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摘 要：介绍自动化A-B可编程序控制器系统的网络结构及通信方式和某些相关的产品。
关键词：工业自动化；可编程序控制器；网络；通信
一个集成控制系统，它的功能的体现取决于如何有效地组合该集成控制系统内的各个元件，取决于如何使各个元件能够协调地工作。罗克韦尔自动化意识到了这一点，意识到有效地组合各元件可以通过构成一个结构开放的网络来实现，而使各个元件协调工作则需要使各元件间通信方便，使各元件间能有效地交换各种数据。因此，网络和通信便是一个自动化系统能否发挥其功能的重要因素。罗克韦尔自动化提供了从按钮到可编程序控制器、从传感器到软件、从变频器到信息显示等一系列产品，由此所组成的自动化控制网络正发挥着重要的作用。
一、目前的网络结构及其通信
一个完整的自动化系统其控制可分为3个层次：
1、信息层
这是整个自动化网络的高层，也是对现场采集到的数据和信息进行处理和管理的一层。
2、控制层
这是操作所在的一层，它将处理器与处理器之间的信息交流、将处理器与输入/输出接口之间的信息交流集成在这一层。
3、设备层
这是面向现场设备的一层，也是整个自动化网络的低层，它可以将操作信息送到现场设备，也可以将现场设备的情况反馈到操作者。
相应地，罗克韦尔自动化A-B推出了由以太网、控制网和设备网所组成的开放型网络，如图1示。其中，以太网是以TCP/IP（传输控制协议/网际协议）作为其传输协议的开放型的网络信息层；控制网是一个开放型的现代化的控制网络，可以提供可编程序控制器、输入/输出机架、个人计算机、第三方软硬件以及相关输入/输出设备间的实时通信；设备网是一个开放型的全球化的工业标准通信网络，无需中间的输入/输出系统就可以将现场设备和可编程序控制器直接相连。
图1 设备网网络的典型结构
设备网（DeviceNetTM）
采用设备网，只需通过一根电缆就能够将可编程序控制器直接连接到智能化设备，如传感器、按钮、马达起动器、变频器、简单的操作员接口等，省却了可编程序控制器与输入/输出网络的通信、输入/输出网络与现场设备的硬连线。正是由于设备网可以省却输入/输出网络的这一特点，它才可以使产品集成变得容易，使产品安装和连线费用降低。
同时，通过采用全新的生产者/客户（producer/consumer）通信模式，又为设备网提供了强有力的故障诊断和故障查询能力。采用设备网扫描器（1771-SDN、1747-SDN），PLC、SLC500系列可编程序控制器可以连接到设备网，一方面实现了可编程序控制器到现场设备的直接通信，另一方面又可以将设备网和用户现有的AB系统集成在一起。采用1784-PCD、1770-KFD、1770-KFDG等插卡，还可以将个人计算机、工作站、笔记本电脑等接入设备网，从而可以直接在计算机上对现场设备的操作进行编程，如变频器的加速速率和减速速率。此外，设备网不仅可提供大量的数字量I/O接口，而且可以通过FF（FoundationFieldbus）现场总线提供大量的模拟量I/O接口，因而许多应用场合都可以采用设备网来作为其解决方案。
设备网网络的典型结构，如图1所示。
控制网（ControlNetTM）
采用生产者/客户（producer/consumer）通信模式，控制网结合了输入/输出网络和点对点信息网络的功能，既可以满足对时间苛求的控制数据传输（如I/O刷新、控制器到控制器的互锁）的需要，又可以满足对时间非苛求的数据传输（如程序上载、下载、信息传送）的需要。控制网适用于实时、高信息吞吐量的应用场合，它的数据传输速率高达5MBps。因为它的这种高速率，控制网可以支持高度分布式的自动化系统，特别是那些具有高速数字量I/O和大量模拟量I/O的系统。I/O机架和其它设备可以安放在离可编程序控制器几百米远的地方，或者，对于分布式控制系统来说，可以就将可编程序控制器放置在I/O机架中，这样，PLC可以在监视其驻留本地I/O的同时通过控制网与上一级管理控制器进行通信。
