4. 啟動服務器，如圖 14 所示。
在“服務”菜單中啟動虛擬串口服務器，就可以使已映射的虛擬串口能夠正常通訊。
圖 14 啟動虛擬串口服務器
虛擬串口服務器的啟動參數可由用戶設置，方便系統的日常管理與運行，如圖 15 所示。
圖 15 設置服務器的系統參數
4.2.3 虛擬串口的測試
PC 運行虛擬串口服務器之后，便在設備列表中多出了一組虛擬串口；虛擬串口的編號一般會從COM3 開始，具體編號會取決于PC 機的硬件配置。
可以使用超級終端軟件，對新建的虛擬串口進行通信測試。將1 臺測試PC（標識A 機）的標準串口連接到CAN232MB 轉換器的RS-232 端口，在另1 臺運行虛擬串口服務器軟件的測試PC（標識B 機）建立一條CAN-bus 網絡并連接到CAN232MB 轉換器的CAN 端口。
首先，設置并啟動虛擬串口服務器。遠程的虛擬串口按以下步驟進行測試：
第一步，A 機和B 機都打開超級終端軟件，設置所連接的串口屬性，例如將通訊波特率設為9600bps、數據位8、無奇偶校驗、停止位1、無流控制；這些參數要與CAN232MB轉換器的配置參數一致。
第二步，串行發送字符測試。在A 機的超級終端窗口中鍵入一些字符，在B 機的超級終端窗口中將會看到這些字符的出現。反之，在B 機的超級終端窗口中鍵入一些字符，在A機的超級終端窗口中也會出現同樣內容的字符。
圖 16 虛擬串口的串行發送字符測試
第三步，發送文件測試。點擊A 機的超級終端軟件菜單“傳送→發送文件…”，即可以發送指定的文件到B 機，文件保存在B 機的默認目錄中；反之亦然。
圖 17 虛擬串口的串行發送文件測試
有關虛擬串口的詳細說明，可以參考虛擬串口服務器的軟件幫助及技術文檔《構建CAN-bus 網絡中的虛擬串口》。
5 應用實例
在一個實際的油田控制系統中，需要由超過32 臺PLC 組建一個中型PLC 網絡。每一臺PLC 用于控制一套工作井站的現場設備。選用PLC 型號為OMRON 公司CPM2A 系列，不支持現場總線CAN-bus 網絡，但集成有1 個RS-232 通訊端口。單臺PLC 之間的最大距離超過了10Km 距離，但這個油田控制系統要求能夠在同一個主控制器上，對每一臺現場的PLC 實時監控。由于各個現場PLC 工作點距離很遠，主控制器PC 不可能實現每一臺PLC設備的單獨電纜連接。因此，將各臺PLC 設備通過現場總線CAN-bus 網絡連接，組建一個地區范圍內的PLC 網絡，從而實現PLC 遠程維護、數據實時監控，既能夠大大提高系統的管理效率，也可以有效地降低網絡建設成本。
井站的PLC 設備集成有1 個RS-232 串行通訊端口，通過CAN232MB 轉換器連接到現場總線CAN-bus 網絡。主控制器PC 內置1 塊PC-CAN 接口卡，型號為PCI-9840 接口卡，可以使PC 成為CAN-bus 網絡中的節點，能夠同時管理4 路物理獨立的CAN-bus 網絡。
5.1 CAN-bus 網絡的相關概念
現場總線CAN-bus 網絡的拓撲結構一般使用直線結構，如圖 18 所示。所有CAN-bus設備節點通過短分支線連接至CAN-bus 網絡的主干線；短分支線不宜過長，一般必須小于3～6 米。如果因網絡布線、地理環境等因素，需要改變CAN-bus 網絡的拓撲結構，則可以通過CANbridge 網橋或CANHub 集線器。
圖 18 CAN-bus 網絡的拓撲結構
在CAN-bus 網絡布線中，必須注意終端電阻的連接。CAN-bus 主干線的最遠兩端必須各端接一個120Ω 的終端電阻；主干線上的其它任何CAN-bus 節點則不用連接終端電阻。
設定為5Kbps 波特率時，使用截面積為Φ1.5 mm2 的普通雙絞線，CAN-bus 總線至少可以達到6～7Km 的通訊距離。通常，隨著通訊距離的加長，需要適當加大通訊電纜線的截面積。通信距離與波特率的關系如圖 19 所示。
