淺談歐姆龍工業網絡

花磊

摘? ?要：工業網絡是指安裝在工業生產環境中的一種全數字化、雙向、多站式的通信系統。在工業自動化控制系統中，要把處于不同位置的PLC、計算機和控制元部件通過傳輸介質連接起來，以構成功能更強、性能更好的控制系統，這樣的通信系統就構成了工業網絡。歐姆龍公司的工業網絡主要可分為三層：EtherNet（以太網信息層）、Controller? Link（控制器網控制層）、CompoBus/D和CompoNet（現場總線網絡設備層）。

關鍵詞：網絡;數據傳輸;歐姆龍

在現代工業自動化控制系統中，控制元部件的連接或組網，可大大提高可編程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的控制能力及控制范圍，同時方便人們使用計算機對其進行控制管理和數據處理。連接或組網的目的有兩點，一是擴大控制能力，如通過遠程網絡可以將輸入/輸出（Input/Output，I/O）控制點數增加。二是擴大控制范圍，如實現遠距離維護和監控。所以在現代工業控制中，網絡的重要性越來越顯著，就PLC網絡而言，由于其控制系統運行安全可靠，在工業領域使用非常廣泛，并體現出其獨特的優勢。

1? ? 歐姆龍工業網絡體系

歐姆龍工業網絡系統主要分為3層：以太網信息層、控制器網控制層、現場總線網絡設備層。歐姆龍工業網絡體系是以開放式網絡系統為依據，第一，針對的是上層信息層，采用了工業以太網（EtherNet）技術，主要負責上位計算機與PLC站點之間高速、大容量的數據傳輸，實現數據匯總、上位組態和遠程監控，目前在應用層使用廣泛的通用工業協議CIP，或稱之為EtherNet/IP，使用場合如中央控制室監控、采集信息數據等。第二，針對的是中間層控制層，采用了控制器網絡（ControllerLink）技術，主要負責將位于現場的各個PLC以及各PLC與上位計算機之間連接起來，并進行彼此間數據的交換、控制和協調。第三，針對底層的設備層，采用了CompoBus/D（DeviceNet）或CompoNet技術，主要負責將位于現場的各類設備，如傳感器、變頻器、工業機器人等元件直接連接到各臺PLC上，從而方便、快速地采集各式各樣的、來自不同廠商的、距離遠近不同的現場IO信號或數據，并對其進行配置和監視。

2? ? 歐姆龍工業網絡介紹

2.1? 工業以太網

工業以太網主要是一種應用于上位組態、遠程監控和讀取現場的IO信息。工業以太網主要的拓撲結構是星形拓撲結構或者是環狀拓撲結構。其中應用較多的是星形拓撲結構，其要求每一臺要接入的PLC都需要配備相應的硬件以太網單元。在配置了相應的硬件單元后，通過連接HUB和上位機就構成了一個星形的拓撲結構的工業以太網。其優點是控制簡單、增刪節點方便、故障診斷和斷開容易。工業以太網的主要特點是循環通信實現高速、大容量的數據交換，技術的進步性，并且與計算機網絡的兼容性、互聯性好，其高端功能實現簡單。工業以太網單元賦予PLC各種以太網控制協議，支持與接入的、不同的以太網單元或計算機進行通信。支持TCP/IP和UDP/IP功能、Socket通信服務功能、文件傳輸協議FTP功能、Email功能、自動時鐘調整NTP功能、SNMP服務功能、BOOTP服務功能、分配IP路由表功能以及歐姆龍公司的標準通信協議FINS功能等。前面提到的Ether/IP除了支持上述的功能之外，另外還支持應用較為廣泛的標簽數據鏈接功能，這種功能使得PLC與PLC之間不需要編寫程序，只需簡單將需要交換的數據設置為標簽組，并建立連接映射，就可以自由地交換大量的數據鏈接。工業以太網系統不僅可以控制現場主要設備的啟動和停止，并且可調用各現場站的全部信息，集遠程控制、數據采集功能為一體，可完成整個工程的控制和工藝流程的顯示及設備運行狀態的監控或故障報警。

