1 引言
目前，一般常見plc型號都沒有集成現場總線can-bus的通訊功能接口，因而不便于基于can總線多臺plc控制網絡的實現。隨著應用技術的發展，工業經常會出現需要n臺plc協同完成一個系統的綜合控制。此時，原有集中控制的單一plc控制方案就顯得力所不及，plc網絡的集成工程需求也應運而生。
本文提出了一種基于現場總線can-bus的plc網絡方案，能夠對多臺聯網的plc實現遠程配置、數據通信，并能夠在投入較低硬件成本的基礎上，實現良好的系統運行性能。這個方案不僅充分發揮了現場總線can-bus的通信特點：實時、可靠、高速、遠距離、易維護等，而且將現場總線技術與集中控制技術有機結合，聯網后的plc網絡可以構成一個性能優越的dcs系統；用戶在同一個主控制器(pc機)上可以遠程監控、改變任何一臺聯網plc的程序或狀態。
2 組建plc網絡的兩種方式
通用plc一般提供1～2個rs-232或rs-485通訊端口，用于與其他控制設備通訊；這些通訊端口支持有限的通訊協議，實現plc設備的通訊與配置。本項目利用plc自身的通訊端口，將其擴展成為能夠與多臺設備聯網，實現基于現場總線can-bus多臺plc網絡。根據網絡中主控制器的不同，plc網絡分為以下方式：多臺plc聯網，各plc地位平等，可外擴hmi人機界面；多臺plc聯網，由1臺工控pc作為主控制器與操作界面。本文重點討論兩種基于rs-232或rs-485通訊端口plc的組網方法。
2.1 plc串行聯網
通過rs-232/rs-485轉can-bus網關進行信號轉換使plc具有can-bus通訊接口。多臺具有can-bus通訊接口的plc之間相互連接，即可以組建plc網絡。每臺連接plc單元的rs-232/rs-485轉can-bus網關都可以設定一個獨立的設備id號，長度為11位或29位，用作為該plc單元的地址。
通過上述方式組建的plc網絡，任何一臺plc均可以主動發起數據通訊，由can-bus網關起硬件自動仲裁作用，保障每一次通訊的數據不丟失；網絡中的plc數量不受限制，數百、上千臺plc都可以連接在同一現場總線can-bus網絡中。同時，plc網絡中可以連接具有can-bus通訊接口的hmi人機界面。
2.2 多臺plc與工控pc并行聯網
工控pc機內插pci-can板卡(如研華的pci1680、周立功的pci5110等)，可以組建can-bus網絡，通過連接在can-bus網絡中的網關rs-232/rs-485轉can-bus轉換器，借助于can-bus網絡配套的“虛擬串口”軟件，建立多達2047個標準的串行通訊端口，從而連接多達2047條串行網絡。即在一條普通雙絞線上連接多達2047臺plc設備，工控pc機訪問連接在can-bus網絡上的plc設備，與操作標準串口完全一致。這種方式可以充分發揮工控pc機的作用，通訊效率比較高，是一般plc網絡建設的主流方向。本文采用此種方案組建plc網絡。系統結構如圖1所示。
圖 1 多臺plc與工控pc機并行聯網
3 plc網絡的硬件組成與連接
建立plc網絡，除了plc設備，還需要建立現場總線can-bus網絡的設備，主要有rs-232轉can-bus網關、pci-can接口卡等。
rs-232轉can-bus轉換器可以方便地連接到plc設備的rs-232標準通訊端口，使plc設備具有與現場總線can-bus網絡通訊的能力。轉換器通過modbus協議轉換，可以支持不同通訊協議的plc設備。對于只集成rs-485/422通訊端口的plc設備，可以選擇rs-485轉can-bus轉換器。rs-232轉can轉換器和rs-485轉can轉換器讀者可以自行設計，也可以購買目前市場成熟的產品，如研華的亞當模塊、周立功的智能轉換模塊等。
工控pc機內插pci-can接口卡，可以令工控pc機具有現場總線can-bus通訊接口，從而成為can-bus網絡中的一個主要功能節點。根據與pc連接方式的不同，pc-can接口卡可以分為很多種不同的類型，常見的型號有pci-can接口卡、isa-can接口卡、pc104-can接口卡、usbcan接口卡、以太網轉can接口卡等。
