维普资讯 http://www.cqvip.com Ｑ：！ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 工程技术 基于Ｃ Ａ Ｎ总线的Ｐ Ｌ Ｃ控制系统的研究 徐新华 （上海理工大学 上海 ２０００９３） 摘要：本文介绍了ＣＡＮｏｐｅｎ协议及基于ＣＡＮ Ｂｕｓ现场总线系统上的ＰＬＣ控制系统，通过现场总线使现场所有的设备都可以与ＰＬＣ连接， 从而形成单个ＰＬＣ的控制系统网络，实现数据的传输和交换。 关键词：ＰＬＣ ＣＡＮ ＣＡＮｏｐｅｎ协议网络控制 中图分类号：ＴＮ７Ｉ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—０９８ｘ（２００８）０５（ｃ）一００４４－０１ 分，Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ部分决定ＣＯＢ的优先 相连。其中０ＴＢ为扩展的Ｉ／０模块，现场 Ｐ Ｌ Ｃ发展的大趋势是功能越来越多， 级，而ＮＯｄｅ—ＩＤ部分在相同功能的设备间 中的模拟量和数字量，例如采用铂电阻温 前言 集成度越来越高，网络功能越来越强。现 进行区分。 在各种Ｐ Ｌ Ｃ厂商都在发展自己的网络。 ＣＡＮｏｐｅｎ协议规定了４种通信对象： ＰＬ Ｃ网络化技术的发展，其中有两个趋势， １）ＰＤＯ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｄａｔａ Ｏｂｊｅｃｔ）：过程数 一方面，ＰＬ Ｃ网络系统已经不再是自成体 据对象，用于实时传递设备控制参数变量， 系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发 例如开关量、传感器信号等； 展，各大品牌ＰＬ Ｃ除了形成自己各具特色 ２）ＳＤ０（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｄａｔａ Ｏｂｊｅｃｔ）：服务数据 的ＰＬ Ｃ网络系统，完成设备控制任务之外， 对象，用于传送组态数据，对设备进行配 还可以与上位计算机管理系统联网，实现 置， 信息交流，成为整个信息管理系统的一部 ３）网络管理对象（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ 分。另一方面，现场总线技术得到广泛的 Ｏｂｊｅｃｔ）：包括节点保护对象和ＮＭＴ对象， 采用，Ｐ Ｌ Ｃ与其他安装在现场的智能化设 主要用于对设备状态进行管理、控制、及 备，比如智能化仪表、传感器、智能型电磁 时发现设备故障； 阀、智能型驱动执行机构等，通过一根传 ４）特殊功能对象：同步、应急指示和时 输介质（比如双绞线，同轴电缆，光缆）连接 间标记对象。同步对象用于为网络提供一 起来，并按照同一通信规约互相传输信息， 个基本的网络时钟；应急指示对象用于提 由此构成一个现场工业控制网络，这种网 供中断类型的报警信号；时间标记对象用 络与单纯的ＰＬ Ｃ远程网络相比，配置更灵 于提供给设备一个参考通用时间帧。 活，扩容更方便，造价更低，性能价格比更 在ＣＡＮｏｐｅｎ协议中，ＥＤＳ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ 好，也更具开放意义。 ＤａｔａＳｈｅｅｔ）文件用于描述设备特征，包括通 信数据格式和通信对象分类以及设备制造 １ ＣＡＮ现场总线及其ｃＡＮｏｐｅｎ协议介绍 商标识等。一般来说，Ｅ Ｄ Ｓ文件是由设备 ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）称为 厂商来提供。