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基于基于FINS协议的协议的OMRON PLC与上位机以太网通信的实现与上位机以太网通信的实现
FINS通信协议是用于工业自动化控制网络的指令/响应系统。使用FINS指令可实现各种网络间的无缝通信,包
括用于信息网络的Etherne,用于控制网络的Controller Link和SYSMAC LINK。通过编程发送FINS指令,上位
机或PLC就能够读写另一个PLC数据区的内容,甚至控制其运行状态,从而简化了用户程序。
1 OMRON PLC与上位机通信方式
目前,在欧姆龙PLC网络组成中,上位机和PLC的通信可以采用RS232C/485串行通信、Controller Link通信和工业以太网通
信三种方式。它们的主要性能参数如表1所示。
文献[3]介绍了采用RS232C/485串行通信的方案,其通信速率仅为9600b/s,速率较慢,很难适应现代数据量大、通信距离
较远、实时性要求较高的控制系统。
文献[2]中给出了基于FINS协议的Controller Link通信的设计方案,其最高速率可以达到2Mb/s,整个网络的最大传输距离为
500m,硬件上需要在上位机安装CLK支持卡,其扩展性及应用的灵活性没有工业以太网好。
在三种通信方式中,工业以太网的优势是相当明显的。其传输速率可以达到10/100Mb/s(取决于实际网络环境);两个节点
之间的传输距离可以达到100m,对于整个网络的传输距离没有限制;网络内最大节点数可以达到254个,可以实现1(PLC):
N(PC)、N:N、N:1等多种网络形式。这些都为构架各种规模的工业网络信息系统提供了有利的条件,具有良好的扩展性、
实用性、灵活性。目前使用的上位机都配有以太网卡,所以上位机侧无需增加额外的硬件设备。因此,采用工业以太网方式对
提高工厂的自动化信息控制水平具有很大的现实意义。
2 以太网FINS通信
在以太网FINS通信中,各种数据信息是以UDP/IP包或者TCP/IP包的方式在以太网上发送和接收的。其中,在Internet层远
程设备使用的是IP地址,而在应用层使用的则是FINS节点地址。传输层中定义了本地UDP或TCP端口号,它为应用层(即FINS
通信)提供通信端口,其默认设置为9600。用户可以根据实际情况自行修改,但是在同一网络中,各设备的通信端口号必须保
持一致。图1 FINS以太网通信协议模型
通常以太网通信使用的是IP地址,而在FINS通信中则是使用网络号、节点号以及单元号来对不同设备(包括PLC、PC等现场设
备)进行地址定义的。这就为不同网络之间各种设备的通信提供了统一的寻址方式。在以太网FINS通信中,欧姆龙的以太网单
元一项重要的功能就是能在IP地址和Fins节点地址之间进行转换,其转换方式有自动转换、IP地址表和复合地址表三种方式,
其地址转换数量依据模块型号和转换方式的不同还有相应的限制。以太网FINS通信服务是一种基于UDP/IP的通信方式,称
为FINS/UDP方式,欧姆龙相关的以太网产品都支持这种方式。此外,CS1W-ETN21和CJ1W-ETN21以太网通信模块还支持
TCP/IP协议,称为FINS/TCP方式。
2.1 FI NS/UDP方式
FINS/UDP方式是一种使用UDP/IP协议的FINS通信方式。UDP/IP是一种无连接的通信协议。当一条信息从一个节点发到
另一个时,这两个节点是没有明确连接的对等关系的。UDP协议具有较快的传输速度,但是数据通信的可靠性没有TCP协议
高。
如图2所示,是一个在以太网中发送和接收所使用的UDP帧结构。FINS/UDP方式使用的是一种嵌套格式数据包,即Ethernet
报头、IP报头、UDP报头和FINS帧。一个UDP数据段(FINS 帧)超过1472字节将被分成若干个数据包来传送。分开的UDP数
据将在UDP/IP协议层自动组合。通常不需要关注应用层的数据分段,但是在一个多层IP网络中1427字节的UDP包可能无法
发送。在这种系统中就需要使用FINS/TCP方式。2.2 FINS帧结构
FINS 帧分为FINS指令帧和FINS响应帧两种形式。指令帧在发送FINS指令时使用,响应帧则在接收到FINS指令后对其返回响
应时使用。它们都是由一个FINS报头(存储传输控制信息)、一个FINS指令域(存储一个FINS指令)以及一个FINS参数/数据域
(存储指令参数和发送/响应数据)所组成的。响应帧FINS指令域的内容与所接收到的指令帧的FINS指令域相同。具体结构见
图3、图4。
ICF为信息控制域,用于标明指令和响应;RSV为系统保留;GCT为网关允许数目;DNA为目的网络号;DA1为目的节点号;
DA2为目的单元号;SNA为源网络号;SA1为源节点号;SA2为源单元号;SID为服务和响应的标识号,可任意设置,指令和
响应对应相同;MRC和SRC分别为FINS指令的主指令和从指令;参数/数据域,用于标明所操作的数据地址、范围等,在响
应帧中前两个字节MRES和SRES构成响应码,用来诊断错误信息。
3 FinsGateway和SYSMAC Compolet控件介绍
FinsGateway是OMRON FINS通信协议的驱动程序,它为计算机上的32位Windows操作系统提供一个工业自动化网络环境。
FinsGateway集成了不同的网络协议,并为FINS通信和数据链接提供驱动程序和接口库函数。它通过创建高性能的虚拟存储
区EventMemory,为不同的用户程序提供数据的接入和共享。利用FinsGateway,计算机可以通过各层网络(包括网络互联)访
问网络上的PLC,通过接口库函数,用户还可以开发程序。
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