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1、第九章 PLC通讯与计算机网络,教学提示：PLC除了用于单机控制系统外，还能与其它PLC、计算机或者可编程设备如变频器、打印机、机器人等连接，构成数据交换的通信网络，实现网络控制与管理系统,教学要求：本章让学生了解有关数字通信的基本知识和基本实现方法。重点让学生了解FX系列PLC的N：N链接与并行链接通信协议、计算机链接通信协议、无协议通信方式及其应用,9.1 PLC通信的基本知识,9.1.1 数据通信系统构成,9.1.2 数据通信方式及传输速率,9.2 PLC与PLC之间的通信,9.1.3 串行通信接口标准,9.2.1 N:N链接通信,9.3 计算机链接与无协议数据传输,9.1.4 开放式系
2、统互联参考模型,9.2.2 双机并行链接通信,第九章 PLC通讯与计算机网络,9.3.1 N:N链接通信,9.3.1 N:N链接通信,9.3.1 N:N链接通信,9.1 PLC通信的基本知识,9.1.1 数据通信系统构成,PLC网络中的任何设备之间的通信，都是使数据由一台设备的端口发出（信息发送设备），经过信息传输通道（信道）传输到另一台设备的端口进行接收（信息接收设备）。一般通信系统由信息发送设备、信息接收设备和通信信道构成，基于该通信系统硬件的信息传送、交换和处理则依靠通信协议和通信软件的指挥、协调和运作。图9.1表示了一个数据通信系统的基本构成,图 9.1 数据通信系统的构成框图,PLC
3、与计算机除了作为信息发送与接收设备外也是系统的控制设备。为确保信息发送和接收的正确性和一致性，控制设备必须按照通信协议和通信软件的要求对信息发送和接收过程进行协调,信息通道是数据传输的通道。选用何种信道媒介应视通信系统的设备构成不同以及在速度、安全、抗干扰性等方面的要求的不同而确定。PLC数据通信系统一般采用有线信道,通信软件是人与通信系统之间的一个接口，使用者可以通过通信软件了解整个通信系统的运作情况，进而对通信系统进行各种控制和管理,9.1.2 数据通信方式及传输速率,1.并行通信,并行通信是指以字节或字为单位、同时将多个数据在多个并行信道上同时进行传输，如图9.2所示,图9.2 8位数据
4、并行传输的示意图,2.串行通信,串行通信是指以二进制的位(bit)为单位，对数据一位、一位顺序成串传送的通信传输方式 。图9.3是8位数据串行传输的示意图,图9.3 8位数据串行传输示意图,（1）异步串行通信,异步通信传输的数据以字符为单位，而且字符间的发送时间是异步的 。图9.4是异步串行通信的数据传送格式,图9.4 异步串行通信的数据传送格式,（2）同步串行通信,同步传输时，一个信息帧中包含多个字符，每个信息帧用同步字符作为开始,3单工与双工通信,按照信息在设备间的传输方向，串行通信还可分为单工与双工通信，双工通信又分为半双工和全双工两种方式，分别如图9.5中的(a)、(b)、（c）所示,
5、（a）,（b）,（c）,图9.5 单工、半双工和全双工通信方式,(a)单工通信方式；(b)半双工通信方式；(c)全双工通信方式,双工通信方式的信息可以沿两个方向传送，每一个站既可发送数据，也可接收数据,半双工方式用同一组线接收和发送数据，通信的双方在同一时刻只能发送数据或只能接收数据,全双工方式中数据的发送和接收分别由两根或两组不同的数据线传送，通信的双方都能在同一时刻接收和发送信息,在串行通信中，用“波特率”来描述数据的传输速率。波特率即每秒传送的二进制位数，其符号为bps (bits per second)。常用的标准传输速率为30038400bps等。不同的串行通信网络的传输速率差别极大
