0 引言
可編程序控制器，簡稱PLC，是工業的控制的標準設備。PLC自生產以來，以它的操作簡單、功能強大、特別是高穩定性等特點得到了廣泛應用。目前，以監控軟體如Wincc，MCGS為上位機軟體，PLC為下位機而組成的控制系統，已成為廣泛應用的控制模式. 它結合了計算機的界面友好，直觀和PLC穩定、編程靈活的優點，主導計算機控制系統的流行趨勢.因此，對PLC的數據交互，組網功能提出了更高的要求. 如PLC與PLC之間，PLC與計算機、PLC與智能設備等都需要進行數據交互. 特別是在某些遠程控制，控制點分散等場合，PLC的網路功能顯得尤為重要[1]。
1 PLC常用組網方式
常用PLC組網方式大致可概括為基於通用串口、基於專用匯流排及基於乙太網三種。
1.1 通用串口模塊
基於串口通信模塊來實現網路連接。網路結構如圖1所示.採用了計算機鏈接的形式，在上位機的組態軟體中進行相應的設置，無需編程，即可與多台PLC進行通訊。以三菱公司的FX1S系列的PLC為例， RS232C/ 485轉換適配器選用FX2485PC2IF，RS2485通訊板選用FX1N24852BD即可實現。這種方法使用較為方便，性能也很好，關鍵是串口通信模塊的成本相對較高。
圖1 基於串口通信模塊的網路結構
1.2 基於專用匯流排
目前，PLC廠商如Omron，Siemens 等，對其旗下的PLC產品都提供了專用的網路系統。如OMRON公司的Controller Link網，Device Net 網路等[1]。這種網路系統由於廠商產品的專屬性，不同廠家的設備無法互通，基本上選定一個廠家的PLC，其他配套設備設備也必須為該廠家的，成本相對較高，所以應用時有一定的局限。
1.3 基於標準工業乙太網
基於標準工業乙太網方式進行組網，系統一般分為三個層次：第一層為工控機組成的上位機監控站；第二層為由集線器、雙絞線和收發器等組成的工業乙太網；第三層為控制站。選擇TCP/ IP作為通訊協議，並採用C/ S模式使控制站和監控站實現面向連接的通訊。
採用此種方式組網，最大的優點在於可以使用現有的工廠區域網，提高綜合利用率。且速度快，乙太網通訊速率可達100Mbps;若採用光纖傳輸，則抗干擾能力大大增強，且傳輸距離可達數十公里。但是，乙太網無法和PLC等串口設備進行直接通訊，需配以相關設備實現通訊，使用上增加了成本。在一般小中型控制系統中並不多見。
2 基於串口伺服器的組網方式
基於串口伺服器是一種新興的工業網路解決方案。串口伺服器是一種協議轉換模塊， 廠商有Moxa和ATOP等.它可以提供1，2，4，8或16口的RS232或RS422/ 485串口界面，以及一個10M/100M的乙太網介面，將RS232/ 422/ 485串列設備接入TCP/ IP網路中，主計算機採用TCP/ IP協議通過乙太網訪問被接入的終端設備。上位機相應採用SOCKET編程。
使用串口伺服器也非常簡便，安裝驅動程序后，即可在PC機上產生多個由驅動程序模擬的虛擬串口。只需要打開軟體所虛擬的串口即可透明訪問遠端串口設備，類似於對普通串口一樣進行一對一的收發和控制。
簡而言之，它是結合了串口通訊的簡單方便，又利用了乙太網的高效穩定，是一種性價比較高的組網方式。如圖2所示。
圖2 基於串口伺服器的組網結構
從圖2可以看出，將串口伺服器的網口端連接到集線器或者交換機上，通過設置串口伺服器的IP地址，就可以使它成為乙太網上的一個節點.而在串口伺服器的串口端，可方便與不同廠商的PLC產品或串口設備進行連接。即使不同形式的串口(如RS422/ 485/ 232) ，都可方便連接到乙太網上，實現異構組網。當需要再增加串口設備入網時，也可以方便接入，因為一個串口伺服器可以提供多達16個串口端。可見，基於串口伺服器組網具有布線簡單，拓展性強，性能穩定等優勢。當然，串口伺服器組網還可以採用直連的方式[2]。
3 串口伺服器的應用舉例
以某污水處理廠的控制系統為例。在污水處理控制系統中，控制設備較多如：潛水泵、污水泵、鼓風機等，被控參數以數字量居多，對數字量輸入輸出的控制正是PLC的優勢所在，因此一般都採用PLC控制系統[3]。針對污水處理廠分布區域較廣，設備間位置較為分散等問題，需設計一個PLC網路控制系統對污水處理過程進行監控、分析、管理和優化。
3.1 系統工藝簡介
系統工藝如圖3所示。
圖3 污水處理系統工藝流程圖
主控站要對各污水處理環節進行監控、數據採集以及管理.主控站與各處理站之間距離較遠，工廠已建好工業區域網，可供使用。系統設計時需考慮將來增加設備的可能性。
3.2 系統的組網設計
本系統採用三層結構進行組網，採用工業乙太網實現1個主控站與3個PLC站之間的遠程傳輸。主控站對全場實施集中管理，控制現場由3個PLC和現場儀錶對各過程進行分散控制。根據工藝要求，PLC1位於變電所，主要用於對機、泵等電氣參數的監視、控制和聯鎖。PLC2設置在沉砂池現場，用於對成套設備監控。PLC3設置在污泥脫水間，用於對污泥脫水機的安全保護及監控。
考慮到主控站與各處理站之間距離較遠，而處理站共有3個PLC串口設備需連接入網。若採用基於串口通信模塊方式進行組網，傳輸距離受限，且布線較為複雜，拓展性不夠好，若再增加一台PLC，需要增加相應的串口模塊。考慮到工廠已有工業區域網，而傳輸距離遠、連接多個串口設備正是串口伺服器的優勢，則本系統則採用基於串口伺服器的方式組網實現。
串口伺服器選用的是MOXA的NPort5430。目前，它被廣泛應用於各類串口設備和乙太網連接方案中，提供了4個RS422/ 485串口，通訊速率50～921. 6kbps，用以設備拓展。
使用時，用RS232/ 485連接線將NPort5430連接至PLC的通訊口，用網線將NPort5430和HUB連接，完成了硬體安裝。利用NPort5430所帶的軟體包可以完成對串口伺服器的屬性設置，如IP地址，操作密碼，通訊波特率等，詳細內容可參見用戶手冊。系統總體結構如圖4所示。
圖4 污水處理系統組網結構
目前，該系統已經投入運行.基於串口伺服器組建的PLC網路控制系統，運行穩定，且布線簡單，可以充分利用現有網路資源，拓展性強，性能穩定等，是一種很好的解決方案。
4 結語
PLC通用的三種組網方式都各有特點，使用時應根據系統設計要求選擇。值得說明的是，基於串口伺服器模式的組網方式，有著布線簡單，成本低廉且易於操作，與高速乙太網的方便搭接等優勢，目前在傳統機械設備的組網[2]，企業的網路考勤系統中都得到了廣泛應用[4]，是一種值得推薦的組網方案。
