浅谈欧姆龙工业网络

花磊

摘   要：工业网络是指安装在工业生产环境中的一种全数字化、双向、多站式的通信系统。在工业自动化控制系统中，要把处于不同位置的PLC、计算机和控制元部件通过传输介质连接起来，以构成功能更强、性能更好的控制系统，这样的通信系统就构成了工业网络。欧姆龙公司的工业网络主要可分为三层：EtherNet（以太网信息层）、Controller  Link（控制器网控制层）、CompoBus/D和CompoNet（现场总线网络设备层）。

关键词：网络;数据传输;欧姆龙

在现代工业自动化控制系统中，控制元部件的连接或组网，可大大提高可编程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的控制能力及控制范围，同时方便人们使用计算机对其进行控制管理和数据处理。连接或组网的目的有两点，一是扩大控制能力，如通过远程网络可以将输入/输出（Input/Output，I/O）控制点数增加。二是扩大控制范围，如实现远距离维护和监控。所以在现代工业控制中，网络的重要性越来越显著，就PLC网络而言，由于其控制系统运行安全可靠，在工业领域使用非常广泛，并体现出其独特的优势。

1    欧姆龙工业网络体系

欧姆龙工业网络系统主要分为3层：以太网信息层、控制器网控制层、现场总线网络设备层。欧姆龙工业网络体系是以开放式网络系统为依据，第一，针对的是上层信息层，采用了工业以太网（EtherNet）技术，主要负责上位计算机与PLC站点之间高速、大容量的数据传输，实现数据汇总、上位组态和远程监控，目前在应用层使用广泛的通用工业协议CIP，或称之为EtherNet/IP，使用场合如中央控制室监控、采集信息数据等。第二，针对的是中间层控制层，采用了控制器网络（ControllerLink）技术，主要负责将位于现场的各个PLC以及各PLC与上位计算机之间连接起来，并进行彼此间数据的交换、控制和协调。第三，针对底层的设备层，采用了CompoBus/D（DeviceNet）或CompoNet技术，主要负责将位于现场的各类设备，如传感器、变频器、工业机器人等元件直接连接到各台PLC上，从而方便、快速地采集各式各样的、来自不同厂商的、距离远近不同的现场IO信号或数据，并对其进行配置和监视。

2    欧姆龙工业网络介绍

2.1  工业以太网

工业以太网主要是一种应用于上位组态、远程监控和读取现场的IO信息。工业以太网主要的拓扑结构是星形拓扑结构或者是环状拓扑结构。其中应用较多的是星形拓扑结构，其要求每一台要接入的PLC都需要配备相应的硬件以太网单元。在配置了相应的硬件单元后，通过连接HUB和上位机就构成了一个星形的拓扑结构的工业以太网。其优点是控制简单、增删节点方便、故障诊断和断开容易。工业以太网的主要特点是循环通信实现高速、大容量的数据交换，技术的进步性，并且与计算机网络的兼容性、互联性好，其高端功能实现简单。工业以太网单元赋予PLC各种以太网控制协议，支持与接入的、不同的以太网单元或计算机进行通信。支持TCP/IP和UDP/IP功能、Socket通信服务功能、文件传输协议FTP功能、Email功能、自动时钟调整NTP功能、SNMP服务功能、BOOTP服务功能、分配IP路由表功能以及欧姆龙公司的标准通信协议FINS功能等。前面提到的Ether/IP除了支持上述的功能之外，另外还支持应用较为广泛的标签数据链接功能，这种功能使得PLC與PLC之间不需要编写程序，只需简单将需要交换的数据设置为标签组，并建立连接映射，就可以自由地交换大量的数据链接。工业以太网系统不仅可以控制现场主要设备的启动和停止，并且可调用各现场站的全部信息，集远程控制、数据采集功能为一体，可完成整个工程的控制和工艺流程的显示及设备运行状态的监控或故障报警。