控制网能够处理在一根电缆上的所有控制数据：点对点信息传送、远程编程、故障查询、I/O刷新和PLC处理器之间的信息互锁。通过采用专利性的介质存取方法，对时间苛求的数据的传输总是拥有比对时间非苛求的数据的传输更高的优先权，因而I/O刷新和PLC之间的互锁永远比程序上载、下载和一般信息传输更为优先，这使得控制网上的数据传输具有确定性和可重复性。AB公司提供了内置控制网扫描器的C系列PLC处理器、I/O机架控制网适配器（1771-ACN、1771-ACNR、1794-ACN）、个人计算机的控制网插卡（1770-KFC、1770-KFCD、1784-KTC、1784-KTCX）等产品，使得控制网安装方便、成本低、效率高。典型的控制网网络结构,如图2示。
图2 控制网网络的典型结构
以太网（EtherNet）
以太网以TCP/IP作为其传输协议，是一个开放型的信息网络。AB提供了具有内置以太网通信能力的PLC-5E系列处理器和SLC5/05处理器，并提供了以太网接口模块（1785-ENET），使PLC-5其它系列的处理器通过即插方式也能够与以太网相连。这些以太网可编程序控制器模块可以无需特殊硬件而连接到以太网上。并且，用户可以在装有以太网网卡的个人计算机上借助RSLinx软件，通过使用罗克韦尔A.I.或RSLogix5、RSLogix500系列编程软件在线修改各处理器的数据表文件和程序文件。同时，使用标准PLC-5处理器的信息传送指令，可以在以太网处理器之间实现点对点通信。因此，通过使用RSViewTM、RSLinx以及其它罗克韦尔软件，具有以太网网卡的工作站能够通过以太网网络来监控采集数据。
图3为以太网网络连接示意图。
图3 以太网网络连接示意图
二、其它的网络及其通信
除了上面介绍的开放型的设备网、控制网和以太网之外，AB的通用远程I/O链路（相应于设备网）和DH+（增强型数据高速公路）网络（相应于控制网）已经为成千上万的用户所使用和熟悉。
它们的网络连接示意图，如图4、5示。
图4 通用远程输入/输出链路连接示意图
图5 增强型数据高速公路网络连接示意图
1、通用远程输入/输出链路（RIO）
采用RIO，可以将远程I/O机架和其它的智能化设备如操作员接口和交、直流变频器连接到可编程序控制器，I/O机架和其它设备可以安装到远离SLC或PLC处理器10,000英尺（3048米）的地方。这是一个通用的I/O链路，它与AB的各种I/O产品和各个系列的可编程序控制器相兼容。
可编程序控制器通过处理器内置的通信口（如PLC-5处理器）或独立的扫描器模块（如SLC处理器和1747-SD扫描器模块）对RIO进行存取。I/O产品在链路上与扫描器或RIO通信口之间的通信是通过独立的适配器模块（如1771—ASB、1747—ASB、1794—ASB）或内置的适配器（如1791BlockI/O组件）进行的。如果需要对高速过程进行控制，则可以采用扩展本地I/O链路，使未放置在处理器机架上的I/O模块也能具有处理器驻留本地机架I/O的性能，从而满足应用要求。一个RIO链路多可以连接32个I/O机架或其它适配器方式的设备。
2、增强型数据高速公路（DH+网）
DH+网是世界上广泛使用的工业局域网之一，它是早为可编程序控制器提供远程编程支持的控制网络。它可以在可编程序控制器（PLC-5、PLC-3、SLC5/04）、操作员界面系统、个人计算机、主计算机、数字控制设备、可编程的具有RS-232-C/RS-422接口的设备之间提供点对点通信。
一个DH+网络多可以连接99个DH+链路，每个DH+链路多可以连接64个节点（智能化设备）。它采用双绞线或屏蔽同轴电缆连接，每个链路的传输速率为57.6KBps，传输距离可达10,000英尺（3048米）。DH+网络支持从远程链路进行组态、编程以及故障查询，因此，用户可以在一台个人计算机上通过DH+网络对所有链路上的可编程序控制器进行编程。
