針對多層網絡的Q系列PLC通信系統設計與分析

錢利鋒

摘 要：隨著互聯網信息技術的不斷發展，PLC通信系統在工業現場控制中扮演著越來越重要的角色，本文針對三菱Q系列PLC設計了一種多層網絡控制系統，提出了一種不同網絡層次的通信系統設計方案。實踐表明，多層控制網絡主要包括現場控制層、中間決策層以及遠程管理監控層三個部分，每兩個網絡層次之間都設立了專門的通信模塊。本文在多層網絡基礎上，深入設計與分析了三菱Q系列PLC通信系統，希望能夠通過各層網絡間的通信實現數據的交互，最終實現整個通信系統的控制功能。

關鍵詞：多層網絡；Q系列；PLC通信系統

近年來，互聯網信息技術飛速發展，很大程度上改變了人們的傳統生活理念，給人們的工作提供了不少便利，傳統工業如果想跟上時代的發展步伐，就必須盡快實現產業轉型和產業升級，不斷挖掘新型工業技術，充分利用各項科學技術的發展優勢。目前，工業自動化領域的研究熱點主要是如何更好地實現遠程監測和遠程操控功能，最大限度地利用底層設備聯網。可編程控制器又稱PLC，是一種綜合控制設備，不僅融合了微型處理器技術和通用外圍接口自動控制技術，還綜合使用了多模式通信協議，其內部編程模式相當靈活，在工業環境中取得了十分廣泛的應用，能夠切實提高工作人員的工作質量和工作效率。雖然我國的PLC技術在過去已經取得了一些發展成就，累積了不少技術管理經驗，但是近年來工業現場發展形勢不斷地發生變化，工業對公司的PLC技術提出了更加嚴格的要求，希望能夠找到一種被各個企業共同接受的一致性網絡通信標準。為了切實解決這個問題，進一步地促進工業產業升級，本文專門提出了基于多層網絡控制的PLC通信系統設計方法，以三菱Q系列PLC為主要分析案例，深入開展現場調試實驗，鞏固了PLC通信系統的穩定性和可靠性。

1.Q系列PLC的網絡結構

三菱Q系列PLC的網絡結構有著十分清晰的網絡結構，它可以根據不同通信系統的要求提供相應的網絡產品，研究發現，三菱Q系列PLC的網絡結構主要包括以下三個部分：信息層、控制層和設備層。

信息層：以太網是整個三菱Q系列PLC的網絡系統中的最高控制中心，它的主要功能是在可編程序邏輯控制器以及電腦終端設備之間傳輸有關設備運行情況、產品具體參數等相關數據，可以清晰地反映當前設備運行狀態，有利于工作人員及時發現設備異常。信息層一般使用以太網，一方面能夠有效連接電腦終端設備，另一方面也可以連接各種各樣的自動化設備，給人們的工作帶來便利。三菱Q系列PLC的以太網數據模塊還包括電子郵件收發功能，使用者可以跳出時間和地點等因素的限制，隨時隨地地通過查閱電子郵件，進而掌握產品的具體生產狀況。另外，用戶還可以充分利用因特網的FTP服務器功能，及時上傳或者下載程序，實現信息的高效傳輸。

控制層：MELSECNET/H是三菱Q系列PLC網絡結構的中心控制層，主要作用是在可編程邏輯控制器等一系列控制設備之間實現數據的有效傳遞。MELSECNET/H主要包括以下幾個工作優勢：其一，具有良好的實時性，能夠快速地給用戶傳遞用戶所需信息，提高工作質量和工作效率；其二，它的網絡設定比較簡單，操作十分簡便，可以面向更多的使用群體，為更多的工作人員節約時間；其三，它有冗余回路，可以降低工作誤差。MELSECNET/H一經推出，就獲得了較好的市場反響，許多工作人員將其視為日常工作中不可缺少的一項工具，實際上，它不僅繼承了傳統網絡的優點，還能夠最大限度地提升網絡數據容量，儲存更多信息數據，進一步滿足用戶使用需求。目前，市面上還只有三菱Q系列PLC網絡結構才能夠使用MELSECNET/H網絡。

