plc的网络通信

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1、工业自动化系统通常分： 控制开关量的逻辑控制系统、控制慢连续量的过程控制系统、控制快连续量的运动控制系统，这三类系统往往并存于一体，但各自互不相干，能否将上述系统统一起来，协调控制，成为人类研究的热点。 可编程序控制器（PLC）及其PLC网络控制的发展，无疑是实现这一愿望的物质基础。,第七章 PLC的网络通信,由PLC组成的多级分布式控制系统逐渐成为现代工业控制的主流. 它将逻辑控制装置、过程控制装置和运动控制装置接入同一网络，在MAP规约的带动下，方便地实现底层现场的控制与检测、中间层生产过程的监控及优化和上层的生产管理。 网络是网络控制的载体，无论采用总线结构还是环形结构，数据通信都必不可

2、少，因而引入了“数据通信”的概念。,第一节 概述 一、 数据通信方式 1并行通信与串行通信 2异步通信与同步通信 3单工通信与双工通信 二、数据通信形式 1基带传输 2频带传输,三、数据通信接口 1RS232C通信接口 2RS422A/RS485通信接口 3RS232C/ RS422A（RS485）转换电路 四、网络通信协议,1)并行通信一般发生在PLC的内部，指的是多处理器PLC中多台处理器之间和CPU与各智能模板之间的数据交换。 并行通信以字或字节为单位同时进行数据传输，除了8根或16根数据线、一根公共线外，还需要数据通信联络用的控制线。 并行通信速度快，但传输线根数多、成本高，一般用于近

3、距离的数据传送。,一、 数据通信方式,1并行通信与串行通信,2)串行通信一般发生在PLC的外部，指的是在PLC间和PLC与计算机间的数据交换。 串行通信以二进制的位（bit）为单位依次顺序进行的数据传输，每次只传送一位，除地线外，在一个数据传输方向上只需一根数据线，这根线既作为数据线又作为通信联络控制线，数据和联络信号在这根线上按位进行传送。 串行通信需要的信号线少，但数据传送的效率较低，适用于距离较远的场合。 计算机和PLC都备有通用的串行通信接口，工业控制中一般使用串行通信。,2异步通信与同步通信 在串行通信中，通信速率与时钟脉冲有关，接收方和发送方传送速率相同，但实际发送速率与接收速率总

4、是有一些误差，如不采取措施，在连续传送大量的信息时，将会因积累误差造成错位，使接收方收到错误信息。 为解决这一问题，应使发送过程和接收过程同步。 按同步方式不同，将串行通信分为异步通信和同步通信。,1)异步通信发送的数据字符由一个起始位、7个数据位、1个奇偶校验位（奇校验或偶校验）和停止位（1位或2位）组成。 通信的双方需要对所采用的数据格式和数据的传输速率作相同的约定，接收端检测到停止位和起始位的下降沿后，将它作为接收的起始点，在每一位的中间接收数据。 由于一个字符中包含位数不多，即使发送端和接收端的收发频率略有不同，也不会因两台机器之间时钟周期的误差累积而导致错位。,2）同步通信 用1个或

5、2个同步字符作为传送过程的开始，接着传送N个字节的数据块，字符之间不允许有空隙，当没有字符发送时，则连续发送同步字符。,数据块,同步字符,同步通信的数据格式,同步字符,同步字符,第N帧,第N+1帧,3）异步通信与同步通信 异步通信时，每个字符都要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，接收端常采用倍频时钟对接收的数据同步采样，所以异步传输效率较低，一般用于低速通信。 同步通信方式不需要在每个字符中加起始位、停止位和奇偶校验位，只需要在数据块（往往很长）之前加一两个同步字符，所以传输效率很高，但是对硬件的要求也较高，一般高于高速通信。,3单工通信与双工通信 (1)单工通信 单工通信方式只能沿单

6、一方向发送和接收数据，没有反方向的交互，数据的传输只需要一个信道。 (2)双工通信 双工通信方式的信息可沿两个方向传送，每一站既可以发送数据，也可以接收数据。,(2)双工通信 如果通信双方用同一根或同一组线接收和发送数据，则在同一时刻接收和发送数据就不能同时进行，称半双工通信。 如果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，称全双工通信。,甲 站,发送,接收,半双工通信方式,换 向,换向,接收,发送,乙站,1基带传输 利用通信介质的整个带宽进行信号传送，需要对数字信号进行编码，按照数字波形的原样在信道上传输。 基本频带（“基带”）：未经处理的原始

7、信号所占据的频 率范围（固有的）。 基带信号: 未经处理的原始信号。由计算机或终端产生的由“0”、“1”两种电压直接传输的信号就是基带信号。 数据编码分三种：1）非归零码NRZ； 2）曼彻斯特编码；3）差动曼彻斯特编码。,二、数据通信形式,(1)非归零码NRZ 非归零码NRZ最容易实现，编码简单，用恒定的正电压表示“1”，用恒定的负电压表示“0”，每一位中间没有跳变。 缺点是码元之间无间隔，难以判定一位的开始和结束，不便于发送方和接收方保持同步；同时，当信号中包含的“1”和“0”个数不相同时，存在直流分量。,a)非归零码NRZ b)曼彻斯特编码 c)差动曼彻斯特编码,(2)曼彻斯特编码 属于归

