PLC与人机界面在组网控制中的应用

2014-08-03余俊杰杨厚太钱雪峰

化工自动化及仪表 2014年3期

余俊杰张伟夏玲孙云杨厚太钱雪峰

(合肥通用机械研究院，合肥 230088)

近年来，PLC的网络应用日益广泛，组成更高级的集散控制系统甚至整个工厂的自动化网络，已成为工业现代化的趋势，实现远程连接和通信成为PLC的基本性能之一。OMRON PLC具有使用方便及可靠性高等特点，在我国工控领域应用较为广泛。威伦触摸屏则凭借其强大的功能和友好的界面，逐步赢得广大用户的青睐。掌握它们之间的网络技术和通信方法，能有效地控制成本，并极大地提高远程监控的便捷性，对进一步推广PLC和HMI的应用，提高工厂自动化水平具有现实意义。笔者以WeinVIEW 8000 HMI和OMRON CP1H PLC为例，从一屏多机和一机多屏两条主线，再扩展到多机多屏的网络控制实现方法。

1 一屏多机的实现方法①

WeinVIEW MT8000 HMI的背面有两个物理9针串口，一个为9针公头，COM1 RS485 4W/2W，COM3 RS485 2W/RS232共用；一个为9针母头，COM1 RS232,COM2 RS232共用。实际上这两个物理串口包含了3组串口，通过9针头里不同的管脚定义，可以分配出不同的串口[1]。

在只有一台PLC且通信距离不超过15m的情况下，选择RS-232和RS-485通信差别不大；对于多台PLC且通信距离超过15m的情况，只能选择RS-485通信[2]。现以RS-485通信为例，阐述组网控制的实现方法。某系统只有一台HMI，要同时监控多台PLC，即一屏多机，可以采用如图1所示的两种方式实现通信。

HMI自带的COM1或COM3连接第一台PLC(作为主机)，与其他PLC之间通过主-从协议交换数据(图1a)。PLC之间采取RS-485通信时，串行通信分配区域3100CH～3199CH，主站3100～3109，从站每个10通道，最大能实现9台PLC之间的连接(主站1台、从站8台)。其中两个CP1W-CIF11间的接线方式如图2所示。

图1 PLC与HMI一屏多机的两种通信方式

图2 两个CP1W-CIF11的接线方式

通过设定CPU单元前面的拨码开关，选择PLC的通信串口，选择COM1时将SW4拨到OFF；选择COM2时将SW5拨到OFF。

在PLC串口设置中，分别将主机和从机的通信设置为如图3 所示的参数模式。同时，主站还要设置NT/PC链接最大数，即最大的从机站号；从机中要设置PC链接单元号，即从机站号。不同PLC从机通过在相应的PLC串口设置不同的站号来区分通信。

图3 PLC串口主、从机通信参数设置

HMI还可以仅用COM1或COM3通过RS-485方式分别连接到所有PLC(图1b)，不同PLC通过在相应的PLC串口设置不同的单元号来区分通信，在WeinVIEW HMI中的系统参数配置如图4所示。PLC串口设置中，模式仍然为Host Link，不同PLC设置不同的单元号，通过RS-485通信，一台HMI最多能连接31台PLC。

图4 通过单一COM和PLC通信时WeinVIEW HMI的系统参数配置

可以对方法二再进行优化，HMI COM1以RS-485方式连其中的几台PLC，COM3以RS-485方式连余下的几台PLC，同一COM port下的不同PLC通过设置不同的站号来区分通信，如图5所示。

图5 通过两个COM和PLC通信时WeinVIEW HMI的系统参数配置

方法一直接与HMI相连的只有一台PLC，其余PLC是利用PLC的串行通信功能，与主PLC进行数据交换的，分配区域和通信数量都有较大限制；方法二是利用HMI与PLC之间的串行通信，PLC之间的数据交换都要通过HMI传输，这样对HMI的CPU要求较高，如果使用同一个COM port，有时需在等待完成对第一台PLC的命令后，才会执行对第二台PLC的命令，这样对两台PLC的命令会互相影响。在方法二的基础上，尽量同时利用触摸屏的多个COM port，以提高通信速率和可靠性。

2 一机多屏的实现方法

在一个系统中，多台HMI同时监控一台PLC，即一屏多机，HMI可以通过串口或以太网连接远端HMI，并读取远端HMI上PLC的数据，如图6所示。

图6 通过串口实现一屏多机的连接

HMI对每一台它所支持的PLC都可以支持主机-副机通信方式。所有的HMI一台连着一台，而第一台与PLC连接。和PLC直接相连接的第一台HMI为主机，所有不与PLC直接相连的为副机，它们可以通过第一台HMI来获得PLC数据。主机在系统参数设置时，要配置本机HMI和与其相连的PLC接口类型，所在位置均设为本机。副机在系统参数设置时，除配置本机HMI，还要配置主机HMI和与其相连的PLC，所在位置均为远端。

主机HMI在系统参数中要配置本机HMI和与它相连的PLC接口类型，所在位置均为本机，如图7所示。

副机在系统参数设置时，除配置本机HMI，还要配置主机HMI和与其相连的PLC，所在位置均设为远端，地址均为主机HMI的IP，如图8所示。

图7 一屏多机主机HMI的系统参数配置

图8 一屏多机副机HMI的系统参数配置

MT8000 WeinVIEW HMI支持以太网口通信，通过交换机将不同HMI连接在一起，并将IP设置到同一域下，即可实现多台触摸屏之间的通信。MT6000系列及更早期的WeinVIEW还不支持以太网通信，可以选择RS-485串行端口方式来实现[3]。

在RS-485组网过程中需要注意的问题是，在设备少且距离短的情况下整个网络能很好地工作，但随着距离的增加性能会有所降低。一般终端匹配采用终端电阻方法，RS-485应在总线电缆的开始和末端都并接终端电阻。终端电阻在RS-485网络中取120Ω，相当于电缆特性阻抗的电阻，因为大多数双绞线电缆特性阻抗约在100～120Ω。

3 多机多屏实现方法

在熟悉了一屏多机和一机多屏通信的基础上，进一步构建多屏多机网络就相对容易得多。某实验大楼的一、二、三层分布有许多设备，分别由3台PLC主机进行控制，且每层都配有一台HMI。设计目标是：在任何一层的控制室，都能同时监控所有设备，任何一台HMI执行操作后，在其他HMI上都能实时反映，这就要求构建由PLC和HMI组成的控制网络。笔者先画出需要组成通信网络的所有设备，根据位置进行分部排列，组成如图9所示的网络拓扑；然后针对某个楼层，采用一屏多机方法，通过RS-485通信连接，使每个楼层的HMI都能对该层的3个PLC实行监控；针对不同楼层的HMI之间，可采用一机多屏方法，通过RS-485或以太网通信，在HMI的系统参数中添加远端HMI和与之相连的PLC参数，实现每个HMI要监控其他楼层的PLC，最终实现整个系统的监控要求。