pci-can接口卡一般都提供有can-bus測試工具、api開發例程、opc服務器軟件等。利用“虛擬串口服務器”軟件可以開發基于串口通訊的軟件項目，組建基于can總線的plc網絡。
4 三菱－西門子can網絡集成案例
4.1 原理設計
在某印染廠的印染控制系統中，有兩臺瑞士布賽5v型平網印花機、三臺臺灣奇正平網印花機、2臺日本東升平網印花機以及2臺兩臺德國的mbk圓網印花機，這些設備的主控制器是西門子的s7-200以及日本三菱的fx系列的plc。為了使印染廠的印染控制系統能夠在一臺上進行監控以及控制，單臺plc進行現場設備信號的采集和控制，由于各個現場plc工作點距離較遠遠，工控機pc不可能實現每一臺plc設備的單獨電纜連接。因此，將各臺plc設備通過現場總線can-bus網絡連接，組建一個地區范圍內的plc網絡，從而實現plc遠程維護、數據實時監控，既能夠大大提高系統的管理效率，也可以有效地降低網絡建設成本。
每臺平網印花機plc設備集成有1個rs-4852串行通訊端口，通過can轉rs-485轉換器連接到現場總線can-bus網絡。工控機pc內置1塊pci-can接口卡，型號為pci-1680接口卡，可以使工控機成為can-bus網絡中的節點，能夠同時管理九臺平網印花機。
plc串行通訊協議實現，不同廠家，plc的串行通訊協議不同，本就以本項目所用的s7-200為例說明其通訊方法。s7-200系列plc配有rs-485標準串行接口，可實現下列四種網絡的連接：
(1) simatic s7-200網絡(ppi協議)；
(2) 用戶可編程接口協議(自由口模式)采用可編程自由口通信模式(free port mode)；
(3) profibus-dp網絡。
4.2 系統通訊
本項目采用自由口通訊的模式，與自由口模式有關的特殊寄存器及相關的位：
(1) 控制字寄存器smb30：s7-200plc的通信模式由smb30設置，當mm=01時plc工作于自由口模式。
(2) 通信接收字符緩沖器smb2：smb2是一個暫態寄存器，用于存放在自由口通信方式下接收到的當前字符，用戶在下一步應從這里取走其中的內容，通過編程控制將接收到的字符一個一個由smb2移入接收緩沖區。
(3) 通信校驗結果標志位smb3.0：plc按smb30規定的奇偶校驗方式對所接收到的數據作校驗。如果校驗有錯，plc自動將smb3.0置1，sm3.0=0表示奇偶校驗正確。根據這個標志，可決定對當前信息的取舍，還可以在出錯的情況下，將此錯誤位發送給對方，以便要求它重發。
(4) 工作方式標志位sm0.7：s7-200系列plc只有處于運行(run)方式時才能進行自由口模式通信，而在停止(stop) 方式時只能以ppi模式通信。當plc處于run方式時sm0.7=1，否則sm0.7=0，因此可通過判斷sm0.7的狀態來打開或關閉自由口通信。
(5) 發送器空標志sm4.5及收發指令：s7-200plc有專門的發送指令：xmt table port table為發送數據的字節數即數據長度，最大為225；port指定通信口，自由口模式下必須為0。當正發送數據信息時，特殊存儲器位sm4.5=0，當發送完成后，sm4.5=1，因此可通過判斷sm4.5的狀態來進行發送后處理，也可直接用發送中斷來處理。cpu215 cpu216還提供了接收控制指令：rcv table port與smb86 smb94 smb 186 smb 194寄存器配合，用以改變(初始化或終止)接收信息。
plc串行通訊程序執行時，在每一個掃描周期的開始，都要檢查sm0.7的狀態，若plc處于run方式即sm0.7=1，則打開自由口模式并設置其它相關的波特率、奇偶校驗等參數，否則置自由口模式無效。
5 結束語
本文介紹的基于can總線多臺plc組網系統的實現，在系統的實際運行中，現場總線can-bus的穩定性、抗干擾能力得到充分的體現。工程項目不需要改變原有的現場設備控制平臺，可以將現有控制設備無縫地嵌入先進的現場總線網絡，構成新一代的紡織自動化集成網絡系統，為紡織工程mes和erp提供現場信息自動化平臺。方案以較低的成本投入,使現場自動化網絡的大跨度提升。具有很好的應用前景。