PLC通信及网络技术

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1、第九章 PLC通信与网络技术 概述 FX系列PLC计算机链接通信协议 N：N链接与并行链接通信协议 无协议通信方式与RS通信指令 PC与PLC通信编程实例概述 计算机通信方式与传输速率 并行通信与串行通信 异步通信与同步通信 单工与双工通信 传输速率 串行通信接口标准 RS-232C RS-422A RS-485计算机通信方式与传输速率 并行通信与串行通信 并行通信：是以字节或字为单位的数据传输方式，除8根或 16根数据线、1根公共线外，还需通信双方联络用的控制线 。并行通信：传送速度快、传输线的根数多，抗干扰能力较差 ，一般用于近距离数据传送。如：PLC基本单元、扩展单元 、特殊模块间的数据

2、传送。 串行通信：是以二进制的位为单位的数据传输方式，每次只 传送一位、最少只需两根线(双绞线)就可连接多台设备，组 成控制网络。串行通信：需要的信号线少，适用于距离较远的场合。PC 与PLC都有通用的串行通信接口，如：RS232C或RS-485 接口，工业控制中计算机间的通信一般采用串行通信方式。计算机通信方式与传输速率 异步通信与同步通信 在串行通信中，接收方和发送方应使用相同的传 输速率。但在连续传送大量的信息时，会积累误 差造成发送和接收的数据错位，使接收方收到错 误的信息。所以，要使发送过程和接收过程同步 。按同步方式不同，串行通信分为：异步通信和同步通信。计算机通信方式与传输速率异

3、步通信(如图) 异步通信字符信息格式：发送的字符由一个起始位、78个 数据位、1个奇偶校验位(可以没有)和停止位(1或2位)组成。 通信双方需对采用的信息格式和数据传输速率作相同的约定 。 异步通信传送附加的非有效信息较多，传输效率较低，PLC 一般使用异步通信。 奇偶校验位：用来检测接收到的数据是否出错。如：指定是 奇校验，发送方发送的每个字符的数据位和奇偶校验位中“1” 的个数为奇数，接收方对接收到的每个字符的奇偶性进行校 验，可检验出传送过程中的错误。如：某字符包含8个数据位 ： 1 1 0 0 0 0 1 1 其中，“1”的个数是4个，如果选择奇 校验，奇偶校验位将是1，使“1”的个数

4、是5个；如果选择偶校 验，奇偶校验位将是0，“1”的个数仍是4个。如果选择不进行 奇偶校验，传输时没有校验位，也不进行奇偶校验检测。 110110起始位数据位奇偶校验位停止位图 异步通信的信息格式计算机通信方式与传输速率 同步通信 同步通信以字节为单位(一个字节由8位二进制数组成)，每 次传送12个同步字符、若干个数字字节和校验字符。 同步字符起联络作用，通知接收方开始接收数据。 在同步通信中，发送方和接收方要保持完全的同步，意味 着发送方和接收方应使用同一时钟脉冲。也可能通过调制 解调方式在数据流中提取出同步信号，使接收方得到与发 送方同步的接收时钟信号。 同步通信方式不需要在每个数据字符中

5、增加起始位、停止 位和奇偶校验位，只需在要发送数据块之前加一两个同步 字符，所以传输效率高，但对硬件的要求较高。计算机通信方式与传输速率 单工与双工通信 单工通信方式只能沿单一方向传输数据。 双工通信方式的信息可沿两个方向传送这，每个站既可发 送数据，也可接收数据。双工方式又分为：全双工和半双工。 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，通信双方都能在同一时刻接收和发送信息。 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。甲 站乙 站发送接收接收发送图 全双工方式甲 站乙 站发 送 接 收接 收 发 送换 向换 向图 半双工方式计

