基于can总线多台PLC组网系统的实现

 

摘 要：本文详细介绍了通过现场总线CAN-bus将多台中/小型PLC进行组网的设计方案以及软硬件的实现，构成一个智能PLC网络；同时，通过PC机可以对指定的远程PLC进行远程配置、控制通信以及监控。组网的PLC网络不但方便构成性能优越的DCS系统，而且可以降

低系统成本，具有很好的工业应用前景。

关键词：现场总线 PLC RS-485

Abstract: The paper mainly introduces the scheme o designing and realization  hardware of multi-plc based on can-bus, it composes a intellective network of PLC. Synchronously, it also expounds how to long-distance configure、control communication and surveillance by PC.The network of PLC not only structures system of DCS, but also the cost of system will be decreased. So it will have a good market outlook.

Key words: can-bus PLC RS-485

[中图分类号] TP273  [文献标识码] B

1 引言

目前，一般常见PLC（如三菱FX系列、西门子的S7-200、300）型号都没有集成现场总线CAN-bus的通讯功能接口，因而不便于基于CAN总线多台PLC控制网络的实现。随着应用技术的发展，工业经常会出现需要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。这个方案不仅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，而且将现场总线技术与集中控制技术有机结合，联网后的PLC网络可以构成一个性能优越的DCS系统；用户在同一个主控制器（PC机）上可以远程监控、改变任何一台联网PLC的程序或状态。

2 组建PLC网络的两种方式

通用PLC一般提供1~2个RS-232或RS-485通讯端口，用于与其他控制设备通讯；这些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。利用PLC自身的通讯端口，将其扩展成为能够与多台设备联网，实现基于现场总线CAN-bus多台PLC网络。根据网络中主控制器的不同，PLC网络分为以下方式：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。

下面分别介绍这两种PLC的组网方法：

1） PLC串行联网  通过RS-232/RS-485转CAN-bus网关进行信号转换使PLC具有CAN-bus通讯接口。多台具有CAN-bus通讯接口的PLC之间相互连接，即可以组建PLC网络。每台连接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。

通过上述方式组建的PLC网络，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，PLC网络中可以连接具有CAN-bus通讯接口的HMI人机界面。

2） 多台PLC与工控PC并行联网  工控PC机内插PC-CAN板卡（如研华的PCI1680、周立功的PCI5110等），可以组建CAN-bus网络，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。即在一条普通双绞线上连接多达2047台PLC设备，工控PC机访问连接在CAN-bus网络上的PLC设备，与操作标准串口完全一致。这种方式可以充分发挥工控PC机的作用，通讯效率比较高，是一般PLC网络建设的主流方向。本文采用此种方案组建PLC网络。3 PLC网络的硬件组成与连接

建立PLC网络，除了PLC设备，还需要建立现场总线CAN-bus网络的设备，主要有RS-232转CAN-bus网关、PCI-CAN接口卡等。

RS-232转CAN-bus转换器可以方便地连接到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 通过Modbus协议转换，可以支持不同通讯协议的PLC设备。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转换器。RS-232转CAN转换器和RS-485转CAN转换器读者可以自行设计，也可以购买目前市场成熟的产品，如研华的亚当模块、周立功的智能转换模块等。

工控PC机内插PCI-CAN接口卡，可以令工控PC机具有现场总线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。

PCI-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。利用“虚拟串口服务器”软件可以开发基于串口通讯的软件项目，组建基于CAN总线的PLC网络。

4 应用实例

在某印染厂的印染控制系统中，有两台瑞士布赛5V型平网印花机、三台台湾奇正平网印花机、2台日本东升平网印花机以及2台两台德国的MBK圆网印花机，这些设备的主控制器是西门子的S7200以及日本三菱的FX系列的PLC。为了使印染厂的印染控制系统能够在一台上进行监控以及控制，单台PLC进行现场设备信号的采集和控制，由于各个现场PLC工作点距离较远远，工控机PC不可能实现每一台PLC设备的单独电缆连接。因此，将各台PLC设备通过现场总线CAN-bus网络连接，组建一个地区范围内的PLC网络，从而实现PLC远程维护、数据实时监控，既能够大大提高系统的管理效率，也可以有效地降低网络建设成本。

