PLC的最新发展趋势——Ethernet的扩展与进一步容纳Web技术

        PLC的最新发展趋势——Ethernet的扩展与进一步容纳Web技术

当前，在所有过程控制领域，最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展。PLC也不例外，现在，越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口部件。在最近的几年间，我们已经看到，发展比现有普通小快灵PLC更加强大的PLC是种趋势。Ethernet将会成为PLC的通信标准吗？也许最终结果是这样的，但现在还为时尚早。对于在PLC上提供Ethernet接口将能够解决所有通信问题，人们普遍存在着误解。Ethernet仅仅定义了OSI参考模型底部的几层协议标准，如果上层协议相互之间不能兼容，那么仍然不可能进行相互之间的通信处理。打个比方，这如同一个不懂英语的中国人与一个不懂汉语的美国人之间是不能够通过电话进行对话一样。因此，协议就是设备之间相互通信的语言。
另一方面，前进的步伐已经迈出，我们只有迎着困难而上，为了将Ethernet技术应用到工厂底层的现场过程控制设备中去，ODVA协会为此建立了一套全球性标准技术规范，即Ethernet/IP标准，以便能够解决在实际工作中所遇到的困难。
向Ethernet靠近的一个目的在于通过Internet能够连接到所希望的任何地方。实际上，在一些意想不到的地方，Web服务器正在显露出其应有的威力。几年前，有一些PLC系统已经内藏了Web服务器，这无疑又为PLC系统增加了更多的特点。其他类型的控制设备也正在准备进一步集成Web服务器。例如，Square D公司已经有一个具备Ethernet连接接口的发动机控制中心，并正在准备开发一种内藏Web服务器连接接口的变速装置。
内藏Web服务器所体一风的益处包括开放网络、商业工具的影响、客户机/服务器关系。在过去，工业用户可能会有代表性地询问一些有关PLC方面的信息，但在现在，由于新技术的不断诞生和发展，工业用户很容易就可以得到有关这方面的信息。另一方面，随着芯片和处理器大规模的生产，PLC生产制造商能够生产并提供开放网络的产品，让工业用户花较少的费用就能够购买到功能非常完善的PLC产品。
在为将PLC连接到Ethernet和Web上提供技术支持方面，Schneider公司已经成了先驱者之一。最近，该公司推出了一种运行于Premium PLC平台的新型快速Ethernet(100 Mb/s)模件。该模件为PLC能够连接到TCP/IP的Ethernet提供了全双工自适应10/100Mb/s的连接速度，现场过程控制器之间可以共享实时数据信息，自动扫描Momentum I/O模件和其他任何基于Modbus通信协议的现场控制设备，采用一个嵌入式Web服务器提供HTML通信服务，同时提供了SNMP用于标准网络通信管理。在一次展览会上，Schneider公司还向工业用户展示了他们有关透明工厂的观念。
　另外，Schneider公司最近还推出了基于Modicon公司的Momentum MIE系列处理器的适配器，该适配器提供了标准IEC程序控制性能，进一步为e-制造提供了完美的解决方案。该适配器还提供了将智能化I/O系统和其他现场过程控制设备连接到Internet和Ethernet的能力，现场过程控制设备包括所有功能化实时过程控制器。
几年前，Rockwell自动化公司也在其PLC产品中提供了Ethernet接口，而且正在坚定不移地稳步提高Ethernet的功能特性。该公司最近已经公布了一种柔性I/O模件解决方案，这种柔性I/O模件利用非专利版本的Ethernet技术能够提供实时过程控制性能。A-B公司提供的1756型ControlLogix I/O也是基于标准Ethernet TCP/IP和UDP数据传输协议的组件，其应用层使用了一种开放式、面向对象、基于生产者/ 消费者的技术。这种技术在ControlNet、DeviceNet和FF现场总线H1网络系统中也能够找到。
同样，其他许多公司也已经推出了Ethernet通信接口模件。例如，来自于IDEC公司的OpenNet PLC控制器所提供的通信接口，实现了与DeviceNet、LonWorks和Interbus等现场总线设备的兼容。该控制器利用一个Interbus远程I/O主卡件能够处理不超过480点本地I/O和512点远程数字量I/O。