6、算机通信方式与传输速率 传输速率 在串行通信中，传输速率(或称波特率)的单位是波特，即 每秒传送的二进制位数，符号为bit/s。 常用的标准传输速率为：30038 400 bit/s等。 不同的串行通信网络的传输速率差别极大，有的只有数百 bit/s,高速串行通信网络的传输速率可达1 000M(1G)bit/s.串行通信接口标准 RS-232C RS-232C是美国EIC(电子工业联合会)在1969年公布的通信 协议，该协议对串行通信接口有关问题，如：各信号线的 功能和电气特性等作了明确规定。 RS-232C使用9针(用得较多)和25针DB型连接器。 RS-232C采用负逻辑，用-15V-5V

7、表示逻辑状态“1”，用 +5V+15V表示逻辑状态“0”； 最大通信距离为15m，最高传输速率为20kbit/s，只能进行 一对一的通信。计 TD 算 RD 机 GNDTD RDPLC GND图 RS-232的信号线连接 当通信距离较近时，通 信双方可直接连接，最 简单的情况在通信中不 需要控制联络信号，只 需三根线(发送线、接收 线、信号线)(如图) RS-232使用单端驱动 、单端接收电路，是一 种共地的传输方式，容 易受到公共地线上的电 位差和外部引入的干扰 信号的影响。图 单驱动单端接收串行通信接口标准 RS-422A RS422A采用平衡驱动、差分接收电路(如图)，从根本上 取消了信

8、号地线。 平衡驱动器相当于两个单端驱动器，其输入信号相同，两 个输出信号互为反相信号。 外部输入的干扰信号是以共模方式出现，两根传输线上的 共模干扰信号相同，因接收器是差分输入，共模信号互相 抵消。 只要接收器有足够的抗共模干扰能力，就能从干扰信号中 识别出驱动器输出的有用信号，从而克服外部干扰的影响 。图 平衡驱动差分接收 RS-422A在最大传输速率(10Mbit/s)时，允许的最大通信 距离为12m，传输速率为100kbit/s时，最大通信距离为1 200m，一台驱动器可连接10台接收器。 如图，RS-422A的通信接线图。TXDRXDRXDTXD图 RS-422A通信接线图串行通信接口

9、标准 RS-485 RS-485是RS-422A的变形，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是半双工， 只有一对平衡差分信号线，不能同时发送和接收。 使用RS-485通信接口和双绞线可组成串行通信网络(如图) ，构成分布式系统，系统中最多可有32个站，新的接口器 件已允许连接128个站。图 RS-485网络TXDRXDRXDTXD应用层表示层会话层传送层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传送层网络层数据链路层物理层用户用户物理媒体7654321计算机通信的国际标准 国际标准化组织(ISO)提出了开放系统互联模型(OSI)， 作为通信网络国际标准化

10、参考模型，它描述了软件功能 的7个层次：物理层、数据链路层、网络层、传输层、 会话层、表示层、应用层。图 开放系统互连模型计算机通信的国际标准1、物理层物理层为用户提供建立、保持和断开物理连接的功能，如 ：RS232C、RS-422A和RS-485等就是物理层标准的例子 。物理层下面是物理媒体，如：双绞线、同轴电缆等。 2、数据链路层数据链路层负责在两个相邻节点间的链路上，实现差错控 制、数据成帧、同步控制等。数据以帧(Frame)为单位传 送，每一帧包含一定数量的数据和必要的控制信息，如同 步信息、地址信息、差错控制和流量控制信息。 3、网络层主要功能是报文的分段、报文包阻塞的处理和通信子网

11、中 路径的选择。计算机通信的国际标准4、传输层传输层的信息传送单位是报文(Message),它的主要功能是流量控制、差错 控制、连接支持，传输层向上一层提供一个可靠的端到端(end-to-end)的 数据传送服务。 5、会话层会话层的功能是支持通信管理和实现最终用户应用进程之间的同步，按正 确的顺序收发数据，进行各种对话。 6、表示层表示层用于应用层信息内容的形式变换，如：数据加密/解密、信息压缩/ 解压和数据兼容，把应用层提供的信息变成能够共同理解的形式。 7、应用层应用层作为OSI的最高层，为用户的应用服务提供信息交换，为应用接口 提供操作标准。 NOTE：不是所有的通信协议都需OSI模型