6、，有的只有数百bps，高速串行通信网络的传输速率可达1000M(1G)bps,4传输速率,9.1.3 串行通信接口标准,1. RS-232C接口标准,(1) RS-232C的电气特性,RS-232C采用负逻辑，典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15V，负电平在-15-5V电平,当无数据传输时，线上为TTL电平，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232C电平再返回TTL电平,传送距离最大为约15m，最高速率为20kbps，只能进行一对一的通信,(2) RS-232C的标准接口,如图9.6所示为RS-232C的标准接口，共有25条
7、线，其中4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线，其管脚定义如表9.1所示,表9.1 25针D型连接器的管脚定义表,续表,2RS-422A接口标准,RS-422A采用平衡驱动、差分接收电路，取消了信号地线,它的引脚数由RS-232C的25个增加到了37个引脚，因而比RS-232C多了10种新功能,相比RS-232C的单端收发方式来说，RS-422A在抗干扰性方面得到了明显的增强,RS-422A在最大传输速率(10Mbits)时，允许的最大通信距离为12m,传输速率为100kbps时，最大通信距离为1200m，一台驱动器可以连接10台接收器,3RS-485接口标准,RS-485与
8、RS-422A的区别仅在于RS-485的工作方式是半双工，RS-422A为全双工，两对平衡差分信号线分别用于发送和接收。RS-485为半双工，只有一对平衡差分信号线，不能同时发送和接收,RS-485与RS-422A一样，都是采用差动收发的方式，而且输出阻抗低，无接地回路，所以它的抗干扰性好，传输速率可以达到10Mbps,9.1.4 开放式系统互联参考模型 (OSIRM),（1）物理层,（2）数据链路层,（3）网络层,（4）传送层,（5）会话层,（6）表示层,（7）应用层,9.2 PLC与PLC之间的通信,9.2.1 N：N链接通信,N：N链接通信协议用于最多8台FX系列PLC的辅助继电器和数据
9、寄存器之间的数据的自动交换，其中一台为主机，其余的为从机,N：N网络中的每一台PLC都在其辅助继电器区和数据寄存器区分配有一块用于共享的数据区，这些辅助继电器和数据寄存器见表9.2,表9.3,图9.8为N：N网络数据传输示意图,表9.2 N：N网络链接时相关的辅助继电器,表示在本站中出现的通信错误数，不能在CPU出错状态、程序出错状态和停止状态下计录,注：,表示与从站号一致。例如：1号站为M8184、2号站为M8185、3号站为M8186,表9.3 N：N网络链接时相关的数据寄存器,续表, 表示在本站中出现的通信错误数，不能在CPU出错状态、程序出错状态和停止状态下纪录,注：, 表示与从站号一
10、致。例如：1号从站为D8204、D8212，2号从站为D8205、D8213，3号从站为D8206、D8214,图9.8 N：N网络数据传输示意图,1N：N链接网络的通信设置,（1）工作站号设置(D8176),D8176的设置范围为07，主站应设置为0，从站设置为17,（2）从站个数设置(D8177),D8177用于在主站中设置从站总数，从站中不须设置，设定范围为07之间的值，默认值为7,（3）刷新范围（模式）设置(D8178),刷新范围是指在设定的模式下主站与从站共享的辅助继电器和数据寄存器的范围,表9.4 是D8178对应的三种刷新模式，表9.5是三种模式设置所对应的PLC中辅助继电器和数
11、据寄存器的刷新范围，这些辅助继电器和数据寄存器供各站的PLC共享,表9.4 N：N网络的刷新模式,表9.5 三种刷新模式对应的辅助继电器和数据寄存器,（4）重试次数设置(D8179),D8179用以设置重试次数，设定范围为010(默认值为3)，该设置仅用于主站。当通信出错时，主站就会根据设置的次数自动重试通信,（5）通信超时时间设置(D8180),D8180用以设置通信超时时间，设定范围为5255(默认值为5)，该值乘以10ms就是通讯超时时间。该设置限定了主站与从站之间的通信时间,【例9-1】编制N：N网络参数的主站设定程序,2N：N网络通信举例,图9.9 N：N网络参数的主站设定程序,【例
