PLC网络结构图

Controllogix是Rockwell公司推出AB系列的模块化PLC，它代表了当前PLC发展的最高水平，是目前世界上最具有竞争力的控制系统之一，Control- logix将顺序控制、过程控制、传动控制及运动控制、通讯、I/O技术集成在一个平台上，可以为各种工业应用提供强有力的支持，适用于各种场合，最大的特点是可以使用网络将其相互连接，各个控制站之间能够按照客户的要求进行信息的交换。

Controllogix目前在工业生产中得到广泛的运用，本文详细介绍Rockwell Controllogix PLC冗余系统在汽轮机发电中的应用。

Controllogix可以提供完善的控制器的冗余功能，采用热备的方式构建控制器，两个控制器框架采用完全相同的配置，它们之间使用同步电缆连接，不仅控制器可以采用热备，通讯网络也可以采用相似的方式进行热备，除以上的部分可以热备外，控制器的电源也可以进行热备，这样大大提高了控制器的运行的可靠性。

2 系统介绍在某焦化厂干熄焦汽轮机发电项目的DCS控制系统中，采用了冗余的Controllogix，系统结构如图1所示。

上位机通过交换机与PLC处理器通讯，远程框架通过冗余的ControlNet 连接到控制器框架，同时，远程框架采用了冗余电源配置。

整套系统具有很高的可靠性，满足了汽轮机发电系统对于PLC控制部分需要长期无故障运行的要求。

上位机采用Rsview32软件，用以监控现场设备的运行。

图1 系统结构图本地框架由L1和L2 框架构成，运行时L1和L2互为热备，构成了冗余，L1和L2框架各个槽位的所配置的模块如表1所示。

R1，R2和R3是远程框架，所有的点号都连接到远程框架的模块，远程框架的供电使用了AB的冗余电源(1756-PAR2)。

表1 L1和L2框架各个槽位的所配置的模块设置主从控制器框架的1756-CNBR/D的节点地址时应注意，他们的地址拨码应该相同，应该是系统中挂接在冗余ControlNET网上所有节点的最高地址，在本系统里面都设置为4，远程站的节点地址分别为1，2，3。

几种PLC网络的拓扑结构如果把金字塔结构与NBS模型或ISO模型比较一下，就会发现，PLC及其网络发展到现在，已经能够实现NBS模型/ISO模型要求的大部分功能，至少可以实现4级以下的功能。

PLC要提供金字塔功能或者说要实现NBC/ISO模型要求的功能，采用单层子网显然是不行的。

因为不同层次实现的功能不同，所承担的任务的性质不同，导致他们对通信的要求也就不一样。

在上层所传送的主要是些生产管理信息，通信报文长，每次传输的信息量大，要求的通信的范围也比较广，但对通信实时性的要求却不高。

而在底层传送的主要是过程数据及控制命令，报文不长，每次通信量不大，通信距离也比较近，但对实时性及可靠性的要求比较高。

中间层对通信的要求正好居于两者之间。

由于各层对通信的要求相差甚远，如果采用单级子网，只配置一种通信协议，势必顾此失彼，无法满足所有各层通信的要求。

只有采用多级通信子网，构成复合型拓扑结构，在不同级别的子网中配置不同的通信协议，才能满足各层对通信的不同要求。

PLC网络的分级与生产金字塔的分层不是一一对应的关系，相邻几层的功能，若对通信要求相近，则可合并，有一级子网去实现。

采用多级复合结构不仅使通信具有适应性，而且具有良好的可扩展性，用户可以根据投资情况及生产的发展，从单台PLC到网络，从底层向高层逐步扩展。

下面具几个最有代表性公司的PLC网络。

一、A-B公司的PLC网络A-B公司是最大的PLC制造商，占据全美市场份额45%。

图1表示了A-B公司的PLC网络，采用的是3级总线复合型拓扑结构。

最底一级为远程I/O系统，负责收集现场信息，驱动执行器，在远程I/O 系统中配置周期I/O通信机制。

中间一级为高速数据通道DH+（或DH，DHⅡ），负责过程监控，在高速数据通道中配置令牌总线通信协议。

最高一级可选用Ethernet（以太网）或者MAP网，这一级负责生产管理。

在Ethernet网中配置以太网协议，在MAP网中配置MAP规约。

第1章PLC的硬件详细介绍目前市场上主要有德国西门子(SIEMENS);日本三菱(MITSUBISHI)、欧姆龙（OMRON）、富士电机（FUJI）、松下电工;法国施耐德(SCHNEIDER、MODICON）,韩国三星（SAMSUNG)、ABB、GE、日立等公司生产的PLC，虽然厂商不一样，但其PLC的原理基本一致。

