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三 Web服务

计算机通信结构已从老的主机/终端(Mainframe-Terminal)，过渡到客户机/服务器(C/S)，再到现今的Web服务器/Browser浏览器方式，本文Web服务指的就是后者。
Web服务实际定义了3个标准：
(1)Web服务器使用HTML语言编程。
(2)Browser浏览器使用因特网浏览器：如微软Internet Explorer、网景公司Navigator等。
(3)网络传输协议为：基于TCP/IP的HTTP协议。
这样，从客户端就可用图形画面来务器进行动态交互了。
互联网上Web的出现可与计算机上出现的bbbbbbs相，用户可通过图形界面得到网上的各种资源，入网门坎大大降低，上网人数大大增加，这也是这两年为何网站和网民急剧增加的原因，也是为什么微软和网景为争夺浏览器市场份额而拼得你死我活的根源。
既然在IT领域，Web服务已非常成熟和成功，那么能否把它引入工业网络，使用户网络得到增值？答案是肯定的，施耐德公司已对此进行了有益的探索，很多用户也从中受益，了很多成果。

1. Web服务的可扩展性

目前，施耐德公司自动化产品中(如NOE、ETY以太网模板)已内置了许多通信和Web服务功能，用户可按自己的需要，实现不同层次的服务。
(1)层次A：无Web功能，用户可通过TCP/IP Modbus，实现Modbus信息交换和FDR(Faulty Device Replacement，故障设备在线换)，对设备监控和I/O服务。
(2)层次B：基本Web功能，通过内置web服务器，可对设备进行组态、配置、维护、监视诊断和建立文档，并对网络进行管理。
(3)层次C：可配置的Web功能，用户可自已制作网页，实现瘦客户机的人机界面功能，另外，还可实现信息的发布与订阅(也称全局数据功能)、带宽管理、I/O扫描器功能，完成高一步的所谓“协同自动化”理念，是一种增值服务。
(4)层次D：有效的Web服务，通过进一步扩展的服务，如将来的分布式控制、的人机界面，以及和IT网络紧密的连接；如通过电子邮件、手机短信、各种数据库接口，来实现管理网和控制网的无缝集成。

2. Web自动化给用户带来的优势

(1)对操作员：容易使用，因使用相同的浏览工具，而浏览器目前是的，还可从网上下载。
使用操作界面预先的知识和培训，可通过不同级链接，接至如操作、维护、工艺流程、产品资料等服务器，实现在线学习、操作、维护，以及局域网、本地网、远程网跨区域远程现场设备的监控功能。
(2)对企业管理人员：、具有扩展性、基于“瘦客户机”的人机界面，使信息可在企业内任何网络级别访问，随时掌握企业产品率、成品率及销售和财务状况，通过与SCM、ERP、CRM等互联，可及时了解市场变化、物流供给和企业资源等信息，保系统正常运行，创造企业良性循环。
(3)对IT管理人员：因使用标准化通用网络，故信息网和控制已合二为一，减少多重的数据库，减少系统集成的难度，降低总体费用。
由于使用通用组件，从网络、计算机到应用软件都降低了IT的采购开销，(如浏览器、网络计算机、瘦客户机、TCP/IP以太网等)，同时维护与备件费用也很低廉。
通过已有TCP/IP以太网，还可提供各种增值服务，如IP电话、IP视频等。
如用户有兴趣，IT人员还可把局域网接入Internet网，加上若干机制，如防火墙、等技术，用户可随时、随地以各种上网方式通过互联网来企业内信息。

