基于CAN总线的多PLC通信控制研究

摘要

现场总线被誉为自动化领域的计算机局域网，是当今自动化领域技术发展的热点之一。现场总线的出现标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展产生重要影响。自80年代末以来，现场总线技术得到了迅猛的发展，形成了基金会现场总线、Lonwork、PROFIBUS、CAN、HART等几种有影响的现场总线。其中，CAN总线以其极高的性能、可靠性及其独特的设计越来越受到人们的重视。
　　可编程控制器（PLC）发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。PLC由于简单易懂、操作方便、可靠性高，在各个行业的自动化控制领域得到了广泛的使用，特别是小型PLC，随着自动化程度的不断提高，应用领域比以前更为广泛。但小型PLC的网络功能较弱，通信模块是由各PLC厂家按照自己的标准开发出来的，互相之间不能通信。不同品牌的PLC具有各自不同的通讯协议，如Hostlink，CC-Link，Modbus等，目前，只有少量型号的PLC集成有CAN通讯接口，价格也较贵，通常，工控PC与单台PLC通过1个串口连接通讯，实现各种扩展功能。但串口的通讯距离、节点数量都受到了串口本身的性能限制。当系统中采用不同品牌的PLC时，他们互相之间不能通信，由上位机监控和维护时也较为复杂，但是，随着应用技术的发展，经常会出现一些应用场合，在面积较大的范围内，需要多台PLC协同完成一个系统的综合控制。许多制造业用户特别是大型企业，为了避免过分依赖一家系统提供商，通常会采用几家不同厂商的控制系统。PLC之间的通信格式不兼容，给企业内部的系统集成、集中管理和升级带来了极大的困难。
　　本文提出了一种基于CAN总线的PLC网络通信方案，该方案通过将各厂家不同的通信协议转化为统一的CAN网络通信，从而实现了较好的互相连通性以及统一的上位机监控能力。本文主要做了以下工作：通过比较各厂家PLC的通信协议，设计了一种通用的CAN应用层协议；编写了欧姆龙和三菱PLC以及翠欧运动控制器与CAN协议的互相转化的程序；编程实现了PLC主动发起对其它PLC的读写操作；通信实验成功实现了不同类型PLC同时与上位机通信及互相通信；设计了上位机监控软件，实现了对不同类型PLC的统一监控。

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缩略语

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2现场总线概述

1.3 PLC通信协议及发展

1.4 研究方案的提出

1.5本文的组织与创新点

第二章 CAN总线及PLC通信协议

2.1 CAN总线特点

2.2 CAN总线仲裁技术

2.3 CAN分层结构及功能

2.4 CAN报文的帧结构

2.5 CAN控制芯片SJA1000

2.6 Modbus协议

2.7 欧姆龙Hostlink协议

2.8 三菱PLC通信协议

2.9本章小结

第三章CAN应用层协议设计

3.1 现有CAN应用层协议

3.2 CAN应用层设计

3.3本章小结

第四章PLC通信协议与CAN协议的互相转换

4.1 转换程序框架

4.2 欧姆龙通信协议与CAN协议互相转换

4.3 三菱通信协议与CAN协议互相转换

4.4 MODBUS通信协议与CAN协议互相转换

4.5 不同类型PLC互相通信

4.6本章小结

第五章 通信实验和上位机监控

5.1 研究所用设备

5.2 实验准备

5.3 通信实验

5.4 上位机监控软件

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1 全文工作总结

6.2课题展望

参考文献

致谢

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