1。

1 PLC硬件结构和电路PLC主要由中央处理器(CPU)、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源、I/O扩展接口、外设接口以及外围编程设备等几大部分组成。

其硬件结构图如图1.1所示。

图1。

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1 PLC硬件结构图1.1.1 中央处理器（CPU）中央处理单元(CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。

CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储器、输入输出接口电路连接。

CPU常用的微处理器通常有通用型微处理器（Intel公司的8086、80186、奔腾等系列芯片）、单片机（Intel公司的MCS-96系列单片机等）和位片式微处理器(AMD2900系列微处理器）等三类。

小型PLC多采用单片机或专用CPU，中型PLC大多采用16/32位微处理器或单片机，大型和超大型PLC 大多采用高速位片式处理器,具有高速处理能力.CPU的主要功能：1）从存储器中读取指令2）执行指令3) 顺序取指令4）处理中断、数据传送、逻辑运算、算术运算等1。

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2 存储器（RAM、ROM）PLC的存储器（内部存储器）包括系统存储器和用户存储器。

系统存储器用来存放由PLC厂家编写的系统程序(机械源代码、BIOS程序等),系统存储器一般是ROM存储器，用户一般不能更改。

用户存储器包括用户程序存储区和数据存储区两部分，用户存储器一般是ROM、EPROM或EEPROM存储器.用户程序存储区用来存放用户用编程软件编写的程序,用户根据具体的情况可以更改;数据存储区用来存放用户程序中所使用器件的ON/OFF状态、数值和数据等中间运算结果。

ZHUHAI ANDY QQ:553790512电力线宽带网络技术介绍一、PLC网络架构：它可以区分成三大部份，由下而上分别是：实体层【即PHY层】、资料链结（datalink）层【即数据链路层】、网路层。

图1实体层包含OFDM实体层、乙太实体层和乙太MAC层。

其主要工作是通道的估算、传收资料、错误修正。

资料链结层包含基本的MAC层、QoS的MAC层、逻辑链结控制（LLC）。

基本的MAC层之任务是执行基本的通道资源分配和匯流仲裁。

QoS的MAC层之任务是请求和分配资源、传输优先等级的管理。

逻辑链结控制之任务是组装和拆解封包、逻辑链结的确认。

网路层的功能是建立或发现随意型的（ad hoc）PLC网路、转送资料（dataforwarding）。

二、晶片架构(图2)是PLC晶片内部的功能方块图。

它包含三个重要部份：处理器核心、乙太桥接器、数据机。

图2PLC晶片功能方块图PLC数据机架构【即DS2 9501等芯片】(图3)是PLC晶片内部数据机的架构，它包含四个部份：●通道编码：提供搅乱（scrambling）码和累赘码（redundancy code）。

●高密度的调变器：硬体的复杂度低、每个载波有2至10个位元。

●FFT/IFFT：提供1536个载波、频谱效率高。

●通道估算器（channel estimator）：预估通道的噪音比（SNR）和频率响应；根据期望的位元错误率（Bit Error Rate；BER），选定每个载波的位元数。

图3PLC晶片内的数据机架构乙太桥接器的内部架构(图4)是乙太桥接器的内部架构。

支援802.1D桥接标准、802.1Q虚拟区域网路（VLAN）标准和802.1P服务品质标准。

主要功能就是将来自于乙太网路上的封包转送至PLC网路，并将PLC网路上的资料封包转送至乙太网路上。

同时支援MAC位址过滤、虚拟区域网路和QoS的功能。

这是属于ISO第二层（资料链结层）的功能。

此外，它还可提供：广播（broadcast）或一对多播放（multicast）支援IPv6；频宽与延迟管理；支援展开树通信协定（Spanning Tree Protocol）；可以解决隐藏节点（hidden node）的问题等功能。

PLC的硬件组成PLC的硬件主要由中央处理器(CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。

其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接.对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内，其组成框图如图1所示；对于模块式PLC，各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上,其组成框图如图2所示。

无论是哪种结构类型的PLC，都可根据用户需要进行配置与组合。

图1 整体式PLC组成框图图2 模块式PLC组成框图尽管整体式与模块式PLC的结构不太一样，但各部分的功能作用是相同的,下面对PLC主要组成各部分进行简单介绍。

1．中央处理单元(CPU）同一般的微机一样，CPU是PLC的核心。

PLC中所配置的CPU 随机型不同而不同，常用有三类：通用微处理器（如Z80、8086、80286等）、单片微处理器（如8031、8096等）和位片式微处理器（如AMD29W等）。