四 Modbus和Modbus TCP的部分应用举例

(1)半导体制造业
设备：SA/PLC；功能：纯净水制作，化学液泄漏，清洁厂房空调和设施。
(2)纺织机械
设备：PLC/运动控制；功能：T恤衫口袋自动加装机。
(3)公共设施，如市、仓库、商务办公楼等
设备：PLC/PC；功能：配电，空调系统，加热与制冷。
(4)采矿业
设备：SA/PLC/DCS/以太网；功能：把远端相关信息送至主站，如火车、卡车运送情况等。
(5)塑料机械
设备：PLC/PC/网络；功能：通过网络对称重系统进行监视和控制。
(6)微电子业
设备：PLC/PC；功能：清洁厂房的空调，空气处理和真空，废料的处理，水处理，原料分配，环境监测，电力监控。
(7)食品和饮料业
设备：PLC/PC/MODEM；功能：对饮料进行、可重复、详细的检测和报告。
(8)水处理行业
设备：RTU/以太网/无线网；功能：功率表结合远程控制，可获得实时检测水泵的美元/加仑值。
(9)水泥制造业
设备：PLC/PC/网络；功能：水泥生产过程的自动化。
(10)核技术
设备：MCC/PLC/网络；功能：控制氚(氢的放射性同位素)的生产。
(11)起重设备
设备：PLC/DC Drives/AC Drives；功能：港口吊装机械的运行控制。
(12)冶金设备
设备：PLC/运动控制/DC Drives；功能：钢板长度的切割。
(13)供水系统
设备：PLC/PC/网络；功能：完成供水系统的监视和控制。

五 Modbus今后的发展

为好普及和推动Modbus在基于以太网上的分布式应用，目前施耐德公司已将Modbus协议的所有权移交给IDA(Interface for Distributed Automation，分布式自动化接口)组织(www.Modbus-)，并成立了Modbus-IDA组织，为Modbus今后的发展奠定了基础。作为一家非盈利、立、基于Web的社团，Modbus-IDA组织的任务是：鼓励自动化设备的立使用者和制造商，采用Modbus通信协议，使用分布式自动化架构，为多个市场提供相应产品。Modbus-IDA将提供基础平台，使用户能得到和共享协议、应用和认信息，终降低使用成本。Modbus-IDA被IEC授予的电气务标准组织“类别D”的联络员身份，目前正参与制造和过程自动化环境的数字化通信方面的定义，且已提交了基于TCP/IP的Modbus和R(Real-time Publish/Subscribe，实时数据的发布与订阅)协议，作为IEC的PAS(Publicly Available Specification，公共可用规范)。
施耐德公司在Modbus-IDA组织中的角色为：创建网站作为市场上共享信息的Web平台，帮助建立Modbus组织，成为立的、非盈利的组织，并在开放市场上管理Modbus协议。施耐德公司是Modbus-IDA创建成员，力把两上组织二合为一，目前还是Modbus-IDA组织中的执行成员和积参与者。作为Modbus的和市场的积推广者，施耐德公司仍将不遗余力地推动Modbus在能源、电力、建筑、基础设施 和工厂中的应用，并把Modbus内置于全系列产品中，现已实现的产品有：Web内置的功率设备；工业用计算机；软启动器和变频调速器；PLC；功率表和电路监视器；断路开关和中压继电器；为用户和使用的工业以太网专题">工业以太网工具；基于以太网的分布式I/O；工业以太网连接设备；工业以太网网关和设备服务器。