圖 19 CAN-bus 網絡的波特率與通訊距離的關系
隨著網絡中CAN-bus 節點數量的增加，最大通訊距離會有所降低，同一條CAN-bus 網絡中的節點數量達到100 個時，最大通訊距離至少會減少20%左右。通過在CAN-bus 網絡的合理位置安裝CANbridge 網橋，就可以使CAN-bus 網絡延長1 倍的通訊距離，并可以增加連接1 倍的CAN-bus 節點數目。
5.2 PLC 串行通訊協議
OMRON 公司CPM 系列中小型PLC 的串行通訊使用“命令－應答”通信方式，工控PC 可通過對串口編程的方式與CPM 系列PLC 實現數據通信。PC 與PLC 實現一次數據交換的過程，即傳輸的命令和應答之數據總和稱為一幀，一幀最多可包含131 個數據字符。OMRON 公司PLC 采用HOSTbbbb 通訊協議。
5.2.1 HOSTbbbb 命令幀格式
PC 機遵循HOSTbbbb 命令幀的格式，向PLC 發送命令。HOSTbbbb 命令幀如圖 20所示。
圖 20 OMRON 公司PLC 命令幀格式
HOSTbbbb 命令幀的規定如下：
●@符號必須置于每個命令的開頭；
●節點號，用來辨識每一臺PLC 的節點地址；
●讀/寫，指明PLC 的哪個寄存器單元，例讀寫IR/SR 區時它的識別碼設置分別為RR和WR，讀寫DM 區分別為RD 和WD。
●FCS，設置兩字符的幀檢查順序碼，是一個轉換成2 個ASCII 字符的8 位數據，這8 位數據為從幀開始到正文結束（即FCS 之前）所有數據執行“異或”操作的結果。
●終止符設置“＊”和回車兩字符，表示命令結束。
HOSTbbbb 命令幀可以有最多131 個字符長。一個等于或大于132 字符的命令必須分成若干幀。命令分段，使用回車定界符（CHR $（13））。
5.2.2 HOSTbbbb 應答幀格式
PLC 對于接收到的正確命令幀，都會給予數據響應，發送HOSTbbbb 應答幀，格式如圖 21 所示。
圖 21 OMRON 公司PLC 應答幀格式
識別碼、正文取決于PLC 接收到的上位機聯結命令，結束字表示命令完成的狀態（即是否有錯誤發生），當應答幀的長度超過132 字符，它必須分成若干幀。
結束字是應答幀中表示PLC 應答的信息。例結束字代碼為00 表示正常結束，13 表示FCS 錯誤，14 表示格式錯誤，15 表示入口碼數據錯誤，18 表示幀長度錯誤，A3 表示傳輸數據時因FCS 錯誤引起終止，A8 表示傳輸數據時，因幀長度錯誤引起終止。
5.3 PLC 與網關CAN232MB 的連接
CPM 系列PLC 集成1 個RS-232 串行通訊端口，采用DB9 孔型插座；CAN232MB 轉換器集成1 個RS-232 串行通訊端口，也采用DB9 孔型插座。
按下面的連接方法，可以快速制作CPM 系列PLC 與網關CAN232MB 之間連接的通信電纜；此通訊電纜也可用于PC 與OMRON 公司PLC 之間通訊。制作材料包括兩個DB9 針型直腳連接器，3 根細導線，少量焊接工具。
圖 22 DB9 針連接器和引腳定義
串行通信電纜一端連接CAN232MB 轉換器，另一端連接CPM 系列PLC。注意，通訊電纜的兩個DB9 端口不可互換。通訊電纜的連接示意如圖 23 所示。
5.4 CXP 軟件與PLC 通訊
CXP 軟件是OMRON 公司CPM 系列PLC 的集成開發環境。這里，將通過CXP 軟件與PLC 的串行通訊功能，對建立的虛擬串口進行測試，驗證PLC 網絡的可靠性。
打開CX-Programmer 軟件，選擇一個通信端口。例如，選擇剛才由虛擬串口服務器軟件建立的串口COM3，如圖 24 所示。
圖 24 在CXP 軟件中選擇PLC 通信端口