对从设备的测试依据是该设 控制器局域网，属于总线式通信网络。它 备的ＥＤＳ文件。 是２０世纪８０年代初德国ＢＯＳＣＨ公司提出， 为解决汽车内部众多控制器与测量设备之 ２系统设计 间的数据交换而开发的一种串行数据通信 系统总体图见图１。 总线，是一种有效支持分布式控制系统或 实时控制的串行通信网络。ＣＡＮ遵循０ｓＩ 模型，Ｃ Ａ Ｎ结构划分为两层，即数据链路 层和物理层，而对应用层没有作具体规定。 在ＣＡＮ的基础上，目前在应用层比较常用 的协议有：ＣＡＮｏｐｅｎ、ＣＡＮ Ｋｉｎｇｄｏｍ和 ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ。其中ＣＡＮｃｐｅｎ、ＣＡＮ Ｋｉｎｇ－ ｄｏｍ在欧洲应用比较多，而ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ在美 洲应用较广。 ＣＡＮｏｐｅｎ是基于ＣＡＮ串行通信的网 络系统。ＣＡＮｏｐｅｎ协议必须以ＣＡＮ芯片 为硬件基础，有效利用ＣＡＮ芯片所提供的 简单通信功能去实现工业控制网络的复杂 图１系统总体图 应用层协议要求。Ｃ ＡＮ Ｏ Ｐ ｅ ｎ是单主站 （Ｍａｓｔｅｒ）系统，系统的运行由主站控制。在 本系统采用施奈德的可编程控制器的 Ｃ ＡＮＯＰｅｎ通讯协议中，设备之间的通信是 硬件是一体化的ＴＷＩＤＯ，４０点Ｉ／Ｏ、ＣＰＵ 通过交换通信对象即ＣＯＢ（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ 本体。该控制器可以外接ＣＡＮｏｐｅｎ通信模 Ｏｂｊｅｃｔ）来实现。这些ＣＯＢ被封装在一个或 块可以组成下位为现场总线的控制网络， 多个Ｃ Ａ Ｎ 通信报文中的数据段 同时可以通过更换不同的通信模块来组成 （Ｄａｔａ０…．．Ｄａｔａ７）中。每个ＣＯＢ带有预先 不同的通信网络，如Ｍ Ｏｄｂｕ Ｓ或以太网模 定义的标识符即Ｃ ０ Ｂ Ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｅ ｒ。 块。应用施奈德的ＴｗＩＤＯ ＳＯｆｔ的软件平 Ｃ Ａ Ｎ Ｏ Ｐ ｅ ｎ协议将Ｃ Ａ Ｎ标识符Ｉ Ｄ 台来编程。 （ＩＤ１０…．．ＩＤ７…ＩＤ０）分成Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ 现场层的０ Ｔ Ｂ和变频器及直流伺服电 （ＩＤ１０…ＩＤ７）；￣ＮＮｏｄｅ—ＩＤ（ＩＤ６．．．．ＩＤ０）两部 机都带都Ｃ ＡＮ接口可以直接和现场总线 ４４ 科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 度传感器采集的温度数据通过０ＴＢ和现场 总线直接给Ｐ Ｌ Ｃ。变频器控制风扇转速， 采集风扇的转速数据，然后直接通过现场 总线给Ｐ Ｌ Ｃ；直流伺服电机通过一个减速 箱和丝杠连接。通过现场总线实现数据的 交换和传输。 ＨＭＩ（人机界面）通过ＴＣＰ／ＩＰ和ＰＬＣ 连接，监控各设备的状态。 ３结语 本系统中采用ＰＬＣ以及现场总线ＣＡＮ 技术，通过ＯＴＢ及带有ＣＡＮ接Ｉ：１的现场智 能检测控制器件，完全实现了ＰＬ Ｃ对现场 的完全测控。同时采用ＨＭＩ，使管理层直 接可以监控现场的数据及过程，实现了参 数的实时显示和设置功能。各模块之间的 通信遵循ＣＡＮｏｐｅｎ标准协议，使整个通信 网络的初始化、数据的发送和接收变得简 单、直接。 参考文献 【１］阳宪惠．工业数据通信与控制网络．北京： 清华大学出版社，２００３． 【２】阳宪惠．现场总线及其应用技术．北京： 清华大学出版社，１ ９９９． 【３】施奈德公司的参考资料．