线上的多个节点在侦听到总线空闲时，同时向总线发送数据。
在CAN总线中，被传送的每一帧数据的级是由位于帧头的标识来决定，因此它们发送的是各自的标识数据。此时，只要有一个节点发送了位数据“0”，那么总线上的所有节点到的总线状态就是“0”；相反，只有当同时发送数据的节点所发送的位数据为“1”时，总线的状态才为“1”。因此，当某个节点侦听到网络空闲，开始发送标识数据以后，如果此节点在发送标识数据段的过程中，侦听到的总线状态与它自身所发送的数据位不一致，则此节点会认为有其他节点也在发送数据，总线处于竞争状态，而且其他节点的发送数据具有高的级，终此节点停止发送数据，节点返回至总线状态。
在目前的CAN2.0版本中，标识数据可以是11位或29位，DeviceNet只支持11位的标识，能够产生2032种不同的标识。在总线中，为了保证在并发情况下的一致性，不同的节点所发送数据的标识是不同的，这样才不会发生同时有多个节点传输各自的整个数据帧而产生冲突的情况。   DeviceNet协议规范来确定每个DeviceNet节点数据帧标识的分配，其中对于应用为普遍的M/S网络，DeviceNet协议了一套预先定义好的CAN数据帧的标识分配方案。
2 DeviceNet应用层协议
DeviceNet的应用层协议是用面向对象的方法来进行描述。它对协议本身所应完成功能进行了抽象和定义，把协议功能划分为多个模块，每个模块抽象出它所具有的属性、完成的任务和与其他模块的接口，然后把这个模块对象化。DeviceNet应用层协议的对象模型如图1所示：整个协议的结构是由对象为基本组成单元；对象之间通过数据交换相互联系。图中用对象之间的连线来表示这些联系，下面对这些对象的功能作简要介绍。非连接通讯对象是用于处理以本设备为目的地址的非连接数据包，它是这个设备与外部设备建立连接通讯的起始点。连接通讯对象的功能与非连接通讯对象的功能相对应，是完成对连接数据包的处理。路由对象对从上述2个通讯对象传来的数据包，根据数据包所指示的目的对象地址或此数据包所完成的功能，把收到的数据分发到相应的对象。数据汇集对象把本设备所需传输的数据集合在一起，组成本设备预先定义的数据格式以便传输；而对于收到的数据，按照一定的格式，抽取相应的数据发送给的对象。参数对象、设备身份对象和DeviceNet对象是对设备中的诸多参数的归类、封装，完成的功能比较简单。应用对象是针对具体设备完成复杂功能的对象，例如在DeviceNet的协议规范中，除了定义了基本的模拟量和数字量应用对象外，对于软启动器有软启动应用对象，对于位置控制器有位置控制器应用对象等，而且像这样定义的特定应用设备的对象还会随着DeviceNet设备的发展而不断增多。
3 DeviceNet应用层协议实现
在实际的DeviceNet产品应用中，目前都是M/S结构的协议实现，而且应用中为普遍的是运用对CAN的标识进行预先定义分配的方式来实现DeviceNet网络。以下介绍DeviceNet协议的实现。Redstation是DeviceNet的从设备，是一种智能开关设备，功能较为简单，整个设备的应用层对象由4个数字量输入和2个数字量输出组成，通过预定义CAN标识来完成数据帧的传送。
3.1 硬件部分
此设备的硬件部分主要由MCS51单片机8031，CAN控制器SJA1000，8 kb动态存储器6264，64kb EPROM27512，CAN总线驱动器82c51以及相应的外围电路组成，其原理图如图2所示。实际电路中还有相应的锁存器、电源保护电路、电路和设置节点地址及波特率的拨码开关等电路单元。
3.2 应用层协议部分
DeviceNet协议中，应用层协议的实现是通过编制程序来完成。此设备是基于单片机系统的，在实现过程中采用单片机的C语言。
DeviceNet应用层协议是通过面向对象的方式加以描述的，其中对于协议中的各个对象都详细定义了它们的属性、数据类型等基本信息；而且通过事件触发方式来具体定义了各个对象的行为：因此在实现过程中，可以按照面向对象的编程方法来编制协议原代码。
在面向对象编程中，除了定义对象的属性及行为以外，还要构造事件驱动的机制。这里指的事件驱动的机制包括事件的产生，事件队列的实现，事件处理级的规定，以及事件的处理等。在一般的面向对象的编程中，主要是完成事件的处理，其它的与事件相关的事情都是由操作系统来完成，对编程者来说是透明的，而在此相关事情则编程实现。面向对象的程序实现框架使各个对象之间的联系体现的十分明确，对象之间的关联都是与事件的触发紧密相关，整个程序结构非常清晰。
协议实现的软件主体结构，整个软件的编制工作都是围绕着“事件”而展开的。“事件”是由外部中断或程序内部产生，在实际程序中用事件变量来实现事件队列，它是一个无符号的整型变量，每个特定位代表某个具体的事件。
在程序的开始是对DeviceNet协议中的对象的定义，C51编译器不支持“类”，因此用“结构”类型来定义对象。在完成对CAN控制器和单片机芯片的初始化工作以后，主程序进入事件处理的无限循环。为了能够及时响应事件，在每完成一次事件的处理以后，都要执“e=bbbbbb_event”语句，刷新事件中间变量e。事件的级在定义事件的时候就已经确定了，低数据位事件具有高的级，如个数据位表示IO轮讯请求事件，它就具有的级，其他事件的级随着在bbbbbb_event中所被代表的数据位的上升而降低。的事件的响应较低级的事件为先，程序中“(e&IO_POLL_REQUEST)&&!(e&(IO_POLL_REQUEST-1))”语句是判定待执行的事件是否是事件队列中具有级的事件。在进入事件处理程序部分以后，事件队列中的此事件，以表明此事件已得到响应，然后再进行相应的程序执行。
4 结束语
DeviceNet的面向对象的协议描述能够清晰地阐明协议各模块之间的数据处理关系，此特点在实现中充分地体现出来；而且对象化的程序实现使得程序代码可以很方便的重复使用，在开发不同的设备时，原先的设备原代码大部分可以得到再利用，这样可以缩短产品开发的时间，同时也利于在实际应用中的推广。

