公司的3C509型網卡，該卡有BNC和RJ45兩種接口，通過T型頭連于網絡。

　　2. 軟件設置

　　三臺工作站均選用Windows2000操作系統，并安裝FIX32工控軟件。

　　軟件設置步驟：

　　(1) 安裝網卡驅動程序。

　　(2) 安裝TCP/IP協議，對三臺工作站進行IP地址分配，分別設為192.168.1.2，192.168.1.3，192.168.1.4，子網掩碼為255.255.255.0。

　　(3) 測試網絡連接

　　在任一臺工作站的DOS下，鍵入PING 192.168.1.1，回車，屏幕出現四行

　　Reply from 192.168.1.1:bytes=32time<10ms,TTL=128

　　說明已經與PLC接通，再分別PING其它IP地址，確認PLC與工作站正確。

　　(4) 確認網卡綁定TCP/IP協議。

　　(5) 設置FIX32用于通訊的GE9驅動程序。

　　GE9是FIX32用于與GE90-70系列PLC進行網絡通訊的驅動程序，支持TCP/IP協議，通過它可與PLC進行數據交換。

　　以上只是一個簡單的網絡應用，在實際的應用中由于選用的PLC和工作站軟件的不同，如：選用PLC的遠程擴展;本地擴展以及冗余和熱備等不同系統;工作站操作系統的不同;采用對等網或是主從網;工控軟件的選擇其它不同軟件;還有環境因素等等;都會使網絡的設計千變萬化，但總體思路方法大體相同。