PLC网络通讯系统的研究与应用

焦英伟

【摘 要】以太网和通信技术的飞速发展，工业以太网技术也有了长足的进步，它已经渐渐的融入到PLC系统的各个通讯领域中。本文对PLC网络通讯系统进行了分析。介绍了以太网技术引入到PLC控制系统后所带来的优点。研究探讨工业以太网从冗余系统到以太环网的发展历程。并介绍了本公司的所使用的PLC以太环网。

【关键词】PLC 以太网 冗余 环形网

【中图分类号】S972.7+6【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0080-01

1、前言

好多年前工业自动化应用主要关注的是控制技术，工程师们主要依靠电力继电器来发展自动化应用。然而，经济的增长要求那些关心控制技术发展的工程师增加对大规模产品和质量的更高程度的关心。作为被关注的这个变化中的一部分，开发出了不可编程的逻辑控制器。但是自动化工程师们很快发现，这些设备的不可编程特性，给设计真正的自动化系统带来了难处。因为这个，就发明了PLC，PLC被设计为独立进行操作，但是它同时还提供了一个控制端口，来与计算机进行连接和配置。从PLC的历史可以看出，自动化的发展更关注的是控制技术，而不是通讯技术。

2、通讯网络的引入

在最近的十几年中，各种PLC系统的规模越来越大，为了更好的使用这些PLC自动化系统从而应用了不同的通讯技术，比如Fieldbus，Ethernet和Profibus。工程师们开始考虑将所有的设备连接到一个平台下的方案，这样就可以直接从所有的设备收集信息，而不需要协议之间的转换。从这个道理来看，通讯和网络成为未来自动化发展的最重要的部分。将设备网络化带来了众多的好处，它增加了数据分析，性价比，提高了通讯的质量，大幅度的增加了生产力。时下的网络中Ethernet是目前最为流行的网络技术，其在PLC网络通讯系统中的应用也非常广泛。

3、工业以太网的众多优点

首先，很多的工程师对以太网都比较熟悉，这样他们就不需要花费额外的时间来学习新技术。其次，以太网的协同工作能力可以方便的与商业应用进行连接，如ERP和CIM，可以跨越距离通过广域网来进行远程控制。再次，利用不同的媒介，比如无线，光纤，交换机，可以实现以太网的冗余应用。最后，以太网的带宽未来将可以从10M达到10G。有了上面这些好处，控制工程师将会乐意采用以太网技术来进行他们的自动化应用，通过以太网来连接他们的PLC。在自动化技术中采用以太网技术的趋势被称作“工业以太网”。

4、典型的工业以太网

典型应用以太网的拓扑网络是星形拓扑：

图1

从图1我们可以看到，PLC直接与工业以太网交换机相连接。交换机提供了可靠的控制网络，特别是他们的坚固的设计，无风扇特性和高MTBF来确保连续的操作。

此外，如果需要更加可靠的媒介连接，我们可以建立双星形网络拓扑来实现媒介的冗余，如图2所示：

这种双星形冗余网络提高了整个系统的安全性，减少了各个PLC之间的通讯故障率。

5、带冗余的以太环网

尽管在双星形冗余网络系统有了媒介冗余，特别是使用了光纤之后，费用将会更多。为了解决这个两难的局面，环形拓扑就出现了。如图3所示为单环PLC以太网：

图3

单环拓扑为系统提供了冗余，并且隔离了通讯的错误。在使用工业以太网交换机时，以太冗余环网将自动的修复连接。这种类型的基础构架性价比更高，但是却与双星形拓扑网络有着同样效果的媒介冗余。此外，它的恢复时间少于1秒，这为网络的稳定性提供了保障。

6、最高级别的冗余系统

图4

图4中我们为PLC应用建立一个最高级别可靠性的冗余系统，即双环冗余PLC系统。在工业以太网应用中，最重要的是网络的可靠性。控制工程师们可以通过双环网上的RJ45端口来将设备连接到两个独立的环上，从而建立个双环网实现最高级别的冗余，来同时提供服务器的冗余，媒介的冗余和设备的冗余。

7、PLC冗余系统在我公司的应用

我公司是高速线材的生产企业，采用了西门子的S7-400加S7-300远程的PLC。其中有最主要的三个400型PLC负责主要数据运算，每个400型PLC借助Prifibus-DP网连接到远程300型PLC。三个400型PLC通过单环冗余系统连接，借助交换机和服务器组成稳定的网络拓扑。三个PLC每天24小时不停的进行数据交换和程序控制，由于冗余和环形网的存在，很好的保证了系统的稳定性。系统从投入运行后故障率很低，大大的保证了我公司的生产作业率。