基于DataSocket的欧姆龙PLC以太网通信接口研究

梅映新，祝广场

（1.武汉船用电力推进装置研究所，湖北 武汉 430064;2.武汉长海高新技术有限公司，湖北 武汉 430064）

0 引言

目前，PLC作为智能控制站广泛应用于各种工业控制现场。由于PLC具有可靠性高、适应性强、编程简单及模块化结构扩展方便等优点，在控制领域得到了广泛的应用。但PLC在数据处理、分析和报表打印等方面有很大的局限性，和工控机结合可以克服这一缺陷。在与工控机的通信中，一般采用串口通信的方式，但这种通信方式无法适应大数据量、远距离和实时性要求较高的场合［1］。以TCP/IP协议为基础的以太网在工业控制中逐渐获得了广泛的应用，并可以很方便的进行网络互联。本文以欧姆龙CS1W型PLC为例，探讨了网络通信的方式，用Visual C++6.0编写了上位机通信程序，完成了上位机和欧姆龙PLC的通信。

1 欧姆龙PLC的网络结构和Socket服务

1.1 欧姆龙PLC的网络结构

欧姆龙PLC开发了三层网络体系，包括设备层网络、控制层网络和管理层网络，如图1所示，设备层网络处于三层网络的最底层，控制层网络处于中间层，管理层网络处于最上层。从上至下，各层都是开放的，且三层之间实现了无缝对接。

Ethernet网络即通常所说的以太网，是工厂自动化领域用于信息管理层上的网络，它的通信速率高，可以达到100 Mbit/s，以太网模块使PLC可以作为工厂局域网的一个节点，在网络上的任何一台计算机都可以实现对它的控制［2］。

图1 欧姆龙PLC的网络结构

1.2 欧姆龙PLC的Socket通信服务

欧姆龙PLC的以太网模块支持两种通信方式:Socket通信和FINS通信。通过TCP或者UDP协议，Socket服务允许以太网上的设备发送和接收各种数据。Socket服务提供了两种实现的方法。

（1）操作特定的控制开关［3］19

首先设置DM区中的请求参数，然后打开内存中特定的控制开关来请求TCP或者UDP Socket服务。当请求的过程完成之后，以太网单元就把请求开关关掉。数据的发送和接收，都是自动进行的。

使用这种方法不需要执行CMND（490）指令，也不需要监视完成的时序和指令的执行过程，于是可以大大简化梯形图的编制。

总共8个TCP或者UDP端口可以被用作Socket服务。

（2）执行 CMND（490）命令［3］20

使用Socket服务的另一种方法是从CPU单元向以太网单元发送FINS命令，当以太网单元接收到Socket服务请求时，向CPU单元返回响应以确认请求，然后对请求的服务进行处理。当处理过程结束之后，结果放在CPU单元的结果存储区。

同样可以使用8个TCP端口和8个UDP端口。

1.3 Socket通信流程

Socket建立在传输层协议（TCP和UDP）之上，由于TCP面向连接，UDP是无连接的，因此，利用Socket进行通信，有两种方式:面向连接的和无连接的［4］。在第一种方式下，两个通信的应用程序之间必须先建立一种虚拟的连接，然后再传输数据。第二种方式也称数据报文方式，在此种方式下，传输过程中，数据有可能丢失，先发送的数据也可能后到，各个报文的路径也不一定相同［5－6］。本文采用面向连接的通信方式，流程如图2所示。

2 欧姆龙PLC的以太网设置

欧姆龙PLC要在网络中进行通信，必须要对其单元号、节点号和IP地址进行设置。

2.1 设置单元号

图2面向连接的Socket通信流程

当多个CPU单元安装在同一台PLC上时，就必须为以太网单元设置单元号，以识别特定的CPU单元。欧姆龙CS1W型PLC的单元号可以在0～F（十六进制）之间对以太网单元进行设置，在设备出厂时，单元号被设为0。

值得注意的是，如果是第一次为PLC设置单元号或者是改变原来的单元号，那么就必须为PLC创建I/O表［3］33。

2.2 设置节点号

当多个以太网单元连在同一个以太网上时，要用节点号对其进行识别。欧姆龙CS1W型PLC的节点号由高位和低位组成，分别由高位节点号设置开关和低位节点号设置开关进行设置，其值为1到126之间，不同的以太网单元不能拥有相同的节点号［3］34。

当使用自动产生方法进行地址转换时，节点号要与本地IP地址的最低两位相同。如不相同，就不能使用自动转换方法。在本实例中，以太网单元的节点号设置为11（十六进制）。

2.3 设置IP地址

以太网上的节点是用IP地址来识别的。每个IP地址被设为32个二进制数，通常用四段数以点分十进制形式来表示。在以太网单元中，每段数用两个十六进制的数来表示［3］34。