小型PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；中型PLC大多采用16位通用微处理器或单片微处理器；大型PLC大多采用高速位片式微处理器.目前，小型PLC为单CPU系统，而中、大型PLC则大多为双CPU系统，甚至有些PLC中多达8 个CPU.对于双CPU系统,一般一个为字处理器，一般采用8位或16位处理器;另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片.字处理器为主处理器,用于执行编程器接口功能，监视内部定时器，监视扫描时间,处理字节指令以及对系统总线和位处理器进行控制等。

位处理器为从处理器，主要用于处理位操作指令和实现PLC编程语言向机器语言的转换。

位处理器的采用，提高了PLC的速度，使PLC更好地满足实时控制要求.在PLC中CPU按系统程序赋予的功能,指挥PLC有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方面:1) 接收从编程器输入的用户程序和数据.2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。

PLC的硬件组成PLC种类繁多，但其基本结构和工作原理相同。

PLC的功能结构区由CPU（中央处理器）、存储器和输入/输出接口三部分组成，如图1-1所示。

1、CPU（中央处理器）CPU的功能是完成PLC内所有的控制和监视操作。

中央处理器一般由控制器、运算器和寄存器组成。

CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储器、输入/输出接口电路连接。

2、存储器在PLC中使用两种类型的存储器：一种是只读类型的存储器，如EPROM和EEPROM，另一种是可读/写的随机存储器RAM。

PLC 的存储器分为5个区域，如图1-2所示。

图1-1PLC结构框图图1-2存储器的区域划分程序存储器的类型是只读存储器（ROM），PLC的操作系统存放在这里，程序由制造商固化，通常不能修改。

存储器中的程序负责解释和编译用户编写的程序、监控I/O口的状态、对PLC进行自诊断以及扫描PLC中的程序等。

系统存储器属于随机存储器（RAM），主要用于存储中间计算结果和数据、系统管理，有的PLC厂家用系统存储器存储一些系统信息如错误代码等，系统存储器不对用户开放。

I/O状态存储器属于随机存储器，用于存储I/O装置的状态信息，每个输入模块和输出模块都在I/O映像表中分配一个地址，而且这个地址是唯一的。

数据存储器属于随机存储器，主要用于数据处理功能，为计数器、定时器、算术计算和过程参数提供数据存储。

有的厂家将数据存储器细分为固定数据存储器和可变数据存储器。

用户编程存储器，其类型可以是随机存储器、可擦除存储器（EPROM）和电擦除存储器（EEPROM），高档的PLC还可以用FLASH。

用户编程存储器主要用于存放用户编写的程序。

存储器的关系如图1-3所示。

只读存储器可以用来存放系统程序，PLC断电后再上电，系统内容不变且重新执行。

只读存储器也可用来固化用户程序和一些重要参数，以免因偶然操作失误而造成程序和数据的破坏或丢失。

随机存储器中一般存放用户程序和系统参数。

1.电力线载波电力载波通讯即PLC，是英文Power line Communication的简称。

电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。

最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。

目前常见的且有国际标准/联盟支持的电力线载波通讯协议有2种-Prime or G3，这里先介绍Prime，G3另外开贴再表。

2. Prime 网络结构Prime的网络结构大体如下3. 物理层Prime协议没有免俗，使用了时下最流行的OFDM（正交频分复用）技术。

像G3 PLC或者更为大众所熟知的LTE，也都使用了OFDM这项技术。

关于OFDM的具体细则这里就不做展开了。

Prime PLC工作在42-89 kHz Band A or 100-500 kHz FCC（Prime 1.4新加入）以下以Band A为例子：物理层的OFDM调制工作在41.992kHz~88.867kHz,在这个频段上共有97个子载波（等距子载波）子载波的间隔Δf=0.488kHz（488.28125Hz）。

一个Prime OFDM symbol时间为1/Δf+192μs (循环前缀)=2240μs4. MAC层4.1 MAC FrameMAC Frame是Prime网络的立身之本，决定了各节点对Prime网络的使用MAC Frame的定义是–Time is divided into composite units of abstraction for channel usage。

MAC Frame在1.36和1.4中的定义分别如下4.1.1 CFPCFP-Contention Free Part: 在CFP period内只有被授权的节点才能使用网络关于CFP的时间1.36中CFP并不是一定需要的，可以为0，在1.4中CFP时间至少为（MACBeaconLength1 + 2 x macGuardTime）一般情况下CFP时间是通过CFP MAC control packet获得的，在1.4中CFP这种特权会在中继节点转发Beacon-Slot时获得。