PLC连网通信方法：优化指南

PLC通信方法与通信平台有关。同一平台多有多种通信方法。同一通信方法也多可用于不同的平台。

1.自动通信

这种机制是，经过网络组态，不必运行通信程序，各站点即可通信。多用运于PLC站点之间通信。非常可靠，也非常方便。具体有如下3种形式：

（1）地址映射通信

用于PLC主从网络中主站与从站间一对一通信。之前要进行网络组态。并指定用于实现能自动通信的、相互映射的、读写数据地址。

图5-8所示为主从网络一例。图中：1为主PLC上的远程主控单元或接口，为通信主站；2和6为从PLC；3和7分别为从PLC2、6上的PLCI/O链接或从站单元，为通信从站；4和5为主PLC的远程I/O终端，无自身CPU，分别作为主PLC的I/O点受主PLC管理。8为网络终端器。

远程I/O终端与主PLC虽有通信，但它不是独立站点。作为主PLC的I/O点，在逻辑上与主PLC当地的I/O点没有区别。所差的只是I/O的响应时间略有通信所需的若干毫秒的延迟。

从站PLC有自身的CPU，还有自身的I/O，对其自身I/O的控制完全由自身管理。要与主站PLC交换信息，必须通过之间通信、交换数据实现。这里关键是使用了PLCI/O链接或从站单元。它既是从PLC的扩展模块，在从PLC中有其I/O地址；又是主PLC的远程I/O终端，在主PLC中也有其映射的I/O地址，如图5-9所示。

图5-8 主从网络

1—主PLC上的远程主控单元 2、6—从PLC 3、7—PLCI/O链接单元 4、5—主PLC远程I/O终端 8—网络终端器

以图5-9为例，从站1的读（输入）区（字）10，在主站上的映射地址为1000。从站2的读（输入）区（字）10（不一定非是10），在主站上的映射地址为1002。且都是主站的写（输出）区（字）。从站1的写（输出）区（字）11，在主站上的映射地址为1001。从站2的写（输出）区（字）11（不一定非是11），在主站上的映射地址为1003。且都是主站的读（输入）区（字）。可知，每个从站在主站中都有专用于通信的数据读写映射地址。

这样，当主站轮流与各个从站及远程I/O终端通信时，将把主站映射区的数据依次发送给对应的从站输入区，各从站输出区的数据也依次返回给主站对应的映射区。而从站之间、主站远程I/O终端之间、从站与主站远程I/O终端不能通信，不能交换数据。

在这样系统中，如果从站1的PLC要向主站PLC发送数据，其具体过程可分为如下5步：

1）把要向主PLC传送的数据，写入通信用输出区（如从站1的内存字为11）。

2）通过从PLC输出刷新，把数据传到PLCI/O链接单元或从站单元的存储区（如从站1，为字11的地址）。

3）通过网络通信，把PLCI/O链接单元或从站单元存储区的数据，送主站主控单元的存储区（字1001的映射区）。

4）通过主PLC输入刷新，主站主控单元存储区的数据，被读入主PLC的地址映射区（主PLC的字1001）。

图5-9 地址映射通信机理示意

5）主PLC从地址映射区（主PLC的字1001）读取这个数据。

主PLC向从PLC发送数据的过程与此过程相反。先是主PLC向映射区写数据；再经主PLC输出刷新，传入主站主控单元的存储区；再通过网络通信，传入从PLCI/O链接或从站单元存储区；再经从PLC输入刷新，传到从PLC的输入存储区；最后由从PLC读取这个数据。

这里说得很复杂。但这里的输出、输入刷新都是PLC操作系统自动实现的。这里的PL-CI/O链接单元与主PLC主控单元间的数据传送，是由远程网络通信系统自动完成的。而且，其通信过程如同PLC的扫描过程一样，总是周而复始地重复着。

这种通信，用户所要做的只是编写有关的数据读写程序。只是它所交换的数据量不大，多只有一对输入、输出通道，故只能用于较底层的网络上。

图5-9中的4、5是主PLC的远程I/O终端，不是从PLC，是直接受主PLC控制。所以，这种网络也是PLC远程I/O系统的延伸。欧姆龙称之为远程I/O链接，是主、从PLC网络。被链接的从PLC，有自身的CPU，可独立运行程序和进行实际控制。只是为了与主PLC交换数据才与主PLC连网。

