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[摘要]介绍船舶PLC网络的生产金字塔和复合型的拓扑结构，并建立船舶PLC网络各层间的通信，最终实现计算机与PLC的链接通信，以及组建船舶PLC网络注意事项。
[关键词]PLC网络 船舶自动化 船舶控制 通信
中图分类号：TN91文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）0410016－01
一、引言
目前，PLC（可编程控制器）作为工业控制的重要设备，几乎应用到国民经济的各个部门，已成为现代工业自动化的三大支柱（ PLC、机器人和CAD/CAM）之一。PLC 的应用已经在船舶自动控制领域里面得到广泛的应用，但现在船舶的自动化多以集中式控制为主，无法快速进行控制信号的交流，利用互联网技术的不断开发，船舶的自动控制也可以向网络多级分布式方向发展，建立船舶的PLC网络及通信，能更快得进行信号的传输，就能更有效地提高船舶自动化程度。
二、船舶PLC网络建立的方案
船舶综合自动化是包括电站自动化、机舱自动化、航行自动化、信息一体化、装载自动化等于一体的多功能综合
系统，例如主机遥控、机舱监测报警、电站管理、泵浦控制、液位遥测和压载控制，冷藏集装箱监控、自动导航等。整个系统的功能可以由PLC生产金字塔PP（Productivity Pyramid）结构来实现，即建立PLC网络。
（一）船舶PLC网络结构
根据船舶被控对象及功能的不同，PLC网络可分为上层、中间层和底层的生产金字塔结构。由上到下，各层都发挥不同的作用：上层负责船舶作业的管理；中间层负责船舶作业过程的监控和优化；下层负责现场控制及检测。如图1：
图1 船舶PLC生产金字塔结构
（二）复合型的拓扑结构
船舶上层可设二个工作母站、中层为若干个分控制系统，底层为若干个工作分站组成。一个工作母站设在机舱控制室另一个设在驾驶室。两个工作母站完全独立，可同时或单独操作，并互为备用。分控制系统将根据船舶的种类和自动化的程度而定，底层的工作站直接连接机械设备或船用传感器等直接进行现场控制。
三、船舶PLC的通信方式
在PLC网络中有并行通信和串行通信两种方式，船舶的PLC通信赖于这两种方式实现，而船用的PLC生产厂商比较多有三菱、西门子、欧姆龙、施耐德等，这些型号的PLC使用有差异，但在建立PLC网络方面有些相似。下面以OMRON（欧姆龙）的网络通信进行讨论。
（一）OMRON的PLC网络通信
OMRON的PLC网络结构体系由上至下大体可分为三个层次：上层信息层、中层控制层和底层器件层。信息层是最高层，负责系统的管理与决策。它实现船舶控制信号的人机对话，使得PLC与计算机之间进行交流；实现计算机对PLC的管理和监控；控制层是中间层，负责生产过程的监控、协调和优化，它实现船舶控制层信号相互交换，使得PLC与PLC之间产生联系；器件层是最底层，为现场总线网，直接面对现场器件、设备和船用传感器，负责现场信号的采集及执行元件的驱动，传达设备与PLC之间的信息。
（二）PLC通信的连接系统
为了实现船舶PLC网络各层之间的联系，各层之间就必须有效连接，一般按照层次可分为：下级连接系统、同级连接系统和上级连接系统，构成复合型PLC网络通信系统。
下级连接系统是实现船舶远距离的分散检测和控制，如控制远程的船舶电机或采集传感器的信号（燃油温度、滑油压力、主机转速等信号），有CompoBus/D、CompoBus/S和Remote I/O网；同级连接系统使船舶PLC通过串行通信接口相互连接起来，其中的PLC是并行运行的，并通过数据交换相互联系（如主机遥控控制系统与机舱监测报警系统之间的联系等），以适应船舶大规模控制的要求，有SYSMAC NET、SYSMAC Link、Controller Link和PLC Link网；上级连接系统是自动化综合管理系统，使船舶的各个控制系统中的PLC与计算机连接起来，计算机作为上位机，PLC作为下位机进行通信，有Ethernet网、HOST Link网和RS-232/485端口通信。
（三）计算机与PLC的链接通信