12、9-2】 有3台FX2N系列PLC通过 N：N并行通信网络交换数据，设计其通信程序。该网络的系统配置如图9.10所示,图9.10 1：2 PLC并行网络连接,该并行网络的初始化设定程序的要求如下：, 刷新范围：32位元件和4字元件(模式1), 重试次数：3次, 通信超时：50ms,该并行网络的通信操作要求如下：,通过M1000M1003，用主站的X00X003来控制1号从站的Y100Y013,通过M1064M1067，用1号从站的X000X003来控制2号从站的Y014Y017,通过M1128M1131，用2号从站的X000X003来控制主站的Y020Y023,主站的数据寄存器Dl为1号从站的
13、计数器C1提供设定值。C1的触点状态由M1070映射到主站的输出点Y005, 主站中的数据寄存器D2为2号从站计数器C2提供设定值。C2的触点状态由M1140映射到主站的输出点Y006, 1号从站D10的值和2号从站D20的值在主站相加，运算结果存放到主站的D3中, 主站中的D0和2号从站中D20的值在1号从站相加中，运算结果存入1号从D11, 主站中的D0和1号从站中D10的值在2号从站中相加，运算结果存入2号从站D21,设计满足上述通信要求的通信程序，首先应对主站、从站1和从站2的通信参数进行设置（见表9.6），其主站的通信参数设定程序如图9.9所示。图9.11、图9.12和图9.13分别
14、是主站、从站1和从站2的通信程序,解：,表9.6 例题9-2中的主站、从站1和从站2的通信参数设置,图9.11 主站的通信程序,图9.12 从站1的通信程序,图9.13 从站2的通信程序,9.2.2 双机并行链接通信,双机并行链接是指使用RS-485通信适配器或功能扩展板连接两台FX系列PLC（即1：1方式）以实现两PLC之间的信息自动交换 (见图9.14),图9.14 双机并行链接,1：1并行连接有一般模式和高速模式两种,M8162=OFF时，并行连接为一般模式（如图9.15）,M8162=ON，并行连接为高速模式（如图9.16）,主从站分别由M8070和M8071继电器设定：,M8070=
15、ON时，该PLC被设定为主站,M8071=ON时，该PLC被设定为从站,图9.15 一般模式通信示意图,图9.16 高速模式通信示意图,【例9-3】 2台FX2N系列PLC通过 1：1并行链接通信网络交换数据，设计其一般模式的通信程序,通信操作要求为：,主站X000X007的ONOFF状态通过M800M807输出到从站的Y000Y007,当主站计算结果(D0+D2) 100时，从站的Y010变为ON,从站中的M0M7的ONOFF状态通过M000M007输出到主站的Y000Y007,从站D10的值用于设定主站的计时器(T0)值,图9.17 1：1并行链接一般模式通信程序,主站与从站的程序如图9.
16、17所示,【例9-4】 2台FX2N系列PLC通过 1：1并行链接通信网络交换数据，设计其高速模式的通信程序,通信操作要求为：,当主站的计算结果100时，从站Y010变ON,从站的D10的值用于设定主站的计时器(T0)值,图9.18 1：1并行链接高速模式通信程序,9.3 计算机链接与无协议数据传输,9.3.1 串行通信协议的格式,通信格式决定了计算机链接和无协议通信方式的通信设置（数据长度、奇偶校验形式、波特率和协议方式等）。因此，为了保证PLC和计算机之间通信时发送和接收数据正确完成，系统的通信必须按规定的通信协议的格式处理,PLC程序对16位的特殊数据寄存器D8120设置通信格式,D8120可设置通信的数据长度、奇偶校验形式、波特率和协议方式。D8120的设置方法见表9. 7, 表中的b0为最低位，b15为最高位。设置好后，需关闭PLC电源，然后重新接通电源，才能使设置有效。表9. 8是D8120的位定义。除D8120