用户也可以使用SLC和MicroLogix控制器的DH-485网对DH+网络的功能进行补充。采用SLC5/04处理器或DH+/DH-485适配器模块（1785-KA5模块），可以将DH-485网络和DH+网络连接起来，这样，DH-485网上的SLC控制器和MicroLogix控制器与DH+网上的PLC处理器和其它自动化设备之间就能够实现信息共享。
除了以上所介绍到的各种网络，AB的可编程序控制器往往还内置有RS-232口，可以提供处理器与其它设备间的串行通信。
三、通信产品
罗克韦尔的各种通信产品提供了设备网网络（RIO链路）、控制网网络（DH+网）以及以太网网络之间的联系，这对于通信结构体系来说是非常有帮助的。
除了在前面介绍到的适配器、网络接口模块、插卡之外，罗克韦尔的硬件通信产品还有ControlLogix网关（1756系列）和以太网到DH+网网关（5820―GW4、5820―GW8），前者提供在以太网、控制网和DH+网网络之间的网桥和路由，如图3示，后者提供一个DH+网站与以太网之间的网桥和路由。
罗克韦尔的软件通信产品主要有RSLinxTM、DeviceNetManagerTM设备网管理软件、RSNetWorx控制网组态软件、INTERCHANGE软件等。RSLinx是用于AB可编程序控制器的服务器软件，它与bbbbbbsNT一起，可以为工厂所有通信提供解决方案，为人机界面软件如RSView32及编程软件如RSLogix5提供通信联结。 DeviceNetManagerTM设备网管理软件提供了网络上所有设备的图形在线确定功能，可组态来自多个销售商的设备网设备的软件参数，实现网络诊断和故障检测。RSNetWorx控制网组态软件提供了一个图形化的网络视图，改善了带宽利用率，具有在线和离线组态能力。近，罗克韦尔又推出了RSNetWorx设备网组态软件，这使得对设备网的组态变得更加方便。
RockwellA-B的PLC由于支持多种编程方式，具有丰富的编程指令，加上各系列的PLC都有相应的编程软件，调试仿真软件，因此在自动化领域中已越来越受到广泛的应用。
一、编程方式
所有的A-B PLC（Micrologix1000,SLC500,PLC-5和Controllogix）都支持梯形图的编程方式，而大多数PLC-5系列处理器（增强型以上系列）还支持结构文本及顺序功能图两种编程方式。
1、梯形图
梯形图是一种典型，也是基本的编程方式，它采用图形语言，沿用了继电器的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，并增加了一些继电接触控制没有的符号。梯形图形象、直观，对于熟悉继电器表示方式的人来说，非常容易接受，而不需要学习更深的计算机知识。这是一种为广泛的编程方式，适用于顺序逻辑控制、离散量控制、定时/计数控制等操作。
梯形图一般由多个不同的阶梯组成，每一个阶梯又可以由一个或几个输入指令及一个输出指令组成。输出指令应出现在阶梯的右边，而输入指令则出现在输出指令的左边，如图1所示。
图1
2、结构文本
结构文本类似于BASIC编程，利用它可以很方便地建立、编辑和实现复杂的算法，特别在数据处理、计算存储、决策判断、优化算法等涉及描述多种数据类型的变量应用中非常有效。对于PLC-5处理器结构文本可以支持以下结构。
赋值：赋一个整数或浮点数值给一个数据单元
非保持型位赋值：赋一个二进制数给一个位单元，当处理器工作模式从编程方式到运行方式时或当顺序功能图（SFC）的步被扫描后，这些位被清零。
保持型位赋值：赋一个二进制数给一个位单元，当处理器工作模式从编程方式到运行方式时或SFC的步被扫描后，这些位并不被清零。