以太网单元的IP地址用安装在其后面的8个十六进制旋转开关来进行设置。对于CS1W型PLC，可将SW1和SW2，SW3和SW4，SW5和SW6，SW7和SW8组合在一起，就得到了单元的IP地址。在本设计中，IP地址设置为 CA.72.6A.11，也就是202.114.106.17。

3 通信协议

通信协议是通信的双方互相遵守的约定，本文中的通信协议（以C表示）由7个字节组成，见表1，现对各个字节进行说明。

表1 通信协议配置

C0:可取3个值:00、11、01。00表示让PLC向PC发送数据，11表示PC向PLC发送数据，01表示让PLC关闭Socket连接。

C1、C2、C3、C4:发送或者接收数据的地址。此地址可以是PLC内存中的任何一个区域。PLC接收到之后，将其转换成十六进制数（两个字），送到Socket服务参数区的发送/接收地址单元（对于CS1W型PLC，为D30024和D30025），作为要发送和接收数据的起始地址。

C5、C6:发送或者接收数据的字节数。由于PLC的Socket服务参数中的此项范围为0～07C0，所以通信协议中用两个字节来表示，PLC接收之后，先将其转换成十六进制数，再送到Socket服务参数区的发送/接收数据字节数（对于 CS1W型 PLC，为D30023）单元中。

通信协议存放在内存D中从D01000开始的7个连续单元中。

4 上位机程序设计

4.1 上位机程序要实现的功能

上位机作为服务器主要实现以下功能:

监听:服务器启动后，处于监听状态，当有客户端申请连接时，便与之建立连接，以进行通信。

断开连接:服务器既可以单方面断开连接，也可以响应客户的断开而关闭连接;关闭连接之后若要进行再次通信，则要重新开始监听。

接收数据:客户有数据送来时，服务器将其接收，并放于缓存中。

发送数据:服务器调用Send（）命令，将缓存中的数据发送给客户。

状态显示:能够显示服务器当前的状态。

4.2 上位机程序的实现

上位机程序采用Visual C++6.0来实现，主要程序代码如下:

5 下位机程序设计

Socket服务参数区在CPU单元的DM区，Socket服务请求开关在Socket服务参数区中设置。对于以太网单元号为0的情况，Socket的服务参数在DM中的地址为D30018～D30027（以CS1W型PLC为例），共10个字单元。表2列出了1号Socket服务参数在内存D中的位置以及每个Socket服务参数区的配置。

表2 欧姆龙PLC Socket服务参数区配置

程序流程图如图3所示，在此流程图中，省略了以TCP方式建立连接的细节过程，而主要是关于建立连接之后PLC与服务器之间的数据通信。

用CIO00000～CIO00003分别表示打开、关闭、发送和接收开关的请求位;用CIO00100～CIO00103分别表示打开、关闭、发送和接收的错误标志，以显示错误信息;用CIO00200～CIO00203分别用于控制打开、关闭、发送和接收指令的执行，以达到只执行一次的目的。

用CIO00300表示程序判断位，以确定程序下一步的走向;用CIO00400表示接收命令开关位，此命令由服务器发送，用于控制PLC执行何种操作，命令长二十个字节，存放在以D01000开始的十个连续字单元中。

图3 下位机通信流程

6 结束语

欧姆龙PLC具有很强的通信功能，其以太网模块采用应用广泛的TCP/IP协议，数据通信速度快，程序设计简单。文中的通信软件采用Visual C++6.0编写，性能稳定，可靠性高。本文的通信方法已用在工业现场，数据可以实时传输至工业上位机，方便保存、处理和分析。

［1］曹卫，史旺旺，陈虹.OMRON PLC在以太网中的通信及实现［J］.测控技术，2004，23（12）:50 －51.

［2］ 刘利.可编程序控制器通信与网络［M］.北京:机械工业出版社，2006.

［3］ OMRON.OMRON PLC CS1W-ETN01 Ethernet unit operation manual［M］.Japan OMRON，2008.

［4］ BAO WEIMIN.Application of windows socket technique to communication process of the train diagram network system based on client/server structure［J］.Journal of Southwest Jiaotong University，2001，9（2）:8－14

［5］ 王德力，刘希宝.Socket编程技术［J］.辽宁师专学报，2002，4（2）:42－43，46.

［6］高恩勇，谢德银.利用Delphi编写Socket通信程序［J］.沧州师范专科学校学报，2004，20（4）:56－58.