采用地址映射通信，输出对输入的响应是有延时的。从以上对它的通信过程叙述就可看出。具体的不再赘述。

提示1：用数据区地址映射通信只能在主站与从站之间进行。而从站之间通信则要通过主站转达。

提示2：主站PLC及各从站PLC”写区”、”读区”的大小取决于使用什么样的网络平台及作什么样的设置（组态）。

提示3：PLC远程I/O系统从站没有CPU，不能自行控制。控制的成本虽低，而一旦通信出现故障，从站的控制将无法实现。

提示4：主站除了为PLC，有的也可为计算机，从站除了PLC，也可能是智能设备。只要配置有相应的通信硬件就可以。

（2）地址链接通信

用于PLC对等网络中两站点或多站点之间通信。之前也要进行网络组态。并指定用于实现能自动通信的、相互链接的、读写数据地址。又称数据链接（DataLink）通信。三菱称之为循环通信（Cyclic Communication），多用于控制网。西门子的MPI网把它称为“全局数据包通信”。而哪个站点成为发送站点，由“令牌”或与其类似的代码授权。谁拥有“令牌”，谁就成为发送站点。这个代码，轮流在通信的各站点间传送。无论是管理网络的主站，还是被管理的从站，都同样有机会拥有这个“令牌”。其通信机理如图5-10所示。

图5-10 链接通信机理示意

图5-10为4个PLC进行数据链接通信的示意。字地址1000～1063之间的64个字被设置作为这个链接的数据区。而每个PLC都把它的这个区分为写与读两个部分。且这个划分对每个参与链接的PLC都是互补的。如PLC1，其“写区”为1000～1015字，“读区”为1016～1063字，则PLC2的“写区”为1016～1031字，“读区”为1000～1015字及1032～1063字等。

这4个PLC的数据链接通信分如下5步实现：

1）运行程序，把要向外传送的数据写入自身的写数据区。

2）输出刷新，把“写区”数据传到PLC链接单元或接口的对应（写）缓冲区。

3）参与PLC链接的PLC链接单元或接口间相互传送数据，把各链接单元或接口对应（写）缓冲区的数据传给其它PLC的PLC链接单元或接口的对应（读）缓冲区。

4）输入刷新，把PLC链接单元或接口缓冲（读）区的数据读入到读数据区。

5）运行程序，把要使用的数据从自身的读数据区读走。

这里的输出、输入刷新是在程序扫描开始前或结束后由系统自动实现。必要时，也可在程序中加入I/O刷新指令实现，以加快程序对链接数据的响应速度。

这里的各PLC链接单元或接口间的数据传送，则由PLC链接系统的网络通信自动完成的。其通信过程如同PLC的扫描过程一样，总是周而复始地重复着，力求使各PLC链接单元的存储区的数据保持一致。

说得通俗一点，这里设置的链接数据区相当于邮局的信箱，数据发送与接收如同发信与收信。要外送的数据先投（写）入信箱，靠信箱的传送机制，把数据传送给对方；要用的数据则从来自别的PLC数据的信箱中取出。其间的数据传送如同邮局为你服务一样，会自动实现的。若要快速传送，可另作I/O刷新，这如同寄快信一样。

总之，这个通信数据交换，经历了两种过程：

一是PLC的内存区中“链接区”与PLC链接单元或接口的缓冲区之间数据交换。这是由I/O刷新实现的。其周期取决于各PLC的程序扫描周期或程序中使用I/O刷新指令的情况。

二是各PLC链接单元或接口间的数据交换。它由主站PLC管理“令牌”，进而使各PLC轮流把链接单元或接口缓冲区中“写区”的数据，传送给其它PLC的“读区”。

这两个过程各按照各的周期重复进行着。也正是有了这两个过程，PLC间的数据交换才成为可能，而且非常可靠。

链接通信交换的数据量比较大，可以为几个、几十字。是很常用、很方便的PLC间的对等通信的方法。具体大小取决于链接数据区的大小及参与链接的PLC数量。

提示：参与链接的不一定都是PLC，只要配置有相应的通信硬件，如计算机上安装有欧姆龙CONTROLLINK网络通信板及相关驱动程序，也可与连网的PLC链接通信。

（3）生产者、消费者通信

发送数据的站点用广播方式发送生产者数据，同时被其它所有站点同名的消费者接收。在网络组态时，也要先对生产者、消费者的标签作设定。然后把设定下载给相关PLC。当这些PLC都处运行状态时，生产者标签即可根据设定的时间间隔或现值变化的情况，向其它站点同名的所有消费者标签传递它的现值。可知，它的基本机理于数据链接类似。只是它的设定更加灵活。

2.对话通信

站点间通信靠相互对话实现。要发起者通信的站点，先运行通信程序，发送通信命令，通信对方接收命令后，或由它的操作系统应答及处理，或运行人工程序应答及处理。针对不同通信平台有以下4种形式：

（1）自由协议通信

多用在串口连网的平台上。通信双方根据自行约定，调用串口通信指令进行通信。也称无协议通信。

自由协议通信用于PLC之间通信，双方都要有串口通信指令。用于PLC与计算机，双方都要编程。主要是串口读、串口写及串口设定、使能指令。后两者用于串口初始化。当然，这个设定与使能有的也可用编程软件预先完成。