计算机与PLC的链接通信是实现船舶人机交流的最关键部分，也是实现船舶自动化最重要部分，即为上位机链接通信，PLC接收到从上位机发来的命令时自动返回应答，在一次交换中传输的命令或应答数据为一帧。上位机必须有一个能够控制命令和应答传送及接收的程序专用于PLC通信接口模块，通信可采用Delphi5.0等语言编程软件得以实现。
四、船舶PLC的网络及通信的注意事项
（1）在选择网络类型要注意明确各网的适用范围，如：Device Net 网，只用于控制现场，通过I/O单元直接监控一个或一组设备。Controller Link网不仅能对一个区域的多个Device Net网进行监控和管理，还能直接监控现场设备，兼有Ethernet 网和Device Net 网的功能，应用较灵活。Ethernet网是PLC网络的最高层次，船舶的管理层通过Ethernet网对整个网络或大的区域的Controller Link 网及Device Net网进行监控、管理和发布命令。但Ethernet网不能直接连接现场设备，它的命令必须通过Controller Link 网和Device Net网才能实施。
（2）要考虑船舶PLC组网的成本：在OMRON PLC的三级网络中，Ethernet网的通信速度快但工程造价较高，Controller Link 次之，Device Net网相对成本较低。目前应用较多的是Controller Link 网和Device Net网。在建立网络时，要根据船舶设备使用和控制要求、工作范围及所传送信息的实时程度，确定组PLC网络。
（3）在船舶PLC自动控制调试过程中，应由下层开始检查调试，切勿跳层或跳级调试。
五、结束语
PLC已经在船舶控制领域得到广泛的运用，随着网络技术的不断提高和发展，船舶的PLC控制能力和控制范围也在不断扩大。大力推广船舶PLC网络技术，必将加快我国船舶自动化、智能化的发展步伐，成为世界造船大国。
参考文献：
[1]王海瑞[1]，宁炳功[2]. OMRON PLC 网络技术的研究及其应用[J].计算机自动测量与控制，2001 （9）： 52-53.
[2]盖晓华[1]，刘叔军[2]，和小玲[3]. 基于PLC 的工业控制网络的设计与研究[J].自动化仪表，2004 （10）：14-17.
[3]王兆明， 电气控制与PLC技术[M] . 北京:清华大学出版社，2005.
[关键词]PLC网络 船舶自动化 船舶控制 通信
中图分类号：TN91文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）0410016－01
一、引言
目前，PLC（可编程控制器）作为工业控制的重要设备，几乎应用到国民经济的各个部门，已成为现代工业自动化的三大支柱（ PLC、机器人和CAD/CAM）之一。PLC 的应用已经在船舶自动控制领域里面得到广泛的应用，但现在船舶的自动化多以集中式控制为主，无法快速进行控制信号的交流，利用互联网技术的不断开发，船舶的自动控制也可以向网络多级分布式方向发展，建立船舶的PLC网络及通信，能更快得进行信号的传输，就能更有效地提高船舶自动化程度。
二、船舶PLC网络建立的方案
船舶综合自动化是包括电站自动化、机舱自动化、航行自动化、信息一体化、装载自动化等于一体的多功能综合
系统，例如主机遥控、机舱监测报警、电站管理、泵浦控制、液位遥测和压载控制，冷藏集装箱监控、自动导航等。整个系统的功能可以由PLC生产金字塔PP（Productivity Pyramid）结构来实现，即建立PLC网络。
（一）船舶PLC网络结构
根据船舶被控对象及功能的不同，PLC网络可分为上层、中间层和底层的生产金字塔结构。由上到下，各层都发挥不同的作用：上层负责船舶作业的管理；中间层负责船舶作业过程的监控和优化；下层负责现场控制及检测。如图1：
图1 船舶PLC生产金字塔结构
（二）复合型的拓扑结构
船舶上层可设二个工作母站、中层为若干个分控制系统，底层为若干个工作分站组成。一个工作母站设在机舱控制室另一个设在驾驶室。两个工作母站完全独立，可同时或单独操作，并互为备用。分控制系统将根据船舶的种类和自动化的程度而定，底层的工作站直接连接机械设备或船用传感器等直接进行现场控制。
三、船舶PLC的通信方式
