PLC网络基础介绍

1.计算机网络的组成与分类

计算机网络是现代计算机技术和通信技术密切结合的产物，是随社会对信息的共享和信息传递的要求而发展起来的。所谓的计算机网络，就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统相互连起来，以功能完善的网络软件（如网络通信协议、信息交换方式以及网络操作系统等）来实现网络中信息传递和资源共享的系统。

计算机网络有三个主要组成部分：若干个主机，它们为用户提供服务；一个通信子网，它主要由结点交换机和连接这些结点的通信链路所组成；一系列的协议，这些协议是为在主机和主机之间或主机和子网中各结点之间的通信而采用的，它是通信双方事先约定好的和必须遵守的规则。

网络分类的方法很多，如按网络拓扑结构分类，计算机网络可分为总线形结构、环形结构、星形结构、树形结构、网状结构五类。常用网络拓扑结构有三种：总线形拓扑结构、环形拓扑结构和星形拓扑结构，如图7-16所示。

拓扑结构是指点和线的几何排列或组成的几何图形。计算机网络的拓扑结构是指一个网络的通信链路和结点的几何排列或物理布局图形。链路是网络中相邻两个结点之间的物理通路，结点指计算机和有关的网络设备，甚至指一个网络。

图7-16 网络拓扑结构

a）总线形结构 b）环形结构 c）星形结构

总线形网络是一种比较简单的计算机网络结构，它采用一条称为公共总线的传输介质，将各计算机直接与总线连接，信息沿总线介质逐个结点广播传送。

环形网络将计算机连成一个环。在环形网络中，每台计算机按位置不同有一个顺序编号，在环形网络中信号按计算机编号顺序以“接力”方式传输。若计算机1欲将数据传输给计算机4时，必须先传送给计算机2，计算机2收到信号后发现不是给自己的，于是再传给计算机3，这样直到传送到计算机4。

星形网络由中心结点和其他从结点组成，中心结点可直接与从结点通信，而从结点间必须通过中心结点才能通信。在星形网络中，中心结点通常由一种称为集线器或交换机的设备充当，因此网络上的计算机之间是通过集线器或交换机来相互通信的，是目前局域网最常见的方式。

在实际应用中，上述三种类型的网络经常被综合应用，并形成互连网。互连网是指将两个或两个以上的计算机网络连接而成的更大的计算机网络。

2.PLC联网的主要形式

1）以个人计算机为主站，多台同型号的PLC为从站，组成简易集散控制系统。在这种系统中，个人计算机充当操作站，实现显示、报警、监控、编程和操作等功能，而多台PLC负责控制任务。

2）以一台PLC作为主站，其他多台同型号PLC作为从站，构成主从式PLC网络。在主站PLC上配置触摸屏和打印机，以便完成操作站的各项功能。

3）一些公司为自己生产的PLC设计专用的PLC网络，如三菱公司的MELSECNET／Ⅱ、MELSECNET／B、MELSECNET／10等。

4）把PLC网络通过特定的网络接口连入大型集散系统中去，成为它的子网。

3.生产金字塔结构与工厂计算机控制系统模型

（1）生产金字塔结构

PLC制造厂家常用生产金字塔（Productivity Pyramid，PP）结构来描述它的产品能提供的功能。图7-17所示为美国A－B公司和德国SIEMENS公司的生产金字塔。这些金字塔的共同特点是：在工厂自动化系统中，由上到下，各层都发挥着作用，上层负责生产管理，下层负责现场控制与检测，中间层负责生产过程的监控及优化。

图7-17 生产金字塔结构示意图(www.xing528.com)

a）A－B公司的生产金字塔 b）SIEMENS公司的生产金字塔

（2）工厂计算机控制系统模型

美国国家标准局曾为工厂计算机控制系统提出过一个如图7-18所示的NBS模型，它分为6级，并规定了每一级应当实现的功能。这一模型获得了国际广泛的承认。

国际标准化组织（ISO）对企业自动化系统的建模进行了一系列研究，也提出了一个如图7-19所示的6级模型。尽管它与NBS模型各级内涵，特别是高层内涵有所差别，但两者在本质上是相同的，这说明现代工业企业自动化系统应当是一个既负责企业管理经营又负责控制监控的综合自动化系统。它的高3级负责经营管理，低3级负责生产控制与过程监控。

图7-18 NBS模型

图7-19 ISO企业自动化模型

4.PLC网络的拓扑结构

PLC及其网络发展到现在，已经能够实现NBS或ISO模型要求的大部分功能，至少可以实现4级以下NBS模型或ISO模型功能。

PLC要提供金字塔功能或者说要实现NBS或ISO模型要求的功能，采用单层子网显然是不行的。因为不同层所实现的功能不同，所承担的任务的性质不同，导致它们对通信的要求也就不一样。在上层所传送的主要是些生产管理信息，通信报文长，每次传输的信息量大，要求通信的范围也比较广，但对通信实时性的要求却不高。而在底层传送的主要是些过程数据及控制命令，报文不长，每次通信量不大，通信距离也比较近，但对实时性及可靠性的要求却比较高。中间层对通信的要求正好居于两者之间。

由于各层对通信的要求相差甚远，如果采用单级子网，只配置一种通信协议，势必顾此失彼，无法满足所有各层对通信的要求。只有采用多级通信子网，构成复合型拓扑结构，在不同级别的子网中配置不同的通信协议，才能满足各层对通信的不同要求。

5.PLC网络各级子网通信协议配置的规律

PLC网络各级子网通信协议配置的规律如下：

1）PLC网络通常采用3级或4级子网构成的复合型拓扑结构，各级子网中配置不同的通信协议，以适应不同的通信要求。

2）在PLC网络中配置的通信协议分两类，一类是通用协议，一类是公司专用协议。

3）在PLC网络的高层子网中配置的通用协议主要有两种，一种是MAP规约（全MAP3.0），一种是Ethernet协议，这反映PLC网络标准化与通用化的趋势。PLC网的互联，PLC网与其他局域网的互联将通过高层进行。

4）在PLC网络的低层子网及中间层子网采用公司专用协议。其底层由于传递过程数据及控制命令，这种信息很短，对实时性要求又较高，常采用周期I／O方式通信；中间层负责传送监控信息，信息长度居于过程数据及管理信息之间，对实时性要求也比较高，其通信协议常用令牌方式控制通信，也有采用主从方式控制通信的。

5）PC加入不同级别的子网，必须按所连入的子网配置通信模板，并按该级子网配置的通信协议编制用户程序，一般在PLC中不需编制程序。对于协议比较复杂的子网，可购置厂家供应的通信软件装入PC中，将使用户通信程序编制变得比较简单方便。

6）PLC网络低层子网对实时性要求较高，其采用的协议大多为塌缩结构，只有物理层、链路层及应用层；而高层子网传送管理信息，与普通网络性质接近，又要考虑异种网互联，因此高层子网的通信协议大多为7层。