要弄清的是执行读、写指令只是对PLC串口缓冲区的读、写。而数据发送及接收则是PLC通信管理系统分时完成的。一般讲，PLC用于处理通信的时间大体占其程序扫描时间的10%～20%。所以，执行数据发送指令后不是马上就把数据发送出去的。反之，不执行接收指令也不等于PLC不接收数据。只是把收到的数据放入接收缓冲区。

提示：只要串口的物理电气、功能特性相同，双方又同处于可使用自由协议通信，那么，使用各自的串口指令，还可以在不同品牌PLC间进行通信。(www.xing528.com)

（2）串口协议通信

主动方根据被动方的通信协议，向被动方发送通信命令；被动方接收到命令后，不必运行通信程序，而由操作系统处理通信命令，并按要求向主动方应答。

显然，这里弄清通信协议是关键。否则主动方无法编程。在串口连网平台上，计算机与PLC通信、PLC与现场设备通信多是用协议通信。

（3）网络协议通信

在PLC网络平台上，主动方（PLC或计算机）按网络协议，执行网络通信指令，与被动方PLC通信。它交换数据量大，可达几百个字节；通信速度快（取决于网络底层特性）。而且，只要有网关，有的还可跨网络通信，即网络中继运作（network relay operations）。

网络通信指令有读、写及操作命令。主动方发送命令，都可对指定网络、指定站址、指定数据区进行读或写。可向对方发送操作命令，使对方改变工作模式。可强制或复位对方是工作位及文件操作等。

但是，被动方也可执行保护自身的指令。执行它后，可不让对方读、写自身数据，或受其操作。

网络协议通信要建立在PLC网络的平台上，而这样平台各厂商PLC多互不兼容。因此，用这样通信只能在同类型PLC间进行。

（4）套接字（Socket）服务通信

套接字原是计算机应用程序使用TCP和UDP协议的以太网接口技术。有的PLC以太网也支持这个技术。用它可实现PLC与计算机以及PLC与PLC间通信。在使用这个技术时，要预先做好PLC的设定，然后设法把套接字激活或调用网络通信命令进行通信。

PLC的套接字通信服务支持UDP（无连接通信），也支持TCP（有连接通信）。也还可执行FTP（文件控制传输）协议。

3.专用软件通信

专用软件用于计算机与PLC间连网通信。并多可在多种通信平台上使用。专用软件通信的好处是不必弄清PLC的通信协议，不用编程或作简单编程即可通信，有的还可用于PLC编程及网络设置。但要计算机上装载这些软件、函数、控件或运行通信服务程序。

（1）用PLC厂商提供编程软件通信

PLC厂商编程软件除了可以用于脱机编程，还可用于与PLC联机。可对PLC以至于PLC网络进行设定（或称配置、组态），下载、上载PLC程序，读写PLC数据以及改变PLC工作状态。有的PLC编程软件还有监控数据动画图形显示功能。

（2）用PLC厂商提供网络管理软件通信

PLC厂商除了提供编程软件，一般还提供专用于网络配置、测试与管理的软件。可用以网络配置、通信及测试。

（3）用PLC厂商提供有通信接口函数（API）通信

API函数原是微软在设计WINDOWS操作系统时加进去的。PLC厂商提供的API则是PLC厂商适应WINDOWS操作系统开发的，专用该厂商PLC与计算机通信的函数。与厂商专用通信软件不同的是这些通信函数不能单独运行，是要嵌入到用户的程序中，由应用程序调用才可工作，才能实现计算机与PLC的通信。

使用API的好处是不必弄清PLC的通信协议，但要在计算机上装载相关的驱动。

（4）用PLC厂商提供有通信控件通信

控件是很多PLC厂商都开发有可为可视化编程软件使用的，针对自身PLC串口或网络模块的通信控件（ActiveX控件）。如欧姆龙、三菱PLC都有专门通信控件。用户的应用程序可调用这些控件，即可实现与PLC通信。使用控件的好处也是不必弄清PLC的通信协议，但要在计算机上装载这些控件。

（5）用OPC通信

OPC是以OLE（Object Linking and Embedding）/COM（Component Object Model）机制作为应用程序的通信标准。OLE/COM是一种客户/服务器模式，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而保证软件对客户的透明性，使得用户完全从低层的开发中脱离出来，为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。

可知，使用OPC可把通信程序与应用程序分开。通信程序由PLC厂商或专门软件公司提供，用于与PLC通信，作OPC的服务器。而应用程序由PLC用户编写，作为OPC的客户。两者再通过程序之间的数据交换，使OPC客户间接实现了对PLC监控与数据采集。

用于PLC的OPC服务器除了自身实现与PLC通信的功能外，与其它OPC服务器一样，也要有一组组接口（interface），并通过这些接口，为客户提供服务。OPC的服务软件多是要收费的。使用它也可不必弄清有关通信协议。

