基于Winsock實現(xiàn)PLC網絡通信控制設計方法

　　在工業(yè)控制中，用PLC控制的工程在上/下位機通訊上一般采用RS-232/RS-485串口通訊，這種方法對于數據量較大，通訊距離較遠，實時性要求高的控制系統(tǒng)，很難滿足通訊需要。

　　近年來隨著計算機網絡技術的飛速發(fā)展,網絡化數控已經成為現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢, 控制系統(tǒng)正向虛擬化、網絡化、集成化、分布化和節(jié)點智能化的方向發(fā)展。[1]許多大型PLC廠商生產的PLC都配備了相應的以太網通信模塊，本文討論了OMRON PLC的以太網通信體系結構，并以CP1H PLC的ENT2l以太網模塊為例實現(xiàn)與計算機的通信。

　　1. Winsock網絡通信控件

　　Winsock控件是不可視控件，使編程人員開發(fā)客戶/服務器應用程序時，不必了解TCP的細節(jié)或調用低級的Winsock API函數，只通過設置Winsock控件的屬性并調用其方法，就可直接連接到一臺遠程計算機進行，并可實現(xiàn)雙向數據交換。

　　WinSock主要支持兩種類型的套接字:①流式套接字（Stream Socket）也稱面向連接方式,該方式對應的是TCP協(xié)議,其傳輸特點是通信可靠性高,可以保證數據流的傳輸是可靠的、有序的、無重復的,可提供雙向的數據流,數據被看作字節(jié)流,無長度限制。②數據報套接字（Datagram Socket）又稱無連接方式,對應的是UDP協(xié)議,這種方式不提供數據傳輸的正確性、有序性和無重復性CONTROL ,因為它支持面向記錄的數據流。因此,傳輸的數據可能丟失和重復,并且接收順序混亂,報文長度是有限的?？紤]到本系統(tǒng)對通信可靠性和正確性的要求很高,選用流式套接字方式?；贑lient/Server模式的流式套接字通訊過程如圖1所示。

圖1 流式套接字進程通訊過程時序圖

　　2.Ethernet網絡通信單元的設置

　　在組建網絡時，根據網絡類型的不同，網絡中的每個節(jié)點需要安裝相應的通信單元，PLC上需安裝Ethernet網絡通信模塊，例如0MR0N公司的CJ1W—ETN21以太網模塊。應用之前必需對網絡進行必要的設置，分為開關設置和CPU總線單元系統(tǒng)設置。

　　開關設置主要包括以下幾項內容：確定分配給CJ1W—ETN21單元的內存工作區(qū)（CIO區(qū)、DM區(qū)），該地址在CPU總線區(qū)，由UNIT No.開關確定ETN單元的單元號范圍為0～F;NODE No.旋轉開關設定兩組l6進制數作為ETN單元在網絡中的節(jié)點號，范圍為O1～7E;IP地址設置網絡號和主機節(jié)點號，由32位二進制數組成，分4段以十進制數表示。

　　CPU總線單元設置主要通過編程設備如CX—Programmer軟件或編程器對網絡單元進行模式、本地IP地址、子網掩碼、FINS端口號、FTP登錄名及口令和IP路由器表等項進行設定。若使用FINS/TCP協(xié)議，則還需在以太網單元設置中修改FINS/TCP項的部分參數控制工程網版權所有，如：自動分配的FINS節(jié)點號、是否保持激活等項。

　　3.面向上位計算機的通信協(xié)議

　　如圖2所示，以太網的分層模型分為物理層（Physical Layer）、網際層（Internet Layer）、傳輸層（Transpot Layer）和應用層（Application Layer）。其中：傳輸層可使用無連接的UDP或需建立連接的TCP協(xié)議;應用層為FINS（Factory InteRFace Network Service）協(xié)議，F(xiàn)INS協(xié)議是由OMRON公司開發(fā)的用于工廠自動化控制網絡的指令響應系統(tǒng)。主要規(guī)定對PLC存儲空間的數據讀寫等操作方法。應用層使用FINS協(xié)議，傳輸層使用TCP協(xié)議的通信實現(xiàn)方法稱為FINS/TCP方法。

圖2 網絡的分層結構

　　FINS協(xié)議包含指令系統(tǒng)和響應系統(tǒng)，其命令幀格是由FINS報頭、指令代碼、響應代碼和正文等幾部分組成。從上位計算機發(fā)出的指令和響應必須符合下面幀的格式要求，并提供合適的FINS報頭信息。[3-4]FINS通信服務是通過FINS命令幀和它們對應的響應幀交換實現(xiàn)的。

　　FINS命令/響應幀格式如圖3所示。FINS/TCP header中規(guī)定了五種命令用于客戶機（host computer）與服務器（PLC）之間通信：發(fā)送客戶機節(jié)點地址（node address）;（2）發(fā)送服務器節(jié)點地址（node address）;（3）發(fā)送Fins frame;（4）Fins frame發(fā)送出錯通知;（5）客戶機與服務器聯(lián)機確認。

圖3 FINS命令/響應幀格式