2.2? 控制器網絡

中間層控制器網絡（ControllerLink）主要提供處于基于底層設備之上、中間控制器之間的連接和數據的傳輸和交換?？刂破骶W絡的拓撲結構有兩種：一是總線結構，二是環網結構?？偩€結構既有線纜系統又有光纜系統，光纜型還可組成環網系統，通信不僅速率快，而且距離長。如果是搭建線纜方式時，每臺接入控制器網絡的PLC，都需要配備相應的控制器單元硬件。不過需要注意的是，目前不是所有系列的PLC都能夠組成光纜系統。環網結構目前只有光纜系統。每個單元首尾相連，構成了環網結構。光纖環網結構中，如果有一側斷開，環網中所有控制器仍然能讓通過另一側的光纖正常通信，保證了通信的可靠性?？刂破骶W絡功能有以下幾種：（1）數據鏈接功能，此功能應用最為廣泛，即多臺PLC之間不需要程序設計人員編輯過多的程序，就可直接進行數據的交換。（2）RAS功能，可以實時監控網絡的狀態，從而記錄發生錯誤的具體時間和具體內容。（3）標準通信協議FINS功能，這項功能和前面工業以太網中的介紹一致。通過控制器網絡，可以對各設備信息分別進行采集，由于上位機配備了控制器板卡，從而在上位機可以通過數據鏈接方式，讀取到現場所有控制器需要的IO數據。

2.3? 現場總線網絡

現場總線主要通過電纜將PLC、傳感器、各類執行器等現場智能設備連接起來，減少了I/O接口和布線數量，實現工業設備的網絡化和遠程管理，集中控制?，F場總線有以下兩種形式。（1）CompoBus/D，或稱DeviceNet網絡，該網絡的總線結構是干線/支線型的拓撲結構。整個網絡由兩部分硬件設備構成：主站和從站，主站一般是PLC上配置DeviceNet主站單元;從站一般是直接采集現場數據的終端。CompoBus/D網絡的特點主要是其是一種開放的、多主控、低成本的器件網絡解決方案，非歐姆龍公司生產的控制設備只要符合DeviceNet標準，就可以接入其中，從而實現不同廠家間、設備間的連接和數據交換。遠端的終端信號除了可以是開關量，還可以是模擬量，或者進行高速計數。CompoBus/D總線功能主要包括配置器軟件功能、遠程I/O主站功能、遠程I/O從站功能以及報文通信功能。DeviceNet總線采用的是四芯屏蔽的專業通信電纜，硬件成本更加低廉。（2）CompoNet，該網絡的拓撲結構也是主從的總線結構，且只能有一個主站單元，主站單元通常是CRM單元。從站單元一般都是CRT單元，主站和從站共同組成總線結構，網絡配置更加靈活，能對應客戶的各種需求。其網絡功能包括遠程I/O通信功能和報文信息功能等?，F場總線網絡控制中，控制柜內的主站和各分控盒中與I/O設備就近安裝的從站，通過電纜連接并進行相應的網絡設置后，主站便可對現場所有的I/O信號進行監控和控制，避免了復雜的布線，分散式的控制安裝，檢修且更加方便快捷。這是一種控制功能全面、配置簡單、實現快速的系統形式。

3? ? 歐姆龍工業網絡互連

PLC組網的根本目的是交換數據，增強控制功能。當控制區域大、通信種類很多時，可將以PLC為主的控制設備和通信裝置構成獨立的子網。若干個控制子網互連之后，組成規模較大的網絡，這就是網絡互連。前面提到每層網絡時都特別說明了該網絡支持FINS標準通信。FINS通信服務是歐姆龍公司為自己的工廠自動化網絡開發的，只要對應的網絡支持FINS協議，不管節點在同一層網絡內，還是在不同層的網絡內，交換數據都可以實現。也就是說，網絡互聯的基礎就是FINS的信息服務。同一層網絡中的任意PLC與PLC，PLC與PC之間的數據交換有多種方式，前面已經作過說明。但是在不同的網絡間實現數據交換，則要通過設置路由表來實現。路由表是本地節點和目標節點進行數據交換的路徑，當用戶在不同的網絡上進行數據交換時，則須進行路由表的設定。

4? ? 結語

以上是有關歐姆龍網絡的基礎知識。由于工業以太網的普及，EtherNet/IP支持通過工業協議CIP，而設備層的DeviceNet（也就是CompoBus/D）和CompoNet也支持CIP協議下的EtherNet/IP網絡。今后EtherNet/IP除了將完成以前信息層和控制層網絡的工作外，還可以實現設備層所具有的各項功能，真正實現“一網到底”的工業自動化控制網絡的發展愿望。所有工業網絡技術的進步，都是為實現現代化工業制造所服務的，為人們日益增長的物質需求所服務的。

[參考文獻]

[1]朱元，朱妙其.“歐姆龍工業網絡”講座第1講：歐姆龍工業網絡概述[J].電世界，2014（11）：38-41.

[2]朱元，朱妙其.“歐姆龍工業網絡”講座第2講：EtherNet/IP工業以太網[J].電世界，2014（12）：36-40.

[3]朱元，朱妙其.“歐姆龍工業網絡”講座，第3講：DeviceNet工業現場總線[J].電世界，2015（1）：41-45.