工业4.0基础：如何实现PLC本地联网

背景介绍

      智能制造并非短期内可以快速大规模实现，它会随着各种自动化和IT技术的发展而逐渐推进而水到渠成。实现智能化生产的一个必备前提就是设备的可连接性——设备与设备、设备与管理者之间实现信息互通，这就需要联网。通过联网，使企业生产管理，例如供应链管理、产品生命周期管理、现场设备、过程实时控制等多方结合起来统一管理、调控成为可能，进而优化资源分配，提高生产效率和企业竞争力。

      车间有多种多样的生产加工设备需要联网，常见的有注塑机、CNC机床、机械手臂等。

      以上按照设备主控可分化为四大类：PLC&智能仪表、数控系统CNC、注塑机&SMT、非标设备，这些设备进行数据采集和联网，各有各的特点：

      本文以PLC为主控的设备联网为例，探讨PLC本地联网的几种方案。

系统需求和难点

      PLC即可编程逻辑控制器，是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。

      以PLC为主控的设备，如AGV小车、机械手臂、机台，其80%或以上的数据可通过PLC采集和控制。通过PLC数据本地联网，可实现PLC数据通过局域网上传至上位机软件，控制指令由上位机软件下达至车间机台。

      以一个离散型制造的车间为例，要实现现场PLC联网面临以下几个难点：

      1、PLC特性决定了方案需要定制化

      现场PLC品牌多（常见的如西门子、施耐德、欧姆龙、台达、AB、三菱、GE等）；数据通讯为私有协议（施耐德Modbus，西门子PPI、MPI、PN TCP/IP，欧姆龙HostLink、HostLink Fins，三菱Melsec、Melsec Net等）；数据通讯接口多样（通常为网口TCP、UDP、串口RS232/422/485)；

      2、方案整体成本较被重视

      PLC联网实现现场生产数据与上位机软件的通讯，属于管理职能，通常不直接影响生产，部分企业在进行车间改造时，比较重视方案的成本问题；

      3、车间改造项目通常不方便布线

大部分企业在向工业4.0进军时，面临老车间自动化、信息化水平较低的情况，PLC联网实现了数据采集的第   一步，然而方案的施工不能影响生产、且通常不方便重新布线；

鋆锦解决方案

有线方案

      工业网络特别是工厂控制系统优先选择zui为稳定的有线网络，将协议、接口转换为标准TCP/IP，并通过成熟的工业以太网组网技术，实现PLC与上位机之间的数据通讯。该方案简单成熟、可靠性强、成本低，非常适合用在新建厂房等方便布线的现场。

具体联网思路：

      1、PLC通过串口服务器将RS232/422/485信号转换为以太网，考虑到现场取电、布线、施工等实际问题，通常建议每个机台配置1台串口服务器；

      2、串口服务器网口连接现场交换机网络，与机房服务器间进行数据交换；若车间与机房距离较远，则布置1对光电转换器做电信号和光信号间的转换；

      3、视现场PLC品牌、种类、协议的不同，在网络的不同节点布置网关产品做协议转换。

无线Wifi方案

      当现场不方便布线、或布线成本较高时，如老旧车间改造项目，通常需要通过无线来实现PLC本地联网。工业Wifi作为工业TCP/IP网络的常用技术，组网效果好、带宽大、可扩展性强，同时费用相对较高、存在一  定的现场干扰问题，对团队的无线实施经验有一  定要求。

具体联网思路：

      1、每个机台配置1台串口转wifi设备接入PLC的数据，通常建议安装在机台内部，天线视现场状况确认是否以馈线方式拉出到机台控制台外。

      2、同时，车间内步骤无线AP作为热点，确保车间网络全覆盖；

      3、无线AP以有线的方式汇聚到车间交换机网络，与机房服务器间进行数据交换；若车间与机房距离较远，则布置1对光电转换器做电信号和光信号间的转换；

      4、车间网络与机台之间以AP-Clinet点对多点模式实现数据的无线传输；

      5、视现场PLC品牌、种类、协议的不同，在网络的不同节点布置网关产品做协议转换。

无线Zigbee方案

      同样是无线方案，Zigbee技术是一套低功耗、低速率、自足自愈的标准技术规范，具备组建大规模网络的能力，具有极强的冗余能力。同时，因其带宽小、传输距离短，较适合用于机台密集、PLC数据不与其他业务共网的情况。

具体联网思路：

      1、每台机台内安装1台zigbee终端，zigbee终端的供电及安装可以选择机台的控制柜，终端天线可以拉出到机柜外面；

      2、Zigbee终端以自组网方式接入到安装于车间办公区内的通信网关，网关将Zigbee数据无缝转接入互联网中，每个Zigbee节点与socket端口号一一对应，网关以有线的方式与上位机通信。

如以下方案架构图：

      以上三种方案各有利弊，上海鋆锦作为专注于工业通讯解决方案的服务商，可按客户现场的实际情况，进行网络规划、方案设计、产品测试和现场实施。