针对多层网络的Q系列PLC通信系统设计与分析

钱利锋

摘 要：随着互联网信息技术的不断发展，PLC通信系统在工业现场控制中扮演着越来越重要的角色，本文针对三菱Q系列PLC设计了一种多层网络控制系统，提出了一种不同网络层次的通信系统设计方案。实践表明，多层控制网络主要包括现场控制层、中间决策层以及远程管理监控层三个部分，每两个网络层次之间都设立了专门的通信模块。本文在多层网络基础上，深入设计与分析了三菱Q系列PLC通信系统，希望能够通过各层网络间的通信实现数据的交互，最终实现整个通信系统的控制功能。

关键词：多层网络；Q系列；PLC通信系统

近年来，互联网信息技术飞速发展，很大程度上改变了人们的传统生活理念，给人们的工作提供了不少便利，传统工业如果想跟上时代的发展步伐，就必须尽快实现产业转型和产业升级，不断挖掘新型工业技术，充分利用各项科学技术的发展优势。目前，工业自动化领域的研究热点主要是如何更好地实现远程监测和远程操控功能，最大限度地利用底层设备联网。可编程控制器又称PLC，是一种综合控制设备，不仅融合了微型处理器技术和通用外围接口自动控制技术，还综合使用了多模式通信协议，其内部编程模式相当灵活，在工业环境中取得了十分广泛的应用，能够切实提高工作人员的工作质量和工作效率。虽然我国的PLC技术在过去已经取得了一些发展成就，累积了不少技术管理经验，但是近年来工业现场发展形势不断地发生变化，工业对公司的PLC技术提出了更加严格的要求，希望能够找到一种被各个企业共同接受的一致性网络通信标准。为了切实解决这个问题，进一步地促进工业产业升级，本文专门提出了基于多层网络控制的PLC通信系统设计方法，以三菱Q系列PLC为主要分析案例，深入开展现场调试实验，巩固了PLC通信系统的稳定性和可靠性。

1.Q系列PLC的网络结构

三菱Q系列PLC的网络结构有着十分清晰的网络结构，它可以根据不同通信系统的要求提供相应的网络产品，研究发现，三菱Q系列PLC的网络结构主要包括以下三个部分：信息层、控制层和设备层。

信息层：以太网是整个三菱Q系列PLC的网络系统中的最高控制中心，它的主要功能是在可编程序逻辑控制器以及电脑终端设备之间传输有关设备运行情况、产品具体参数等相关数据，可以清晰地反映当前设备运行状态，有利于工作人员及时发现设备异常。信息层一般使用以太网，一方面能够有效连接电脑终端设备，另一方面也可以连接各种各样的自动化设备，给人们的工作带来便利。三菱Q系列PLC的以太网数据模块还包括电子邮件收发功能，使用者可以跳出时间和地点等因素的限制，随时随地地通过查阅电子邮件，进而掌握产品的具体生产状况。另外，用户还可以充分利用因特网的FTP服务器功能，及时上传或者下载程序，实现信息的高效传输。

控制层：MELSECNET/H是三菱Q系列PLC网络结构的中心控制层，主要作用是在可编程逻辑控制器等一系列控制设备之间实现数据的有效传递。MELSECNET/H主要包括以下几个工作优势：其一，具有良好的实时性，能够快速地给用户传递用户所需信息，提高工作质量和工作效率；其二，它的网络设定比较简单，操作十分简便，可以面向更多的使用群体，为更多的工作人员节约时间；其三，它有冗余回路，可以降低工作误差。MELSECNET/H一经推出，就获得了较好的市场反响，许多工作人员将其视为日常工作中不可缺少的一项工具，实际上，它不仅继承了传统网络的优点，还能够最大限度地提升网络数据容量，储存更多信息数据，进一步满足用户使用需求。目前，市面上还只有三菱Q系列PLC网络结构才能够使用MELSECNET/H网络。

设备层：三菱Q系列PLC网络结构的设备层主要利用了CC-Link，把可编程性逻辑控制器和系统有关设备紧密结合起来，CC-Link主要负责控制三菱Q系列PLC网络系统的最低层网络。使用这种网络总线结构，一方面能够有效减少配线的工作量，更好地维护网络信息系统，另一方面还可以有效连接变频器以及风机等其他终端设备，实现数据的交互，最终有效控制整个网络信息系统。多次实践表明，如果在三菱Q系列PLC网络结构中使用CC-Link，可以提升其工作性能，降低工作时间，给人们带来更大的工作便利。[1]

2.系统硬件设备与参数设计

本系统充分考虑了工业现场特点，工业现场常见的系统硬件设计包括三菱Q系列PLC网络、控制柜、总线挂箱以及其他各种各样的单元模块。在实际设计系统硬件设备控制电路设计时，主要考虑的是系统的核心模块，以冗余系统切换模块设计为例，经过工作人员的详细调查，最终发现系统确定的主CPU和从CPU，三菱公司自行生产的冗余系统主要包括三个部分：电源冗余、通信冗余以及主控制器冗余，无论哪一个模块在工作过程中出现了故障，剩下的几个系统可以快速接替其工作，接收由总部发出的控制指令，确保系统能够正常高速运转。[2]

3.三层网络通信系统设计

3.1底层CC-Link通信实现

主站CPU和各个从站CPU之间的信息数据可以采用专门的远程输入RX或者远程输出RY等方法，然后再按照N：N的模式最终实现数据交互。底层设备主要是在网络通信功能实现之后发挥功能，可以有效连接中间控制层，实现两层网络的硬件连接。

3.2中间控制层MELSECNET/H网的通信实现

一路网络主要连接由八个CPU构成的一号网络或者主网络，另外一路网络主要负责冗余系统以及远程站点之间的连接，也可以称为二号信息系统。具体的工作过程是采用光纤技术把各个CPU站点连接起来形成一个环形网络，然后根据实际工作需求配置一定的CPU参数以及网络模块，再通过中继实现数量级的扩展。

3.3顶层以太网监控通信设计

系统有专门的多端口转发器，可以把中间控制层的信息数据及时输送到以太网中，组网的核心设计流程包括输入输出配口端口配置和以太网卡号设置。

4.系统功能调试

整体系统设计完成之后，可以开发一个上位机监控程序，通过调用各种各样的子程序实时监测并且远程控制工业现场，避免造成不可估量的经济损失。具体可以设计多段速控制面板和无极调速控制面板，远程控制者并不需要在工业现场附近，只要在任意一台连接了互联网的电脑上登陆有关浏览器，就可以实时监控工业限产设备的运行情况。在多段速控制功能设计工作中，工作人员可以进行正转、反转以及停止等操作，实时控制电机，根据不同的工业需求选择电机的段速。而在无极调速功能中，可以输入规定范围内的工作频率，点击运行频率按钮，就可以把频率传送到工业现场的PLC設备。[3]

结语

总而言之，为了更好地满足工业现代化和智能化的需求，本文深入探讨和分析了多层网络为基础的PLC通信网络系统，首先整体设计了通信系统，然后再按照系统硬件设备与参数设置、系统硬件设备及布局以及系统功能调试等步骤深入展开工作。经过反复的实践，最终取得了比较乐观的经济效益。

参考文献：

[1]马健.基于Q系列的PLC网络系统的通信实现[J].科技创新与应用，2016，13（5）.

[2]张富标.三菱Q系列PLC通信系统设计[J].软件开发与应用，2017，（11）.

[3]张保森.基于多层网络的Q系列PLC通信系统设计[J].刊电气自动化，2015，37（4）.