IF-THEN-ELSE：有条件的执行一段程序
FOR-NEXT：重复执行一段程序
WHILE：只要输入表达式为真就重复执行一段程序
REPEAT：重复执行一段程序直至某输入表达式为真
EXIT：在处理器到达正常结束条件之前退出循环结构（REPEAT，FOR 或WHILE）
CASE：根据一个数学表达式或操作数据的值有条件地执行一段程序
；；：相当于一个无操作指令NOP
梯形图功能：可调用任一梯形图程序或指令。
下面是一段利用结构文本的编程例子：
IF （T4：0．DN） THEN
TON(T4：0，0.01，100，0)
ELSE RES（T4：0）
END-IF
3、顺序功能图SFC
SFC是一种顺序控制语言，用这种语言可以对一个控制过程进行控制，并显示该过程的状态。对于用户的应用，可将逻辑分成易于处理的步和转换来替代较长的梯形图或结构文本。SFC中的每一步对应于一个控制任务（实际上是一段为了完成某一个控制任务的程序，该程序可以是梯形图、结构文本、SFC的任一形式），用方框表示，步与步之间有转换条件（也是一段程序），通过对该条件的检测来决定处理器什么时候可始执行下一步，转换条件用水平线表示。通过显示这些步和转换条件，你可在任何时刻看到一个机器过程的状态。简单的SFC程序例子，如图2示。
图2
二、指令系统
A-BPLC具有丰富的指令系统(约有110多条指令)，虽然不同系列的PLC所能支持的指令的种类有所区别，但一些基本指令却是大家共用的，下面主要介绍PLC-5系列可编程序控制器的指令类型。
1、继电器指令
继电器指令用于监控数据表中的位状态，如输入位或者计时器控制字的位，继电器型指令包括：
检查通（XIC）；检查断（XIO）；
输出激励（OTE）；输出锁存（OTL）；
输出解锁（OTU）；立即输入（IIN）；
立即输出（IOT）。
2、计时器/计数器指令
计时器和计数器指令用于控制基于时间和事件计数的操作，包括：
通延时计时器（TON）；断延时计时器（TOF）；
保持型计时器（RTO）；加计数（CTU）；
减计数（CTD）；计时器/计数器复位(RES)。
3、比较指令
比较指令用于比较表达式或指定比较指令的值，它包括：
比较（CMP）；等于（EQU）；
大于等于（GEQ）；大于（GRT）；
小于等于（LEQ）；小于（LES）；
极限测试（LIM）；屏蔽相等比较（MEQ）；
不等于（NEQ）。
4、计算指令
计算指令用于计算表达式或用指定的算术指令进行算术运算，它包括：
计算（CPT）；乘法（MUL）；
取反（NEG）；正弦（SIN）；
平方根（SQR）；排序（SRT）；
减法（SUB）； 正切（TAN）；
反正弦（ASN）；反余弦（ACS）；
对数（LOG）；自然对数（LN）；
除法（DIV）；余弦（COS）；
清零（CLR）；平均值（AVE）；
反正切（ATN）；加法（ADD）；
标准差（STD）；X的Y次幂（XPY）。
5、逻辑指令
逻辑指令用于逻辑操作，包括：
与操作（AND）；非操作（NOT）；
或操作（OR）；异或操作（XOR）。
6、转换指令
转换指令用于整数与BCD之间的相互转换及度与弧度之间的相互转换，包括：
整数转换成BCD码（TOD）；
从BCD码转换成整数（FRD）；
弧度转换成度（DEG）；
度转换成弧度（RAD）。
7、位处理和传送指令
位处理和传送指令用于位调整和位传送，包括：
位分配（BTD）；字传送（MOV）；
屏蔽传送（MVM）。
8、文件指令
文件指令用于文件数据的运算和文件数据的比较，包括：
文件算术和逻辑指令（FAL）；
文件检索和比较指令（FSC）；
文件拷贝（COP）；
文件填入（FLL）。
9、移位指令
移位指令用于模拟部件和信息的运动或流动，包括：
位左移（BSL）；位右移（BSR）；
先入先出装入（FFL）；先入先出卸出（FFU）
