1、引言

　　目前，一般常见 plc 型号都没有集成现场总线 can-bus 的通讯功能接口，因而不便于基于 can 总线多台 plc 控制网络的实现。随着应用技术的发展，工业经常会出现需要 n 台 plc 协同完成一个系统的综合控制。此时，原有集中控制的单一 plc 控制方案就显得力所不及，plc 网络的集成工程需求也应运而生。

　　本文提出了一种基于现场总线 can-bus 的 plc 网络方案，能够对多台联网的 plc 实现远程配置、数据通信，并能够在投入较低硬件成本的基础上，实现良好的系统运行性能。这个方案不仅充分发挥了现场总线 can-bus 的通信特点：实时、可靠、高速、远距离、易维护等，而且将现场总线技术与集中控制技术有机结合，联网后的 plc 网络可以构成一个性能优越的 dcs 系统；用户在同一个主控制器（pc 机）上可以远程监控、改变任何一台联网 plc 的程序或状态。

　　2、 组建 plc 网络的两种方式

　　通用 plc 一般提供 1～2 个 rs-232 或 rs-485 通讯端口，用于与其他控制设备通讯；这些通讯端口支持有限的通讯协议，实现 plc 设备的通讯与配置。本项目利用 plc 自身的通讯端口，将其扩展成为能够与多台设备联网，实现基于现场总线 can-bus 多台 plc 网络。根据网络中主控制器的不同，plc 网络分为以下方式：多台 plc 联网，各 plc 地位平等，可外扩 hmi 人机界面；多台 plc 联网，由 1 台工控 pc 作为主控制器与操作界面。本文重点讨论两种基于 rs-232 或 rs-485 通讯端口 plc 的组网方法。

　　2.1 plc 串行联网

　　通过 rs-232/rs-485 转 can-bus 网关进行信号转换使 plc 具有 can-bus 通讯接口。多台具有 can-bus 通讯接口的 plc 之间相互连接，即可以组建 plc 网络。每台连接 plc 单元的 rs-232/rs-485 转 can-bus 网关都可以设定一个独立的设备 id 号，长度为 11 位或 29 位，用作为该 plc 单元的地址。

　　通过上述方式组建的 plc 网络，任何一台 plc 均可以主动发起数据通讯，由 can-bus 网关起硬件自动仲裁作用，保障每一次通讯的数据不丢失；网络中的 plc 数量不受限制，数百、上千台 plc 都可以连接在同一现场总线 can-bus 网络中。同时，plc 网络中可以连接具有 can-bus 通讯接口的 hmi 人机界面。

　　2.2 多台 plc 与工控 pc 并行联网

　　工控 pc 机内插 pci-can 板卡（如研华的 pci1680、周立功的 pci5110 等），可以组建 can-bus 网络，通过连接在 can-bus 网络中的网关 rs-232/rs-485 转 can-bus 转换器，借助于 can-bus 网络配套的“虚拟串口”软件，建立多达 2047 个标准的串行通讯端口，从而连接多达 2047 条串行网络。即在一条普通双绞线上连接多达 2047 台 plc 设备，工控 pc 机访问连接在 can-bus 网络上的 plc 设备，与操作标准串口完全一致。这种方式可以充分发挥工控 pc 机的作用，通讯效率比较高，是一般 plc 网络建设的主流方向。本文采用此种方案组建 plc 网络。系统结构如图 1 所示。

　　图 1 多台 plc 与工控 pc 机并行联网

　　plc 网络的硬件组成与连接

　　建立 plc 网络，除了 plc 设备，还需要建立现场总线 can-bus 网络的设备，主要有 rs-232 转 can-bus 网关、pci-can 接口卡等。

　　rs-232 转 can-bus 转换器可以方便地连接到 plc 设备的 rs-232 标准通讯端口，使 plc 设备具有与现场总线 can-bus 网络通讯的能力。转换器通过 modbus 协议转换，可以支持不同通讯协议的 plc 设备。对于只集成 rs-485/422 通讯端口的 plc 设备，可以选择 rs-485 转 can-bus 转换器。rs-232 转 can 转换器和 rs-485 转 can 转换器读者可以自行设计，也可以购买目前市场成熟的产品，如研华的亚当模块、周立功的智能转换模块等。

　　工控 pc 机内插 pci-can 接口卡，可以令工控 pc 机具有现场总线 can-bus 通讯接口，从而成为 can-bus 网络中的一个主要功能节点。根据与 pc 连接方式的不同，pc-can 接口卡可以分为很多种不同的类型，常见的型号有 pci-can 接口卡、isa-can 接口卡、pc104-can 接口卡、usbcan 接口卡、以太网转 can 接口卡等。

　　pci-can 接口卡一般都提供有 can-bus 测试工具、api 开发例程、opc 服务器软件等。利用“虚拟串口服务器”软件可以开发基于串口通讯的软件项目，组建基于 can 总线的 plc 网络。