2.2  控制器网络

中间层控制器网络（ControllerLink）主要提供处于基于底层设备之上、中间控制器之间的连接和数据的传输和交换。控制器网络的拓扑结构有两种：一是总线结构，二是环网结构。总线结构既有线缆系统又有光缆系统，光缆型还可组成环网系统，通信不仅速率快，而且距离长。如果是搭建线缆方式时，每台接入控制器网络的PLC，都需要配备相应的控制器单元硬件。不过需要注意的是，目前不是所有系列的PLC都能够组成光缆系统。环网结构目前只有光缆系统。每个单元首尾相连，构成了环网结构。光纤环网结构中，如果有一侧断开，环网中所有控制器仍然能让通过另一侧的光纤正常通信，保证了通信的可靠性。控制器网络功能有以下几种：（1）数据链接功能，此功能应用最为广泛，即多台PLC之间不需要程序设计人员编辑过多的程序，就可直接进行数据的交换。（2）RAS功能，可以实时监控网络的状态，从而记录发生错误的具体时间和具体内容。（3）标准通信协议FINS功能，这项功能和前面工业以太网中的介绍一致。通过控制器网络，可以对各设备信息分别进行采集，由于上位机配备了控制器板卡，从而在上位机可以通过数据链接方式，读取到现场所有控制器需要的IO数据。

2.3  现场总线网络

现场总线主要通过电缆将PLC、传感器、各类执行器等现场智能设备连接起来，减少了I/O接口和布线数量，实现工业设备的网络化和远程管理，集中控制。现场总线有以下两种形式。（1）CompoBus/D，或称DeviceNet网络，该网络的总线结构是干线/支线型的拓扑结构。整个网络由两部分硬件设备构成：主站和从站，主站一般是PLC上配置DeviceNet主站单元;从站一般是直接采集现场数据的终端。CompoBus/D网络的特点主要是其是一种开放的、多主控、低成本的器件网络解决方案，非欧姆龙公司生产的控制设备只要符合DeviceNet标准，就可以接入其中，从而实现不同厂家间、设备间的连接和数据交换。远端的终端信号除了可以是开关量，还可以是模拟量，或者进行高速计数。CompoBus/D总线功能主要包括配置器软件功能、远程I/O主站功能、远程I/O从站功能以及报文通信功能。DeviceNet总线采用的是四芯屏蔽的专业通信电缆，硬件成本更加低廉。（2）CompoNet，该网络的拓扑结构也是主从的总线结构，且只能有一个主站单元，主站单元通常是CRM单元。从站单元一般都是CRT单元，主站和从站共同组成总线结构，网络配置更加灵活，能对应客户的各种需求。其网络功能包括远程I/O通信功能和报文信息功能等。现场总线网络控制中，控制柜内的主站和各分控盒中与I/O设备就近安装的从站，通过电缆连接并进行相应的网络设置后，主站便可对现场所有的I/O信号进行监控和控制，避免了复杂的布线，分散式的控制安装，检修且更加方便快捷。这是一种控制功能全面、配置简单、实现快速的系统形式。

3    欧姆龙工业网络互连

PLC组网的根本目的是交换数据，增强控制功能。当控制区域大、通信种类很多时，可将以PLC为主的控制设备和通信装置构成独立的子网。若干个控制子网互连之后，组成规模较大的网络，这就是网络互连。前面提到每层网络时都特别说明了该网络支持FINS标准通信。FINS通信服务是欧姆龙公司为自己的工厂自动化网络开发的，只要对应的网络支持FINS协议，不管节点在同一层网络内，还是在不同层的网络内，交换数据都可以实现。也就是说，网络互联的基础就是FINS的信息服务。同一层网络中的任意PLC与PLC，PLC与PC之间的数据交换有多种方式，前面已经作过说明。但是在不同的网络间实现数据交换，则要通过设置路由表来实现。路由表是本地节点和目标节点进行数据交换的路径，当用户在不同的网络上进行数据交换时，则须进行路由表的设定。

4    结语

以上是有关欧姆龙网络的基础知识。由于工业以太网的普及，EtherNet/IP支持通过工业协议CIP，而设备层的DeviceNet（也就是CompoBus/D）和CompoNet也支持CIP协议下的EtherNet/IP网络。今后EtherNet/IP除了将完成以前信息层和控制层网络的工作外，还可以实现设备层所具有的各项功能，真正实现“一网到底”的工业自动化控制网络的发展愿望。所有工业网络技术的进步，都是为实现现代化工业制造所服务的，为人们日益增长的物质需求所服务的。

[参考文献]

[1]朱元，朱妙其.“欧姆龙工业网络”讲座第1讲：欧姆龙工业网络概述[J].电世界，2014（11）：38-41.

[2]朱元，朱妙其.“欧姆龙工业网络”讲座第2讲：EtherNet/IP工业以太网[J].电世界，2014（12）：36-40.

[3]朱元，朱妙其.“欧姆龙工业网络”讲座，第3讲：DeviceNet工业现场总线[J].电世界，2015（1）：41-45.