每台平网印花机PLC设备集成有1个RS-4852串行通讯端口，通过CAN转RS-485转换器连接到现场总线CAN-bus网络。工控机PC内置1块PCI-CAN接口卡，型号为PCI-1680接口卡，可以使工控机成为CAN-bus网络中的节点，能够同时管理九台平网印花机。

PLC串行通讯协议，不同厂家，PLC的串行通讯的协议不同，本就以本项目所用的S7200为例说明其通讯方法。S7200系列PLC配有RS-485标准串行接口，可实现下列四种网络的连接：(1)SIMATIC S7-200网络( PPI协议)；(2)用户可编程接口协议(自由口模式) 采用可编程自由口通信模式〔free port mode )；(3) PROFIBUS-DP网络。

本项目采用自由口通讯的模式，与自由口模式有关的特殊寄存器及相关的位：

（1）控制字寄存器SMB30：S7200PLC的通信模式由SMB30设置，当mm=01时PLC工作于自由口模式。

（2）通信接收字符缓冲器SMB2：SMB2是一个暂态寄存器，用于存放在自由口通信方式下接收到的当前字符，用户在下一步应从这里取走其中的内容，通过编程控制将接收到的字符一个一个由SMB2移入接收缓冲区。

(3)通信校验结果标志位SMB3.0：PLC按SMB30规定的奇偶校验方式对所接收到的数据作校验。如果校验有错,PLC自动将SMB3.0置1, SM3.0=0表示奇偶校验正确。根据这个标志，可决定对当前信息的取舍，还可以在出错的情况下，将此错误位发送给对方，以便要求它重发。

(4)工作方式标志位SM0.7：57-200系列PLC只有处于运行(RUN)方式时才能进行自由口模式通信，而在停止(ST6P) 方式时只能以PPI模式通信。当PLC处于RUN方式时SM0.7=1，否则SM0.7=0，因此可通过判断SM0.7的状态来打开或关闭自由口通信。

(5)发送器空标志SM4.5及收发指令：57-200PLC有专门的发送指令：XMT TABLE  PORT TABLE为发送数据的字节数即数据长度，最大为225； PORT指定通信口，自由口模式下必须为0。当正发送数据信息时，特殊存储器位SM4.5=0，当发送完成后，SM4.5=1，因此可通过判断SM4.5的状态来进行发送后处理，也可直接用发送中断来处理。CPU215 CPU216还提供了接收控制指令：RCV TABLE PORT与SMB86 SMB94 SMB 186 SMB 194寄存器配合，用以改变(初始化或终止)接收信息。

PLC串行通讯程序执行时，在每一个扫描周期的开始，都要检查SM0.7的状态，若PLC处于RUN方式即SM0.7=1，则打开自由口模式并设置其它相关的波特率、奇偶校验等参数，否则置自由口模式无效。通信程序中分别设有发送定时器和接收定时器，均以中断方式运行。在定时器定时范围内，由于PLC的自动周期性扫描，对同一从机的输入/输出数据进行多次的发送/接收，以满足一旦数据传输出错则需重发、重收的要求。具体的程序读者可以参考西门子S7200编程手册中的例程。

5 结语

本文介绍的基于can总线多台PLC`组网系统的实现，在系统的实际运行中，现场总线CAN-bus的稳定性、抗干扰能力得到充分的体现。在这个工程项目中，不需要改变原有的现场设备控制平台，可以将现有控制设备无缝地嵌入先进的现场总线网络，构成新一代的DCS分布式控制系统。方案以较低的成本投入,使现场自动化网络的大跨度提升。具有很好的应用前景。

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