　　4、 三菱－西门子 can 网络集成案例

　　4.1 原理设计

　　在某印染厂的印染控制系统中，有两台瑞士布赛 5v 型平网印花机、三台台湾奇正平网印花机、2 台日本东升平网印花机以及 2 台两台德国的 mbk 圆网印花机，这些设备的主控制器是西门子的 s7-200 以及日本三菱的 fx 系列的 plc。为了使印染厂的印染控制系统能够在一台上进行监控以及控制，单台 plc 进行现场设备信号的采集和控制，由于各个现场 plc 工作点距离较远远，工控机 pc 不可能实现每一台 plc 设备的单独电缆连接。因此，将各台 plc 设备通过现场总线 can-bus 网络连接，组建一个地区范围内的 plc 网络，从而实现 plc 远程维护、数据实时监控，既能够大大提高系统的管理效率，也可以有效地降低网络建设成本。

　　每台平网印花机 plc 设备集成有 1 个 rs-4852 串行通讯端口，通过 can 转 rs-485 转换器连接到现场总线 can-bus 网络。工控机 pc 内置 1 块 pci-can 接口卡，型号为 pci-1680 接口卡，可以使工控机成为 can-bus 网络中的节点，能够同时管理九台平网印花机。

　　plc 串行通讯协议实现，不同厂家，plc 的串行通讯协议不同，本就以本项目所用的 s7-200 为例说明其通讯方法。s7-200 系列 plc 配有 rs-485 标准串行接口，可实现下列四种网络的连接：

　　（1） simatic s7-200 网络（ppi 协议）；

　　（2） 用户可编程接口协议（自由口模式）采用可编程自由口通信模式（free port mode）；

　　（3） profibus-dp 网络。

　　4.2 系统通讯

　　本项目采用自由口通讯的模式，与自由口模式有关的特殊寄存器及相关的位：

　　（1） 控制字寄存器 smb30：s7-200plc 的通信模式由 smb30 设置，当 mm=01 时 plc 工作于自由口模式。

　　（2） 通信接收字符缓冲器 smb2：smb2 是一个暂态寄存器，用于存放在自由口通信方式下接收到的当前字符，用户在下一步应从这里取走其中的内容，通过编程控制将接收到的字符一个一个由 smb2 移入接收缓冲区。

　　（3） 通信校验结果标志位 smb3.0：plc 按 smb30 规定的奇偶校验方式对所接收到的数据作校验。如果校验有错，plc 自动将 smb3.0 置 1，sm3.0=0 表示奇偶校验正确。根据这个标志，可决定对当前信息的取舍，还可以在出错的情况下，将此错误位发送给对方，以便要求它重发。

　　（4） 工作方式标志位 sm0.7：s7-200 系列 plc 只有处于运行（run）方式时才能进行自由口模式通信，而在停止（stop） 方式时只能以 ppi 模式通信。当 plc 处于 run 方式时 sm0.7=1，否则 sm0.7=0，因此可通过判断 sm0.7 的状态来打开或关闭自由口通信。

　　（5） 发送器空标志 sm4.5 及收发指令：s7-200plc 有专门的发送指令：xmt table port table 为发送数据的字节数即数据长度，最大为 225；port 指定通信口，自由口模式下必须为 0。当正发送数据信息时，特殊存储器位 sm4.5=0，当发送完成后，sm4.5=1，因此可通过判断 sm4.5 的状态来进行发送后处理，也可直接用发送中断来处理。cpu215 cpu216 还提供了接收控制指令：rcv table port 与 smb86 smb94 smb 186 smb 194 寄存器配合，用以改变（初始化或终止）接收信息。

　　plc 串行通讯程序执行时，在每一个扫描周期的开始，都要检查 sm0.7 的状态，若 plc 处于 run 方式即 sm0.7=1，则打开自由口模式并设置其它相关的波特率、奇偶校验等参数，否则置自由口模式无效。

　　5、结束语

　　本文介绍的基于 can 总线多台 plc 组网系统的实现，在系统的实际运行中，现场总线 can-bus 的稳定性、抗干扰能力得到充分的体现。工程项目不需要改变原有的现场设备控制平台，可以将现有控制设备无缝地嵌入先进的现场总线网络，构成新一代的纺织自动化集成网络系统，为纺织工程 mes 和 erp 提供现场信息自动化平台。方案以较低的成本投入，使现场自动化网络的大跨度提升。具有很好的应用前景。