Sierra公司所提供的8051型工业通信桥路能够让彼此之间互不兼容的PLC、DCS、RTU和SCADA系统很好地集成在一起。这种工业通信桥路通过RS-232、422、485，或者Ethernet通信链路实现了高速网络应用。该桥路控制器同时提供8个RS-232串行通信接口，2个RS-485/422隔离串行通信接口，2个10Base-T Ethernet接口，以及一个用于冗余热备份桥路的连接器。
来自于ProSoft公司的多制造商接口套装组件为A-B公司的PLC、SLC、ControlLogix和FLEX I/O（包括1771、1746、1765和1794）平台提供了串行通信能力。每一个模件包含了一个80386处理器，并同时嵌入有DOS操作系统，因而，可以被看作是具有I/O能力的工业PC，另外，该控制器同样具有“A>”磁盘操作提示符，以及Autoexec.bat和Config.sys文件。应用程序可以是从简单的ASCII通信到复杂的32位控制算法。
另一家通常从事运动控制方面研究的公司Giddings & Lewis也为其PiC（可编程工业控制）和MMC（机械与运动控制）系列应用于运动控制方面的产品增加了Ethernet TCP/IP接口。这些单元部件提供了可以连接到工厂内部Intranet和Internet的能力，允许现场过程控制器之间共享数据信息。现场过程控制器与工业PC之间通常采用OPC服务器设备驱动程序来连接实时数据信息，利用Ethernet网络系统和Web技术可以进行远程文件传输、程序设计和系统维护。
现在，越来越多的企业正在计划将其所有自动化控制设备逐步连接到企业范围内的信息系统中去。对于工业用户来讲，也许他们已经注意到有关Ethernet for Control系列控制解决方案，该技术更加依赖于Ethernet和Internet。几乎所有PLC供应商在其部分系列化产品中均提供了Ethernet连接特性，而且有些公司已经确定将Web服务器彻底嵌入到他们的设备内部，以便充分展现PLC的性能特点。利用PLC的Web连接特性，工业用户不但可以从任何地方监控控制系统的运行状况，而且还可以像利用系统手册一样获取所需要的任何数据信息。　　
当然，如果工业用户正在着手将其控制系统连接到Internet，则必须为此设置安全的信息发布地址。另外，为了防止黑客进入到控制系统中去，还必须安装一套安全性能较好的防火墙软件。
SoftPLC公司在网络安全性方面投入了极大的热情和兴趣，他们将一个具有实时和确定性的Java虚拟机器嵌入到过程控制器中去。Java使其不仅能够运行基于Web的Active X控件对象，同样也能够运行Servlets。Servlets是个运行于Web服务器任务高度集成在一起，能够提供动态Web页面内容。Servlets程序代码清晰可见、面向对象设计、模件化，开发起来非常简单明了，Servlets也提供了数据信息安全性能，允许进一步限制实时数据信息，如仅仅是所选定的工业用户，或者是所选定的注册数据信息。如果过程控制器被有效地连接到Internet，那么安全性对其是非常的重要。
黑客的入侵还不是唯一的烦恼，如果网络系统瘫痪，我们首先需要干什么呢？黑客入侵的解决方案是采用冗余。在过程控制器中采用冗余IP地址、冗余网络系统、冗余通信电缆，以及热备份等方式，当突发事件发生时能够很好地为过程控制系统提供服务。
许多PLC供应商在其产品的开发过程中仍然继续不断地改进和提高通信性能，其开发方向主要面向于Ethernet技术和基于Web技术。
Omron公司在其产品中提供了全部Ethernet连接能力，借助于TCP/IP数据传输协议，其产品完全适合于所有Ethernet技术规范。另外，该公司最近还发布了几个新的基于Profibus-DP的产品。在CS1控制器平台上，提供了主单元部件允许建立在Profibus-DP网络上所有过程控制器设备在亡命产台上的运行特性；同时还提供了一套新的Sycon-DP组态工具软件包，允许工业用户很容易就能够进行过程控制系统的组态和网络的委托管理；此外，一种新的多I/O终端可以作为Profibus-DP从部件，所组成的通信单元提供了一个接口用于连接一个或者更多的I/O模件单元，有Ethernet技术规范。另外，该公司最近还发布了几个新的基于Profibus-DP的产品。在CS1控制器平台上，提供了主单元部件允许建立在Profibus-DP网络上的所有过程控制器设备在该平台上的运行特性；同时还提供了一套新的Sycon-DP组态工具软件包，允许工业用户很容易就能够进行过程控制系统的组态和网络的委托管理；此外，一种新的多I/O终端可以作为Profibus-DP从部件，所组成的通信单元提供了一个接口用于连接一个或者更多的I/O模件单元，与该公司的C200H系列PLC还能够很好地结合在一起工作。
