基于CAN-bus的网络方案,能够对多台联网的PLC实现远程配置

PLC特点与PLC网络

可编程控制器（PLC）是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可修改的程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等功能组件，控制各种机械或工作程序。长期以来，PLC一直在各个行业的自动化控制领域得到广泛的使用，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用。

PLC系统的工作任务相对简单，且需要传输的数据量一般不会太大，所以常见的PLC系统为一层网络结构。PLC一般应用在小型自控场所，比如设备的控制或少量模拟量的控制及联锁。小范围的集中式控制环境是PLC发挥功能的最佳舞台。

目前，只有少量型号的PLC集成有Ethernet或现场总线CAN-bus通讯接口，价格也较贵；一般常见PLC型号没有随本机集成通讯功能，不便于组建多台PLC构成的中型控制网络。但是，随着应用技术的发展，经常会出现一些应用场合，在面积较大的范围内，需要n台PLC协同完成一个系统的综合控制。此时，原有集中控制的单一PLC控制方案就显得力所不及，PLC网络的需求也应运而生。

本文提出了一种基于现场总线CAN-bus的PLC网络方案，能够对多台联网的PLC实现远程配置、数据通信，并能够在投入较低硬件成本的基础上，实现良好的系统运行性能。这个方案也充分发挥了现场总线CAN-bus的通信特点：实时、可靠、高速、远距离、易维护等。此方案是现场总线技术与集中控制技术的有机结合，联网后的PLC网络可以构成一个性能优秀的DCS系统；用户在同一个主控制器上可以远程监控、改变任何一台联网PLC的程序或状态。

PLC网络的两种方式原文位置

通用PLC一般都会提供1~2个RS-232或RS-485通讯端口，用于与其他控制设备或主控制器PC通讯；这些集成的通讯端口支持自行规定的通讯协议，或者Modbus协议，实现PLC设备的通讯与配置。构建PLC网络，即利用PLC本机的这一类通讯端口，将其扩展成为能够与多台设备联网，实现多点通讯的现场总线CAN-bus通讯接口。

根据网络中主控制器的不同，PLC网络可以分为以下方式：

*多台PLC联网，各PLC地位平等，可外扩HMI人机界面。

*多台PLC联网，由1台工控PC作为主控制器与操作界面。

多台PLC串行联网原文位置

通过一个RS-232/RS-485转CAN-bus网关进行信号转换，独立PLC就具有了现场总线CAN-bus通讯接口。多台具有现场总线CAN-bus通讯接口的PLC之间相互连接，即可以组建PLC网络。

每一台连接PLC单元的RS-232/RS-485转CAN-bus网关都可以设定一个独立的设备ID号，长度为11位或29位，用作为该PLC单元的地址。每一台联网的PLC单元在发送数据时，可设定在数据流中自动添加本地网关的设备ID号；同理，每一台PLC单元在接收数据时，可设定由网关检查数据流中的设备ID号，自动接收符合要求的数据。

通过上述方式组建的PLC网络，各台PLC地位平等，任何一台PLC均可以主动发起数据通讯，由CAN-bus网关起硬件自动仲裁作用，保障每一次通讯的数据不丢失；网络中的PLC数量不受限制，数百、上千台PLC都可以连接在同一现场总线CAN-bus网络中。同时，这个PLC网络中还可以连接具有CAN-bus通讯接口的HMI人机界面，或由其中一台PLC通过其他的串行通讯端口连接HMI人机界面。

这种方式组建的PLC网络，与选择集成CAN-bus通讯功能的PLC设备相比，具有更加灵活的系统扩展能力，也能够获得更好的性价比。

多台PLC与工控PC并行联网

工控PC能够深入地配合PLC厂商提供的各种软件，从而实现更多强大的功能，比如系统配置、人机界面、组态开发等，在PLC领域的作用也越来越不可或缺。通常，工控PC与单台PLC通过1个串口连接通讯，实现各种扩展功能；但串口的通讯距离、节点数量都受到了串口本身的性能限制。比如，RS-232标准只可以实现“点－点”通讯，RS-485/422标准能够实现32个节点以内的通讯，但通讯距离、抗干扰能力都比较弱，并不能够满足实际工业现场多台PLC联网应用的需求。

工控PC内置PC-CAN接口卡，可以建立起1条或者多条现场总线CAN-bus网络，并通过连接在CAN-bus网络中的网关RS-232/RS-485转CAN-bus转换器，借助于CAN-bus网络配套的“虚拟串口”软件，建立多达2047个标准的串行通讯端口，从而连接多达2047条串行网络。也就是说，可以在同1条普通双绞线上连接多达2047台PLC设备，工控PC访问连接在这条CAN-bus网络上的PLC设备，也与操作标准串口完全一致。这种方式可以充分发挥工控PC的作用，通讯效率也比较高。

通过工控PC组建多台PLC网络的系统结构如图 1所示。按这一种方式的建立PLC网络的通讯效率较高，应用灵活，是一般PLC网络建设的主流方向。

PLC网络的硬件组成与连接原文位置

建立PLC网络，除了实现具体功能的PLC设备，还需要一些建立现场总线CAN-bus网络的设备，主要有RS-232转CAN-bus网关、PC-CAN接口卡等。

RS-232转CAN-bus网关原文位置

CAN232MB 转换器是一种常用的RS-232转CAN-bus网关。转换器集成1个RS-232通道、1个CAN-bus 通道，可以很方便地连接到PLC设备的RS-232标准通讯端口，使PLC设备具有与现场总线CAN-bus网络通讯的能力。转换器提供三种工作模式——透明转换、透明带标识转换、Modbus协议转换，分别可以支持不同通讯协议的PLC设备。通过PC配置软件，CAN232MB转换器可设定一个独立的11位或29位设备ID号，可以用作为该网关所连接PLC设备的地址编号，并对往来串口的数据流加以标注或识别。

对于只集成RS-485/422通讯端口的PLC设备，可以选择RS-485转CAN-bus网关原文位置。

PC-CAN接口卡

工控PC内置或外接PC-CAN接口卡，可以令工控PC具有现场总线CAN-bus通讯接口，从而成为CAN-bus网络中的一个主要功能节点。根据与PC连接方式的不同，PC-CAN接口卡可以分为很多种不同的类型，常见的型号有PCI-CAN接口卡、ISA-CAN接口卡、PC104-CAN接口卡、USBCAN接口卡、以太网转CAN接口卡等。

PC-CAN接口卡一般都提供有CAN-bus测试工具、API开发例程、OPC服务器软件等。配套的“虚拟串口服务器”软件可以在不修改原有PC软件的基础上，开发基于串口通讯的软件项目，比如PLC网络。

通讯附件

通讯电缆是现场总线CAN-bus网络的重要组件。通讯电缆的合理选择，对CAN-bus网络的通讯距离也有非常重要的影响。使用国标AWG18（截面积为Φ0.75 mm2）的双绞线作为CAN-bus网络的通讯电缆，可以在1Km距离内实现可靠通讯；使用截面积为Φ1.5 mm2的普通双绞线，则可以达到6~7Km的通讯距离。

现场总线CAN-bus网络在布线时，必须注意终端电阻的连接。主干线的最远两端必须各连接一个120Ω的终端电阻。

另外，CAN-bus网络的分支线不宜过长，当网络通讯速率为20Kbps时，建议每一条连接PLC设备的分支线长度小于100米。

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