設備層：三菱Q系列PLC網絡結構的設備層主要利用了CC-Link，把可編程性邏輯控制器和系統有關設備緊密結合起來，CC-Link主要負責控制三菱Q系列PLC網絡系統的最低層網絡。使用這種網絡總線結構，一方面能夠有效減少配線的工作量，更好地維護網絡信息系統，另一方面還可以有效連接變頻器以及風機等其他終端設備，實現數據的交互，最終有效控制整個網絡信息系統。多次實踐表明，如果在三菱Q系列PLC網絡結構中使用CC-Link，可以提升其工作性能，降低工作時間，給人們帶來更大的工作便利。[1]

2.系統硬件設備與參數設計

本系統充分考慮了工業現場特點，工業現場常見的系統硬件設計包括三菱Q系列PLC網絡、控制柜、總線掛箱以及其他各種各樣的單元模塊。在實際設計系統硬件設備控制電路設計時，主要考慮的是系統的核心模塊，以冗余系統切換模塊設計為例，經過工作人員的詳細調查，最終發現系統確定的主CPU和從CPU，三菱公司自行生產的冗余系統主要包括三個部分：電源冗余、通信冗余以及主控制器冗余，無論哪一個模塊在工作過程中出現了故障，剩下的幾個系統可以快速接替其工作，接收由總部發出的控制指令，確保系統能夠正常高速運轉。[2]

3.三層網絡通信系統設計

3.1底層CC-Link通信實現

主站CPU和各個從站CPU之間的信息數據可以采用專門的遠程輸入RX或者遠程輸出RY等方法，然后再按照N：N的模式最終實現數據交互。底層設備主要是在網絡通信功能實現之后發揮功能，可以有效連接中間控制層，實現兩層網絡的硬件連接。

3.2中間控制層MELSECNET/H網的通信實現

一路網絡主要連接由八個CPU構成的一號網絡或者主網絡，另外一路網絡主要負責冗余系統以及遠程站點之間的連接，也可以稱為二號信息系統。具體的工作過程是采用光纖技術把各個CPU站點連接起來形成一個環形網絡，然后根據實際工作需求配置一定的CPU參數以及網絡模塊，再通過中繼實現數量級的擴展。

3.3頂層以太網監控通信設計

系統有專門的多端口轉發器，可以把中間控制層的信息數據及時輸送到以太網中，組網的核心設計流程包括輸入輸出配口端口配置和以太網卡號設置。

4.系統功能調試

整體系統設計完成之后，可以開發一個上位機監控程序，通過調用各種各樣的子程序實時監測并且遠程控制工業現場，避免造成不可估量的經濟損失。具體可以設計多段速控制面板和無極調速控制面板，遠程控制者并不需要在工業現場附近，只要在任意一臺連接了互聯網的電腦上登陸有關瀏覽器，就可以實時監控工業限產設備的運行情況。在多段速控制功能設計工作中，工作人員可以進行正轉、反轉以及停止等操作，實時控制電機，根據不同的工業需求選擇電機的段速。而在無極調速功能中，可以輸入規定范圍內的工作頻率，點擊運行頻率按鈕，就可以把頻率傳送到工業現場的PLC設備。[3]

結語

總而言之，為了更好地滿足工業現代化和智能化的需求，本文深入探討和分析了多層網絡為基礎的PLC通信網絡系統，首先整體設計了通信系統，然后再按照系統硬件設備與參數設置、系統硬件設備及布局以及系統功能調試等步驟深入展開工作。經過反復的實踐，最終取得了比較樂觀的經濟效益。

參考文獻：

[1]馬健.基于Q系列的PLC網絡系統的通信實現[J].科技創新與應用，2016，13（5）.

[2]張富標.三菱Q系列PLC通信系統設計[J].軟件開發與應用，2017，（11）.

[3]張保森.基于多層網絡的Q系列PLC通信系統設計[J].刊電氣自動化，2015，37（4）.