在PLC网络中有并行通信和串行通信两种方式，船舶的PLC通信赖于这两种方式实现，而船用的PLC生产厂商比较多有三菱、西门子、欧姆龙、施耐德等，这些型号的PLC使用有差异，但在建立PLC网络方面有些相似。下面以OMRON（欧姆龙）的网络通信进行讨论。
（一）OMRON的PLC网络通信
OMRON的PLC网络结构体系由上至下大体可分为三个层次：上层信息层、中层控制层和底层器件层。信息层是最高层，负责系统的管理与决策。它实现船舶控制信号的人机对话，使得PLC与计算机之间进行交流；实现计算机对PLC的管理和监控；控制层是中间层，负责生产过程的监控、协调和优化，它实现船舶控制层信号相互交换，使得PLC与PLC之间产生联系；器件层是最底层，为现场总线网，直接面对现场器件、设备和船用传感器，负责现场信号的采集及执行元件的驱动，传达设备与PLC之间的信息。
（二）PLC通信的连接系统
为了实现船舶PLC网络各层之间的联系，各层之间就必须有效连接，一般按照层次可分为：下级连接系统、同级连接系统和上级连接系统，构成复合型PLC网络通信系统。
下级连接系统是实现船舶远距离的分散检测和控制，如控制远程的船舶电机或采集传感器的信号（燃油温度、滑油压力、主机转速等信号），有CompoBus/D、CompoBus/S和Remote I/O网；同级连接系统使船舶PLC通过串行通信接口相互连接起来，其中的PLC是并行运行的，并通过数据交换相互联系（如主机遥控控制系统与机舱监测报警系统之间的联系等），以适应船舶大规模控制的要求，有SYSMAC NET、SYSMAC Link、Controller Link和PLC Link网；上级连接系统是自动化综合管理系统，使船舶的各个控制系统中的PLC与计算机连接起来，计算机作为上位机，PLC作为下位机进行通信，有Ethernet网、HOST Link网和RS-232/485端口通信。
（三）计算机与PLC的链接通信
计算机与PLC的链接通信是实现船舶人机交流的最关键部分，也是实现船舶自动化最重要部分，即为上位机链接通信，PLC接收到从上位机发来的命令时自动返回应答，在一次交换中传输的命令或应答数据为一帧。上位机必须有一个能够控制命令和应答传送及接收的程序专用于PLC通信接口模块，通信可采用Delphi5.0等语言编程软件得以实现。
四、船舶PLC的网络及通信的注意事项
（1）在选择网络类型要注意明确各网的适用范围，如：Device Net 网，只用于控制现场，通过I/O单元直接监控一个或一组设备。Controller Link网不仅能对一个区域的多个Device Net网进行监控和管理，还能直接监控现场设备，兼有Ethernet 网和Device Net 网的功能，应用较灵活。Ethernet网是PLC网络的最高层次，船舶的管理层通过Ethernet网对整个网络或大的区域的Controller Link 网及Device Net网进行监控、管理和发布命令。但Ethernet网不能直接连接现场设备，它的命令必须通过Controller Link 网和Device Net网才能实施。
（2）要考虑船舶PLC组网的成本：在OMRON PLC的三级网络中，Ethernet网的通信速度快但工程造价较高，Controller Link 次之，Device Net网相对成本较低。目前应用较多的是Controller Link 网和Device Net网。在建立网络时，要根据船舶设备使用和控制要求、工作范围及所传送信息的实时程度，确定组PLC网络。
（3）在船舶PLC自动控制调试过程中，应由下层开始检查调试，切勿跳层或跳级调试。
五、结束语
PLC已经在船舶控制领域得到广泛的运用，随着网络技术的不断提高和发展，船舶的PLC控制能力和控制范围也在不断扩大。大力推广船舶PLC网络技术，必将加快我国船舶自动化、智能化的发展步伐，成为世界造船大国。
参考文献：
[1]王海瑞[1]，宁炳功[2]. OMRON PLC 网络技术的研究及其应用[J].计算机自动测量与控制，2001 （9）： 52-53.
[2]盖晓华[1]，刘叔军[2]，和小玲[3]. 基于PLC 的工业控制网络的设计与研究[J].自动化仪表，2004 （10）：14-17.
[3]王兆明， 电气控制与PLC技术[M] . 北京:清华大学出版社，2005.