Rockwell自动化公司在其产品中也积极地增加了对Ethernet连接性能的支持，包括专门提供用于ControlLogix的Ethernet/IP、FLEX I/O、MicroLogix和PanelView系列产品。类似产品还有ProcessLogix、PLC和SLC 500过程控制器系列。通过进一步改进和提高，其产品能够同时支持隐式和显式两种数据信息的传输，借助于隐式数据信息传输方式，其数据字段仅仅包含了实时I/O数据信息。
在ControlLogix Ethernet/IP阵容中包含了一个Ethernet/IP桥路模件、一个Ethernet/IP通信接口模件、RSLinx软件包和一个Ethernet/IP通信接口收发器。FLEX I/O网络接口模件适合于Ethernet/IP，包括一个10/100Mb/s Ethernet/IP，包括一个10/100Mb/s Ethernet/IP光纤适配器。对于MicroLogix、CompactLogix、SLC500过程控制器和其他利用DF1协议的过程控制设备，支持显式数据信息传输方式的是1761-NETENI Ethernet接口。
Automationdirect.com公司为其D2-240和D2-250型PLC推出了一种新的Ethernet远程主模件（H2-ERM）。这种新模件通过高速Ethernet链路可以将本地CPU基本单元连接到远程从I/O子系统。每个模件能够支持16个附加的DL205模件单元、16个终结器I/O子系统、4个全扩展DL405子系统，或者此3种类型中任何之间的混合体。使用五类UTP电缆连接的子系统内部之间不能超过100m。采用中继器可以对传输距离和节点数量进行扩展，若采用光纤传输介质其距离能够达到2000m。
Advantech公司最近推出了WebLink 2040/SDA产品，该产品嵌入了Web服务器软件，通过它可以将任何机器、过程控制器和智能传感器与基于Web技术的HMI-SCADA软件一起连接到Internet或者Intranet。该产品还可以允许工业用户从全球范围内的任何地方通过Internet安全访问实时数据信息，以便监视和控制任何现场过程设备或者系统。此外，通过该公司的Advantech Studio套装软件可以让工业用户在任何时候、任何地方就能够将所完成的实时动态图形画面、趋势记录、报警记录、报表和配方转换到标准浏览器。
另外一种来自Newport公司的Web服务器模件是iServer，该模件有可能实现将现有的PLC和其他控制设备连接到Internet。这种DIN架装式模件单元允许不超过32个具有串行通信接口的控制设备连接到Ethernet和Internet，担当一种Web服务器和与RS-232、422、485兼容的Ethernet串行桥路。
但是，并非所有PLC通信性能的改善都是针对Ethernet或者Internet的。不久前，Rockwell自动化公司就针对ControlNet公布了新版本并适用于A-B公司的PLC-5C现场控制器和SLC 500适配器模件。1747-ACN15和1747-ACNR15适配器模件为SLC（1746）I/O所提供的确定性和非确定性网络连接特性现在与其PLC-5C现场控制器完全兼容。
Moeller电子公司先前一直采用具有自主版权的通信协议，而现在也已经开始转向开放网络协议。他们所推出的被叫做XI/ON的新一代I/O结构体系将成为其PLC开发完整的一部分。利用该结构体系可以进行片段和模块式的设计工作，它所集成的网关允许连接到Ethernet、Profibus-DP、DeviceNet、CANOpen以及更多的网络系统。
PLC相关通信性能的增强除体现在硬件方面以外，还充分体现在软件方面。例如，KEPware公司为其KEPserverEX系列产品推出了新一代32位Control-Logix Ethernet OPC服务器驱动程序。该OPC驱动程序软件改善了OPC和DDE客户与A-B公司的ControlLogix现场控制器之间的速度和连通性；还提供了一套灵活的人机界面；可以自由利用A-B公司的OPC服务器套件。它还包括PLC5/SLC505 Ethernet驱动程序。它也进一步优化了1756的ENET接口，改善了通信性能，并支持该公司的自动化标识符数据库。