基于Profibus实现netLINK网关与PLC的通讯

宋婉贞，田洪涛

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京101601)

作为一台生产线上运行的设备而言，如果只有运动控制系统，将无法对生产工艺中的各项数据进行监测和保存。在不失运动稳定性的同时，采用稳定的总线平台、合理的通讯接口和通讯方式，为设备配备上位机，将会使设备具有更加便捷的操作性以及稳定性。以下是我们本次实验各种接口、平台的选型以及具体通讯方法的实现。

1 Profibus控制系统的选型

Profibus总线是由西门子公司提出并极力倡导，己先后成为德国国家标准din19245和欧洲标准en50170，是一种开放而独立的总线标准，传输速率从9.6 kB/s到12 MB/s，传输距离从1 200 m到l00 m。在机械制造、工业过程控制、智能建筑中充当通信网络。profibus是一种比较成熟的总线，在工程上的应用十分广泛。根据现场设备是否具备Profibus接口可分为3种形式：

(1)总线接口型：现场设备不具备Profibus接口，采用分散式I/O作为总线接口与现设备连接。这种形式在应用现场总线技术初期容易推广。如果现场设备能分组，组内设备相对集中，这种模式会更好地发挥现场总线技术的优点。

(2)单一总线型：现场设备都具备Profibus接口。这是一种理想情况。可使用现场总线技术，实现完全的分布式结构，可充分获得这一先进技术所带来的的利益。新建项目若能具有这种条件，就目前来看，这种方案设备成本会较高。

(3)混合型：现场设备部分具备Profibus接口。这将是一种相当普遍的情况。这时应采用Profibus现场设备加分散式I/O混合使用的办法。无论是旧设备改造还是新建项目，希望全部使用具备Profibus接口现场设备的场合可能不多，分散式I/O可作为通用的现场总线接口，是一种灵活的集成方案。

我们的实验设备采用的是速率快、稳定性高的混合型Profibus总线，这将为上位机与PLC通讯提供最适合的底层平台。

2 计算机与PLC通讯方式的选型

为了适应PLC网络化要求和外界控制需求，几乎所有的可编程控制器都被开发了与上位机通讯的接口或专用通讯模块。可编程控制器与计算机之间的通讯正是通过可编程控制器上的RS422或RS232C接口和计算机上的RS232C接口进行的。可编程控制器与计算机之间的信息交换方式，一般采用字符串、双工或半、异步、串行通信方式。因此可以说，凡具有RS232C口并能输入输出字符串的计算机都可以用于和可编程控制器的通讯。运用RS232C和RS422通道，可配置一个与外部计算机进行通讯的系统。该系统中可编程控制器接受控制系统中的各种控制信息，分析处理后转化为可编程控制器中软元件的状态和数据。可编程控制器又将所有软元件的数据和状态送入计算机，由计算机采集这些数据，进行分析及运行状态监测，用计算机可改变可编程控制器的初始值和设定值，从而实现计算机对可编程控制器的直接控制。

面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求。目前，人们主要采用以下几种方式实现PLC与PC的互联通信：

(1)通过使用PLC开发商提供的系统协议和网络适配器，来实现PLC与PC机的互联通信。但是由于其通信协议是不公开的，因此互联通信必须使用PLC开发商提供的上位机组态软件，并采用支持相应协议的外设。可以说这种方式是PLC开发商为自己的产品量身定作的，因此难以满足不同用户的需求。

(2)使用目前通用的上位机组态软件，如组态王、InTouch、WinCC、力控等，来实现PLC与PC机的互连通信。组态软件以其功能强大、界面友好、开发简洁等优点在PC监控领域已经得到了广泛的应用，但是一般价格比较昂贵。组态软件本身并不具备直接访问PLC寄存器或其它智能仪表的能力，必须借助I/O驱动程序来实现。也就是说，I/O驱动程序是组态软件与PLC或其它智能仪表等设备交互信息的桥梁，负责从设备采集实时数据并将操作命令下达给设备，它的可靠性将直接影响组态软件的性能。但是在大多数情况下，I/O驱动程序是与设备相关的，即针对某种PLC的驱动程序不能驱动其它种类的PLC，因此组态软件的灵活性也受到了一定的限制。

(3)利用PLC厂商所提供的标准通信端口和由用户自定义的自由口通信方式来实现PLC与PC机的互连通信。这种方式由用户定义通信协议，不需要增加投资，灵活性好，特别适合于小规模的控制系统。

(4)借助其他辅助工具进行通讯，我们的实验设备选用的是netLINK网关，netLINK拥有唯一的MPI地址，因此当PLC的MPI口已经连接了触摸屏，netLINK仍然可以通过MPI口进行通讯。netLINK提供公开的底层通讯库，可以将西门子的PPI协议、MPI协议Profibus-FDL协议转换成以太网协议，换句话说，netLINK既可以取代PLC传统的编程电缆和编程方式，可以成为PLC产品编程的又一解决方案。同时netLINK还支持无线网络通讯，采用无线路由器，可以实现远距离无线监控，减少复杂的网络布线。

以上几种普遍的通讯方式各有优缺点，我们综合以上几种通讯方式，借助我们良好稳定的底层Profibus总线接口平台，利用netLINK网关，掌握PLC厂商提供的标准通信端口和自由口通信方式以及编程语言来实现上位机与PLC之间的实时通信。实验平台如图1所示。

图1 实验平台示意图

3 上层软件具体实现方法

利用此种工作方式，上位机除了与PLC进行的通讯，各种复杂的算法和各种繁琐的数据都可以在上位机上进行计算和保存，将提高算法的正确性和数据的稳定性。我们可以通过netLINK提供的接口函数，对其进行二次封装，细化到对PLC内部的各个数据区进行读写操作，甚至细化到各个数据位，最大限度的对应用层提供最方便的函数。

具体封装接口函数和设置参数如下：

netLINK网关消息头是数据传输的前提，正确的设置不仅能够有效地传递数据，而且能偶提高数据传输的速度以及工作效率。netLINK网关消息头的设置如表1所示，消息扩展信息中包含了所有要编辑和已经读取的数据，具体设置如表2。

表1 netLINK网关消息头的设置

表2 netLINK网关扩展信息的设置

根据以上设置，我们封装出了自己的接口函数（见表 3）。

表3 函数表

应用以上函数，即可运用编程语言，对PLC各个区域的各种数据进行读写访问了。这种通讯方案有效地利用了Profibus混合型现场总线的灵活、多功能的特性，在通讯上最大限度地优化了上层软件对命令的应用过程，此种通讯方式支持市面上绝大多数PLC与上位机的通讯，达到了对设备的有效、稳定控制。发挥上位机操作设备良好的稳定性和便捷性。

[1]西门子公司.西门子PLC编程手册[M].2007，28(5):866-892.

[2]赫优讯公司.netLINK网关说明手册[M]2010，25(1):13-54.

[3]田宗宪.现场总线技术与计算机控制类别[M].北京:中国社会科学出版社，2005.

[4]网络资源.中国Plc论坛[C].http://www.plcbbbs.com，2002-02-21.