在工業(yè)控制中，用PLC控制的工程在上/下位機(jī)通訊上一般采用RS-232/RS-485串口通訊，這種方法對于數(shù)據(jù)量較大，通訊距離較遠(yuǎn)，實(shí)時(shí)性要求高的控制系統(tǒng)，很難滿足通訊需要。
近年來隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢, 控制系統(tǒng)正向虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、分布化和節(jié)點(diǎn)智能化的方向發(fā)展。[1]許多大型PLC廠商生產(chǎn)的PLC都配備了相應(yīng)的以太網(wǎng)通信模塊，本文討論了OMRON PLC的以太網(wǎng)通信體系結(jié)構(gòu)，并以CP1H PLC的ENT2l以太網(wǎng)模塊為例實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通信。
Winsock控件是不可視控件，使編程人員開發(fā)客戶/服務(wù)器應(yīng)用程序時(shí)，不必了解TCP的細(xì)節(jié)或調(diào)用低級的Winsock API函數(shù)，只通過設(shè)置Winsock控件的屬性并調(diào)用其方法，就可直接連接到一臺遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行，并可實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換。
WinSock主要支持兩種類型的套接字:①流式套接字（Stream Socket）也稱面向連接方式,該方式對應(yīng)的是TCP協(xié)議,其傳輸特點(diǎn)是通信可靠性高,可以保證數(shù)據(jù)流的傳輸是可靠的、有序的、無重復(fù)的,可提供雙向的數(shù)據(jù)流,數(shù)據(jù)被看作字節(jié)流,無長度限制。②數(shù)據(jù)報(bào)套接字（Datagram Socket）又稱無連接方式,對應(yīng)的是UDP協(xié)議,這種方式不提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性、有序性和無重復(fù)性CONTROL ,因?yàn)樗С置嫦蛴涗浀臄?shù)據(jù)流。因此,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可能丟失和重復(fù),并且接收順序混亂,報(bào)文長度是有限的。考慮到本系統(tǒng)對通信可靠性和正確性的要求很高,選用流式套接字方式。基于Client/Server模式的流式套接字通訊過程如圖1所示。
圖1 流式套接字進(jìn)程通訊過程時(shí)序圖
2.Ethernet網(wǎng)絡(luò)通信單元的設(shè)置
在組建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)類型的不同，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要安裝相應(yīng)的通信單元，PLC上需安裝Ethernet網(wǎng)絡(luò)通信模塊，例如0MR0N公司的CJ1W—ETN21以太網(wǎng)模塊。應(yīng)用之前必需對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行必要的設(shè)置，分為開關(guān)設(shè)置和CPU總線單元系統(tǒng)設(shè)置。
開關(guān)設(shè)置主要包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：確定分配給CJ1W—ETN21單元的內(nèi)存工作區(qū)（CIO區(qū)、DM區(qū)），該地址在CPU總線區(qū)，由UNIT No.開關(guān)確定ETN單元的單元號范圍為0～F;NODE No.旋轉(zhuǎn)開關(guān)設(shè)定兩組l6進(jìn)制數(shù)作為ETN單元在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)號，范圍為O1～7E;IP地址設(shè)置網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)節(jié)點(diǎn)號，由32位二進(jìn)制數(shù)組成，分4段以十進(jìn)制數(shù)表示。
CPU總線單元設(shè)置主要通過編程設(shè)備如CX—Programmer軟件或編程器對網(wǎng)絡(luò)單元進(jìn)行模式、本地IP地址、子網(wǎng)掩碼、FINS端口號、FTP登錄名及口令和IP路由器表等項(xiàng)進(jìn)行設(shè)定。若使用FINS/TCP協(xié)議，則還需在以太網(wǎng)單元設(shè)置中修改FINS/TCP項(xiàng)的部分參數(shù)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，如：自動(dòng)分配的FINS節(jié)點(diǎn)號、是否保持激活等項(xiàng)。
3.面向上位計(jì)算機(jī)的通信協(xié)議
如圖2所示，以太網(wǎng)的分層模型分為物理層（Physical Layer）、網(wǎng)際層（Internet Layer）、傳輸層（Transpot Layer）和應(yīng)用層（Application Layer）。其中：傳輸層可使用無連接的UDP或需建立連接的TCP協(xié)議;應(yīng)用層為FINS（Factory Interface Network Service）協(xié)議，F(xiàn)INS協(xié)議是由OMRON公司開發(fā)的用于工廠自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)的指令響應(yīng)系統(tǒng)。主要規(guī)定對PLC存儲空間的數(shù)據(jù)讀寫等操作方法。應(yīng)用層使用FINS協(xié)議，傳輸層使用TCP協(xié)議的通信實(shí)現(xiàn)方法稱為FINS/TCP方法。