點擊“PLC”菜單的“自動在線”項目，CXP 軟件會自動查找對應的PLC 類型。一旦通過COM3 與PLC 成功建立了通訊連接，就可以對PLC 進行編程、擦除、調試等操作；這與使用標準串口COM1、COM2 的操作方式完全一致，如圖 25 所示。
圖 25 通過虛擬串口對PLC 進行遠程配置
5.5 PLC 與網關CAN485MB 的連接
OMRON 公司的CXP 軟件可以在一個RS-485 標準的串行通訊端口上連接多達32 臺CPM2A 系列PLC 設備；每臺PLC 設備都需要預先設定一個唯一的5 位地址編號，用于在RS-485 網絡中區分各臺PLC 設備。
RS-485 標準是一種多點網絡通訊方式。按照前面描述的方式，通過網關CAN485MB 轉換器，可以建立一個符合RS-485 標準的虛擬串口。CPM2A 系列PLC 可以借助于RS-232轉RS-485 電平轉換器，得到一個RS-485 標準的通訊端口。多臺預設地址編號的PLC 可以通過RS-485 串行通訊方式聯網，并與CAN485MB 轉換器組成1～32 個節點、1Km 距離范圍內、RS-485 標準的PLC 網絡。網絡結構如圖 26 所示。
圖 26 由網關CAN485MB 組建小型PLC 網絡
按上述方式，整個地區的PLC 網絡可以由多個網關CAN485MB 轉換器構建面成，而每一個網關CAN485MB 轉換器都可以組建一個RS-485 標準的小型PLC 網絡構成。這樣，就可以形成大型的星形PLC 網絡。
5.6 PLC 網絡的組態開發
通過網關CAN232MB 轉換器或CAN485MB 轉換器可以建立多個虛擬串口，用于連接PLC 設備。虛擬串口的操作方式與PC 標準串口完全相同。
通常的組態環境（例如昆侖通態MCGS、組態王KingView 等）都可以按串行通訊設備驅動的方式支持OMRON 公司PLC 設備的開發。如果組態環境可以支持按多串口方式擴展的多臺PLC 設備，同樣也可以支持基于現場總線CAN-bus 網絡的虛擬串口方式構建的串行PLC 網絡。
需要注意的是，串行PLC 網絡基于現場總線CAN-bus 而構建，每一條命令幀/響應幀都需要一定的傳輸時間。例如，當CAN-bus 總線的通訊波特率設置為10Kbps 時，傳輸30 字節的命令幀至少約需60mS 傳輸時間；加上響應幀的延遲，PLC 網絡中的任何一臺PLC 與工控PC 需要約150mS 才能夠執行1 次完整的通訊過程。這一時間即單臺PLC 通訊周期。按此參數計算，當使用1 條現場總線CAN-bus 網絡，建立有30 臺PLC 設備構成的PLC 網絡時，工控PC 主動查詢一遍所有PLC 設備的狀態，大概需要花費約30 倍的單臺PLC 通訊周期。應用組態環境開發PLC 網絡時，用戶必須重視網絡的通訊延遲因素，并在組態環境中設置相關的定時參數；否則，可能會導致組態環境不能夠正常運行。
我們可以通過一些方法來提高PLC 網絡的響應速度。解決方法之一是增加CAN-bus 網絡的數量，由此減少每一個CAN-bus 網絡中的PLC 設備數量；另外，提高CAN-bus 網絡的通訊波特率也可以獲得相同的效果，它的代價是會縮短CAN-bus 網絡的通訊距離。
6 結束語
本文介紹的實例“通過現場總線CAN-bus 網絡對多臺PLC 進行聯網控制”已經通過了實際項目的運行考驗，現場作業的網絡長度達到7Km 以上。在系統的實際運行中，現場總線CAN-bus 的穩定性、抗干擾能力得到充分的體現。在這個工程項目中，不需要改變原有的PC 控制平臺，可以將現有控制設備無縫地嵌入先進的現場總線網絡，構成新一代的DCS分布式控制系統。方案以較低的成本投入，換取了現場自動化網絡的大跨度提升。在煤礦遠傳、電力通信、石油采集等行業，該方案都有著廣泛的市場，較高的應用價值。
圖 27 克拉瑪依油田的小型PLC 網絡
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