后入先出装入（LFL）；后入先出卸出（LFU）。
10、程序控制指令
程序控制指令可以改变梯形图程序执行的方向，包括：
跳转（JMP）；禁止用户中断（UID）；
恒假指令（AFI）；标号（LBL）；
允许用户中断（UIE）；暂时结束（TND）；
中止（BRK）；循环（FOR，NXT）；
SFC复位（SFR）；子程序（SBR）；
跳转到子程序（JSR）；返回（RET）；
主控复位（MCR）；转换的结束（EOT）。
11、I/O信息指令
用于信息的传送，包括对本地或远程I/O框架上的块传送模块进行读写，以及处理器之间的信息传送。
块传送写（BTW）；块传送读（BTR）；
信息指令（MSG）。
另外还有用于控制具有连续性和重复操作特性的自动流水线上的顺序器指令（如顺序器输入SQI，顺序器输出SQO，顺序器装入SQL），用于过程控制的PID指令；用于检测用户程序的诊断指令，以及ASCⅡ指令等。大量的指令使用户在开发程序中，可以选取合适的指令，从而大大节省开发时间。
三、编程软件及编程设备
RockwellA-B各个系列的PLC都具有相应的编程软件及仿真软件。表1给出了目前广泛使用的各系列PLC相应的一些编程软件。
表1 PLC的编程软件
PLC系列 PLC-5 SLC-500或Micrologix100
编程软件 PLC-5 A.I.系列 SLC500 A.I.系列
RSLogix5 RSLogix500
仿真软件 RSEmulute5 RSEmulate500
其中A.I.系列的编程软件是基于MS-DOS的软件包，可以对相应的A-BPLC各系列处理器实现离线和在线开发、文档和报表功能，由于A.I软件使用菜单和功能键等特点，因此初学者易于使用，其强大的编辑和诊断工具又会为梯形图开发和故障检测节省大量的时间。帮助系统则可以帮助用户熟悉软件的特点，并提供PLC指令集的详细信息。
RSLogix5 及RSLogix500是一个基于Microsoft32位，在bbbbbbs95或bbbbbbsNT下的软件包。它提供了用户所希望的每一种功能，如完全视窗化的友好界面、灵活易用的编辑器、点中-点击方式进入输入输出组态、强有力的数据库编辑器、诊断和排错工具和可靠的通讯等。因此RSLogix产品的编程方案适合于任何层次的开发人员。重要的是RSLogix产品还完全兼容于以前基于MS-DOS的Rockwell编程软件所生成的程序，从而使跨平台的程序易于转换及维护。因此RSLogix系列产品更适宜于现代化的编程。在起动和运行前，对所编的程序进行测试和调试是很有必要的，RSEmulate系列仿真软件包就可以用来模拟一个或多个运行的SLC500或PLC-5处理器(RSEmulate500仿真SLC500，RSEmulate5仿真PLC-5)。RSEmulate系列仿真软件也是基于Microsoftbbbbbbs的软件包，它除了仿真SLC500，PLC-5之外还可以用于故障检测、梯形图扫描选项、串行设备模拟等，使用十分方便。
对于RockwellA-B各个系列的PLC，我们可以通过不同的通讯方式，利用不同的编程设备进行编程。常见的编程设备有个人计算机（386或以上）和A-B专用的编程器。我们可以通过编程器的串口对A-BPLC进行一对一的编程，也可以利用网络对多个PLC进行编程：例如在DH+网上对PLC-5进行编程，如图3示，在DH-485网上对SLC500进行编程，如图4示等。对于SLC500或Micrologix1000,我们还可以利用手持式编程器（HHT）进行编程。
图3 图4
四、结束语
，A-B公司生产的各系列PLC，由于支持多种编程语言，具有丰富及**的指令系统，加上编程软件种类多、功能强、使用方便易学，因此很容易为广大设计者、使用者所熟悉,也很容易实现诸如高速顺序控制、运动控制及传动系统控制,因此,A-BPLC在自动化领域的应用前景是十分广泛的