圖2 網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)
FINS協(xié)議包含指令系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng)，其命令幀格是由FINS報(bào)頭、指令代碼、響應(yīng)代碼和正文等幾部分組成。從上位計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令和響應(yīng)必須符合下面幀的格式要求，并提供合適的FINS報(bào)頭信息。[3-4]FINS通信服務(wù)是通過FINS命令幀和它們對應(yīng)的響應(yīng)幀交換實(shí)現(xiàn)的。
FINS命令/響應(yīng)幀格式如圖3所示。FINS/TCP header中規(guī)定了五種命令用于客戶機(jī)（host computer）與服務(wù)器（PLC）之間通信：發(fā)送客戶機(jī)節(jié)點(diǎn)地址（node address）;（2）發(fā)送服務(wù)器節(jié)點(diǎn)地址（node address）;（3）發(fā)送Fins frame;（4）Fins frame發(fā)送出錯(cuò)通知;（5）客戶機(jī)與服務(wù)器聯(lián)機(jī)確認(rèn)。
圖3 FINS命令/響應(yīng)幀格式
4.通信程序的具體實(shí)現(xiàn)
在新建VB工程后，需要執(zhí)行VB工具欄“工程/部件” 命令www.cechina.cn，將Winsock控件添加到工程中， 并命名為“WskClient”。程序采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，其主要屬性設(shè)定如下：
初始化工作完成后向PLC提出連接請求，待PLC接受請求并發(fā)送應(yīng)答信息后，客戶端程序依照各種幀格式建立好要發(fā)送的信息幀，就可以與PLC進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)交流了。在這一過程中，可建立發(fā)送失敗后的重發(fā)機(jī)制，以增強(qiáng)通信的可靠性。
首先，建立并發(fā)送“握手信息”指令（20字節(jié)），指明客戶機(jī)節(jié)點(diǎn)號;當(dāng)計(jì)算機(jī)接收到PLC返回幀（24字節(jié)）后，檢查PLC是否收到命令，并取得服務(wù)器和客戶機(jī)節(jié)點(diǎn)號。當(dāng)計(jì)算機(jī)接收到PLC返回的數(shù)據(jù)時(shí)，會產(chǎn)生DataArrival事件，參數(shù)BytesTotal包含接收到的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。在DataArrival事件中，可以調(diào)用GetData方法接收數(shù)據(jù)。如果接收到Close事件，則用Close方法關(guān)閉連接。另外，可用Winsock的State屬性來反映當(dāng)前TCP/IP的連接狀態(tài)。這里僅列舉主要程序如下：
在接收信息后,當(dāng)PLC收到傳輸過去的信息后,會將對應(yīng)的命令反饋值傳回,這個(gè)事件程序內(nèi)的程序?qū)⑺@示在文本框中,還可作進(jìn)一步處理。主程序流程圖如圖4所示。
圖4 程序流程圖
若采用UDP協(xié)議，則通信的基本過程與TCP相同，只是不需要建立連接。此外,UDP應(yīng)用程序可以是客戶機(jī),也可以是服務(wù)器控制工程網(wǎng)版權(quán)所有,而不必象TCP應(yīng)用程序那樣必須分別建立客戶機(jī)程序和服務(wù)器程序。由于UDP在傳輸數(shù)據(jù)報(bào)前不用在客戶和服務(wù)器之間建立一個(gè)連接，且沒有超時(shí)重發(fā)等機(jī)制，故而傳輸速度很快。因此如果網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備不是很多，且發(fā)送數(shù)據(jù)量不大時(shí)，可選擇耗費(fèi)計(jì)算機(jī)“資源”更小的UDP協(xié)議進(jìn)行通信。
5.結(jié)束語
采用Winsock控件實(shí)現(xiàn)的上位機(jī)以太網(wǎng)通信程序，已成功應(yīng)用于數(shù)字小樣并條機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，該法簡單實(shí)用,在不追加投資的情況下,實(shí)現(xiàn)車間設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能，達(dá)到了理想的效果。而且以VB作為監(jiān)控軟件的開發(fā)平臺，軟件的二次開發(fā)不受限制，節(jié)約成本控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，并可根據(jù)需要隨時(shí)對程序進(jìn)行升級。為實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)進(jìn)行有效的信息管理與監(jiān)控，基于以太網(wǎng)的PLC控制系統(tǒng)必將有更為廣泛的應(yīng)用，本文的論述對解決這類問題提供了一定參考價(jià)值。