12、中的全部7层。有的现场总线通信 协议只有7层协议中的第1、2、7层。计算机通信的国际标准IEEE802通信标准 IEEE802委员会，1982年颁布了IEEE802标准(计算机局域网分层通 信协议标准草案)。它把OSI参考模型的底部两层分解为：逻辑链路控 制层(LLC)、媒体访问层(MAC)和物理传输层。 前两层对应于OSI模型中的数据链路层，数据链路层是一条链路(Link) 两端的两台设备进行通信时所共同遵守的规则和约定。 IEEE802的媒体访问控制层对应于三种已建立的标准，即带冲突检测 的载波侦听多路访问(CSMA/CD)协议、令牌总线(Token Bus)和令牌 环(Token Rin

13、g)。计算机通信的国际标准1、CSMA/CD CSMA/CD通信协议的基础是XEROX公司研制的以太网(Ethernet),各 站共享一条广播式的传输总线，每个站都是平等的，采用竞争方式发 送信息到传输线上，即任何一个站都可以随时广播报文，并为其他各 站接收。 当某站识别到报文上的接收站名与本站的站名相同时，便将报文接收 下来。 由于没有专门的控制站，两个或多个站可能因同时发送信息而发生冲 突，造成报文作废，因此，必须采取措施防止冲突： 发送站在发送报文前，先监听一下总线是否空闲，如果空闲，则发送 报文到总线上，-“先听后讲”。但是，从组织报文到报文在总线上传 输需一段时间，在这段时间内，另一

14、个站通过监听也可能认为总线空 闲并发送报文到总线上，造成两个站同时发送而发生冲突。计算机通信的国际标准1、CSMA/CD(带冲突检测的载波侦听多路访问技术) 两种防止冲突的措施： 一种措施是CSMA/CD，即把“先听后讲”和“边听边讲”相结合， “边听 边讲”是指在发送报文开始的一段时间，仍然监听总线，采用边发送 边接收的办法，把接收到的信息和自己发送的信息相比较，若相同则 继续发送。 另一种措施是：准备发送报文的站先监听一段时间(约是总线传输延 时的2倍)，如果在这段时间中总线一直空闲，则开始作发送准备，准 备完毕，真正要将报文发送到总线前，再对总线作一次短暂的检测， 若仍为空闲，则正式开始

15、发送；若不空闲，则延时一段时间后再重复 上述二次检测过程。 CSMA/CD允许各站平等竞争，实时性好，适合于工业自动控制计算 机网络。计算机通信的国际标准2、令牌总线 IEEE802标准中的工厂媒质访问技术是令牌总线，其编号为802.4。 令牌总线中，媒体访问控制是通过传递一种称为令牌的特殊标志来 实现的。按照逻辑顺序，令牌从一个装置传递到另一个装置，传递 到最后一个装置后，再传递给第一个装置，周而复始，形成一个逻 辑环。 令牌有“空”“忙”两个状态，令牌网开始运行时，由指定站产生一个空 令牌沿逻辑环传送。任何一个要发送信息的站都要等到令牌传给自 己，判断为空令牌时才发送信息。 发送站首先把令

16、牌置成“忙”，并写入要传送的信息、发送站名和接收 站名，然后将载有信息的令牌送入环网传输。 令牌沿环网循环一周后返回发送站，信息已被接收站复制，发送站 将令牌置为“空”，送上环网继续发送，以供其他站使用。 如果传送过程中令牌丢失，由监控站向网内注入一个新的令牌。 令牌传递式总线能在很重的负荷下提供实时同步操作，传送效率高 ，适于频繁、较短的数据发送。是最适合于需进行实时通信的工业 控制网络系统。计算机通信的国际标准3、令牌环 令牌环媒质访问方案是IBM开发的，它在IEEE802标准中 编号为802.5，有些类似于令牌总线。 在令牌环上，最多只能有一个令牌环绕环运动，不允许两 个站同时发送数据。 令牌环从本质上看是一种集控制式的环，环上必须有一个 中心控制站负责网