（6）用组态软件通信

组态软件是专业公司在编程软件平台上开发的，介乎编程软件与应用软件之间“应用软件的半成品”。作为商业产品，组态软件一般都提供了友好的用户使用界面，还有变量库、图库、控件库以及脚本语言。同时，还都还提供（收费，或免费）种种与硬件通信的驱动程序。所以，有了它，用户可简便、灵活地设计画面，定义变量及调用驱动程序，基本上不用编写程序代码，或编写篇幅不大的脚本，就可组态成自己的应用软件。而实现的功能却与用编程软件开发的应用完全相当，而且，一般还都具有更漂亮的画面。由于组态软件都提供有与PLC的驱动程序。所以，也不必了解有关通信协议也可实现与PLC通信。

4.互联网通信

（1）利用互联网通信

最成熟通信是电子邮件，可发送、接收报文，还可添加附件。通信数据量可大到以兆计。只是这样通信没有建立连接，通信不是很可靠的。为此，最好双方要有约定，要通过应答确保数据的安全传送。

（2）web通信

有的PLC的以太网模块可内置web（万维网）的网页，提供网址，作为服务器。计算机用户可使用浏览器阅读此网页，读取PLC数据，以至上、下载文件。还可进行PLC的远程诊断及系统维护。

（3）互联网其它通信

如图5-11所示，计算机还可通过互联网与PLC连接。

图5-11 计算机通过互联网与PLC连网

从图5-11可知，这里PLC站点与计算机站点都是通过路由器、ISP（Internet Service Pro-vider，互联网服务供应商服务器）接入互联网，然后进行通信。

为了PLC系统安全，建议在PLC方最好使用可设定密码的路由器，如图5-12所示的深圳赛远公司的SY-RSCM300。其主要性能有：全双工10/100Mbit/s；路由及防火墙功能；可设置密码；工业IC设计稳定可靠；支持广域网、局域网等。该公司同时还提供有设置与使用软件。

从图5-12可知，它除了外接电源，还有配置口（用于路由器以配置）、一个WLAN口（上接互联网接）及4个LAN口（可接4个PLC）。为了使用该产品，该公司还设有测试实验系统，提供有SY-RSC远程通信接入软件、账户与密码。运行此软件后出现的界面如图5-13所示。

图5-12 深圳赛远公司SY-RSCM300

从图5-13可知，只要输入所提供的账户、密码，先用鼠标左键点击【参数保存】键，后点击【连接】键。单击完以后耐心等待，依据计算机和网络的速度，一般连接服务器时间为30～60s左右。如账号、密码正确，网络正常将弹出连接成功的应答窗口。并在计算机桌面右下角出现网络连接小图标。计算机还增加一个与上述账号、密码对应连接。

连接成功后，打开S7-200编程软件STEP 7MicroWINV4.0SP7。先按图5-14所示操作，设置PG/PC接口。进而按图5-15所示配置S7-200IP地址。

在配置正确的IP地址并刷新后，如果如图5-16所示显示该IP地址，表示连接到了远程的PLC。

一旦连接成功，如同当地串口与PLC连接一样，可上下载程序、数据，对PLC监控。可完成运行编程软件所有的工作。

图5-13 远程接入软件界面

图5-14 设置PG/PC接口

5.利用移动电话通信

移动电话通信可使用发短讯与PLC（GSM）通信，也可使用GPRS与PLC通信。

使用GSM通信可以不建立连接，不占用线路，费用是按流量收取，费用较低，很适合PLC把事件信息向计算机或其它PLC发送。但为了通信可靠，最好发去的信息能得到对方回应。这样的回应只要各方都运行了相关通信程序并不难实现。

图5-15 配置S7-200IP地址

使用GPRS（General Packet Radio Service）通用分组无线业务通信。其PLC要先通过其串口与如同手机那样的GPRS模块相连。并通过Windows超级终端对该模块做好移动通信标示号（类似手机号）及允许访问它的计算机IP地址等设定。然后，PLC上电、运行，通过移动通信的服务器接入移动通信网络（相当于手机上电后入网）。由于移动通信的服务器是与互联网也是相连的，这样，被这个PLC确认IP地址的计算机只要也接入互联网并运行相关应用程序，即可远程读写这个PLC数据，以至于控制PLC工作。

GPRS特点是：每个用户可同时占用多个无线信道，资源被有效地利用，数据传输速率高达160Kbit/s；允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务；特别适用于间断的、突发性的、频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输；用户可永远在线，但收费不是按时间计算，而是按流量计，服务成本也较低。

此外，由于移动电话技术的发展，目前已可利用它作为互联网的接入接口。如果PLC以太网模块也具备接入无线互联网能力，也可通过它利用互联网通信。