基于CAN總線的多PLC通信控制研究

陳德海

身份證號碼：21088119890912373X

基于CAN總線的多PLC通信控制研究

陳德海

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PLC由于簡單易懂、操作方便、可靠性高，在各個行業的自動化控制領域得到了廣泛的使用。特別是小型PLC，隨著自動化程度的不斷提高，應用領域比以前更為廣泛。隨著應用技術的發展，經常會出現一些應用場合，在面積較大的范圍內，需要多臺PLC協同完成一個系統的綜合控制。PLC之間的通信格式不兼容，給企業內部的系統集成、集中管理和升級帶來了極大的困難。因此，研究一種統一的通信協議，以使不同品牌的PLC可以統一監控和互相自由通信具有重要的現實意義。基于此本文分析了基于CAN總線的多PLC通信控制研究。

CAN總線；PLC；通信控制

1 、CAN總線特點

CAN總線屬于總線式串行通信網絡，CAN總線的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，其主要具有以下特點：

(1) CAN總線的通信方式非常靈活，既可以為點對點的方式也可以為廣播方式，可以是單主方式也可以是多主方式。利用這個特點能夠容易地構成多機冗余系統，以提高系統的可靠性。(2)網絡節點信息分成不同的優先級，可滿足不同的實時要求。(3)CAN協議不采用傳統的站地址編碼方式，而代之以對通信數據塊進行編碼，用一個11位或29位二進制數組成的標志符來區分不同的數據塊。這種編碼方式使得系統設置非常靈活，無需站地址等節點信息。(4)CAN的數據幀采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果。數據段的最大長度為8個字節，這樣不但能夠滿足工業控制領域中傳送控制命令、工作狀態和測量數據的一般要求，而且保證了通信的實時性。(5)每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施，保證了數據出錯率極低。

2 、基于CAN總線的多PLC通信應用方案

現場總線是應用在生產現場、在微機化測量控制設備之間的雙向串行多節點的數字通信系統，也被稱為開放式、數字化、多點通信的底層控制網絡。

提出一種基于CAN總線的PLC網絡方案，如圖1所示。該方案上位機通過CAN總線與PLC進行鏈接后執行上下位機的數據傳輸、命令傳輸，在上下位機中通過不同的協議轉換器進行協議轉換。這樣能夠對多臺聯網的PLC實現遠程配置、數據通信，并能夠在投入較低硬件成本的基礎上，實現良好的系統運行性能。這個方案也充分發揮了現場總線CAN-bus的實時、可靠、高速、遠距離、易維護等特點。通過單片機將PLC的通訊協議轉化為CAN協議，并組成CAN總線網絡，以實現各PLC之間的相互訪問，同時可使用上位機檢測各PLC的工作和通信狀況。這種方式組建的PLC網絡，與選擇集成CAN通訊功能的PLC設備相比，具有更加靈活的系統擴展能力，也能夠獲得更好的性價比。

3 、基于CAN總線的多PLC通信控制

3.1 CAN應用層設計

在設計CAN應用層協議時應當要考慮的項目如下：信息標識符分配系統、過程數據交換的方法、點對點通訊信道、建立過程數據信息連接的方法、網絡管理。

3.2 轉換程序

圖1 采用CAN網絡的PLC通信和監控系統

本文研究的主要功能由DP-51中協議轉化程序完成，其中各文件的主要功能為：

(1) m.c：主程序，主要用來完成子程序控制、CAN中斷處理、串口中斷處理和節點優先級的調整。

(2) f_canini.c：CAN通信初始化程序，初始化驗收代碼寄存器、驗收屏蔽寄存器和總線時序寄存器等。

(3) f_serialini.c：串口初始化程序，初始化串口控制寄存器SCON、工作方式寄存器和定時器1的初值。

(4) config.h：配置程序，定義其它程序中通用的系統變量。

(5) f_serial_1.c和f_can_1.c：實現歐姆龍通信協議和CAN協議的互相轉換。

(6) f_serial_2.c和f_can_2.c：實現三菱SC-09通信協議和CAN協議的互相轉換。

(7) f_serial_3.c和f_can_3.c：實現ModbusRTU通信協議和CAN協議的互相轉換。程序運行的主要流程如圖2所示。

圖2 轉換程序流程圖

3.3 上位機監控

本文設計了上位機監控軟件，以圖形化的界面監控網絡中各PLC的運行狀態。上位機地址設置為0xFF，具有最低的優先級，以免監控命令影響網絡中其它PLC的正常通信。

如圖3所示，點擊開始監控后，與上位機連接的USB-CAN雙路智能CAN接口將首先向網絡中發送測試命令，用以判斷網絡中存在哪些節點，以及各節點的PLC類型。監控主界面上顯示了網絡中的部分PLC的型號以及輸入輸出點狀態，未在主界面上顯示的PLC以及更多的輸入輸出點狀態可以通過點擊右側的PLC詳細狀態看到。

圖3 監控軟件主界面

點擊主界面上的PLC或者詳細狀態按鈕，即可顯示如圖4所示窗口，其中當前PLC選擇框可選擇當前網絡中的任一PLC，選擇相應的輸入點和輸出點可以觀察到當前的狀態。點擊輸出點可使其在開關狀態間切換，點下方的設置當前輸出點狀態后，上位機將通過寫輸出點命令設置相應PLC的輸出點狀態。

圖4 PLC詳細狀態

點擊主界面上的參數設置，通過設置網絡檢測間隔，可設置上位機每隔多少毫秒發出一次網絡監控命令，可根據網絡中PLC通信的繁忙程度，適當設置此參數，以免影響正常的通信命令。

總之，基于CAN總線的多PLC通信控制研究具有非常重要的意義，本文分析了基于CAN總線的多PLC通信控制相關方面，以期提供一些借鑒。

[1]仝曉梅，鞏瑞春.CAN總線的PLC通信網絡的研究[J].信息與電腦(理論版)，2014.

[2]徐杰，金海，魯文其.基于CAN總線通信的雙電機速度聯動控制系統設計[J].浙江理工大學學報，2015.