由于工业生产现场的工作环境恶劣，干扰源众多，如大功率用电设备的起动或停止引起电网电压的波动形成低频干扰，电焊机、电火花加工机床、电机的电刷等通过电磁耦合产生的工频干扰等，都会影响PLC的正常工作。

以下介绍PLC的故障多发点：

1、类故障点(也是故障多的地点)在继电器、接触器。

如生产线PLC控制系统的日常维护中，电气备件消耗量大的为各类继电器或空气开关。主要原因除产品本身外，就是现场环境比较恶劣，接触器触点易打火或氧化，然后发热变形直至不能使用。所以减少此类故障应尽量选用继电器，改善元器件使用环境，减少换的频率，以减少其对系统运行的影响。     

2、二类故障多发点在阀门或闸板这一类的设备上。

因为这类设备的关键执行部位，相对的位移一般较大，或者要经过电气转换等几个步骤才能完成阀门或闸板的位置转换，或者利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。长期使用缺乏维护，机械、电气失灵是故障产生的主要原因，因此在系统运行时要加强对此类设备的巡检，发现问题及时处理。我厂对此类设备建立了严格的点检制度，经常检查阀门是否变形，执行机构是否灵活可用，控制器是否有效等，很好地保证了整个控制系统的有效性。     

3、三类故障点可能发生在开关、限位置、保护和现场操作上的一些元件或设备上。

其原因可能是因为长期磨损，也可能是长期不用而锈蚀老化。对于这类设备故障的处理主要体现在定期维护，使设备时刻处于完好状态。对于限位开关尤其是重型设备上的限位开关除了定期检修外，还要在设计的过程中加入多重的保护措施。     

4、四类故障点可能发生在PLC系统中的子设备。

这类设备如接线盒、线端子、螺栓螺母等处。这类故障产生的原因除了设备本身的制作工艺原因外还和安装工艺有关，如有人认为电线和螺钉连接是压的越紧越好，但在二次维修时很容易导致拆卸困难，大力拆卸时容易造成连接件及其附近部件的损害。长期的打火、锈蚀等也是造成故障的原因。根据工程经验，这类故障一般是很难发现和维修的。所以在设备的安装和维修中一定要按照安装要求的安装工艺进行，不留设备隐患。     

5、五类故障点是传感器和仪表。

这类故障在控制系统中一般反映在信号的不正常。这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端接地，并尽量与动力电缆分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆。这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。     

6、六类故障主要是电源、地线和信号线的噪声(干扰)。

问题的解决或改善主要在于工程设计时的经验和日常维护中的观察分析。

尽管PLC是专门在现场使用的控制装置，在设计制造时已采取了很多措施，使它对工业环境比较适应，但是为了确保整个系统稳定，还是应当尽量使PLC有良好的工作环境条件， 并采取必要的抗干扰措施。