8、零码RZ，每一位的中间有一个跳变，位中间的跳变既作为同步时钟，也作为数据： 从“1”“0”表示数据“1”；从“0”“1”表示数据“0”。接收端利用位中间的跳变很容易分离出同步时钟脉冲。,a)非归零码NRZ b)曼彻斯特编码 c)差动曼彻斯特编码,(3)差动曼彻斯特编码 曼彻斯特编码的改进形式，特点是位中间的跳变只表示时钟，用每位开始有无跳变来表示“0”或“1”。 只要有跳变（不管其变化方向如何）就表示“0”；无跳变则表示“1”。,a)非归零码NRZ b)曼彻斯特编码 c)差动曼彻斯特编码,曼彻斯特编码和差动曼彻斯特编码也称为自同步编码，因为具有自同步能力和不含直流分量，这两种编码在PLC网络中

9、得到了广泛的应用。,2频带传输 数字信号频带很宽，故不能在宽带网中直接传输，必须通过调制技术将其转化成模拟信号，也就是说宽带网中的多条信道通常传输的是模拟信号。 带宽很宽的数字信号变为带宽符合通信网要求的模拟信号，而这种模拟信号通常要由一个或几个频率组成，它占用了一个固有频带，称频带传输。 频带传输把通信信道以不同的载频划分成若干个通道，用调制、解调技术，在同一通信介质上同时传送多路信号。,发送端，采用调制手段，对数字信号进行某种变换，将代表数据的二进制“1”和“0”，变换成具有一定频带范围的模拟信号，以适应在模拟信道上传输； 在接收端，通过解调手段进行相反变换，把模拟的调制信号复原为“1”或

10、“0”。 常用调制方法：频率调制、振幅调制和相位调制。,3基带传输与频带传输 频带传输方式较复杂，传送距离较远，若通过市话系统配备Modem，则传送距离可不受限制，但PLC网络一般不采用频带传输方式。 它要求信道具有较宽的通频带。 基带传输不需要调制、解调等信号处理工作，设备开销少，适用小范围的数据传输，PLC网络一般采用基带传输方式。,三、数据通信接口 1RS232C通信接口 RS232C是一种串行通信接口协议，广泛用于计算机、PLC和其它控制设备中。 它采用负逻辑，用-5 -15V表示逻辑状态“1”，用+5 +15V表示逻辑状态“0”。 RS232C的最高传输速率为20Kbit/s，最大传

11、输距离为15m，只能进行一对一的通信。,距离较近的连接只需3根线，计算机与PLC之间和PLC与PLC之间一般使用9针的连接器。,RS232C使用单端驱动、单端接收电路，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。,2RS422A/RS485通信接口 美国电子工业联合会（EIC）在RS232C电气特性的基础上作了改进，于1977年制定了RS499串行通信标准，RS422A /RS485是RS499的子集。 该标准采用平衡驱动差分接收电路，其接收和发送信号不共地，从而大大减少了共模干扰。,平衡驱动差分接收电路,2RS422A/RS485通信接口 RS422A采用全双工通信，两对平衡差分信

12、号线分别用于接收和发送；RS485采用半双工通信，只有一对平衡差分信号线，接收和发送不能同时进行。 RS422A/ RS485在最大传输速率（10Mbit/s）时，最大通信距离12m；当传输速率（100Kbit/s）时，最大通信距离1200m。,平衡驱动差分接收电路,3RS232C/ RS422A（RS485）转换电路 实际应用中，计算机和工业控制设备往往都配有RS232C接口，有时为了把远距离的两个或多个带RS232C接口的设备连接起来，组成分布式控制系统，就需要有RS232C/ RS422A（RS485）转换器把RS232C转换成RS422A（RS485接口是RS422A接口的简化）再进行

13、连接。,RS232C/RS422A转换器原理图,75174 四差分线驱动器 75175 三态四差分接收器,四、网络通信协议,国际标准化组织（ISO）于1978年提出了开放系统互联的OSI（Open System Interconnection）参考模型。 OSI参考模型包括7个功能层，各层都有自己的协议，且相互独立。,用户功能层,通信功能层,1物理层（Physical） 物理层的任务是在信道上传输未经处理的信息，该层协议为通信双方提供建立、保持和断开物理连接的功能，RS232C、RS422A/RS485等均为物理层协议。,2数据链路层（Data Link） 数据链路层的任务是将可能有差错的物理

14、链路改造成对于网络层来说是无差错的传输线路。 它把输入的数据组成数据帧，并在接收端检验传输的正确性。 若正确，则发送确认信息；若不正确，则抛弃该帧，等待发送端超时重发。 数据链路层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。,3网络层（Network） 网络层的任务是使数据在网络传输中分组。 它规定了分组在网络中的传输规范，包括报文包的分段、阻塞处理和本层内信息的交换和路由的选择，为数据从源点到终点建立物理和逻辑的连接。,4传输层（Transport） 传输层的任务是从会话层接收数据，把它们传到网络层。 该层提供一个可靠的端到端的数据传送服务，确保传送数据的完整性和准确性，起到

15、网络层和会话层之间的“桥梁”作用。,5会话层（Session） 会话层的任务是控制一个通信会话的进程，按正确的顺序收发数据，进行对话。 这一层检查并确定一个正常的通信是否正在发生。 如果没有发生，该层必须在不丢失数据的情况下，恢复会话，或根据规定，在会话不能正常发生的情况下终止会话。 如果正在发生，则按用户提供的会话地址，在遵守双方约定的规约前提下，建立或结束数据传输。,6表示层（Presentation） 表示层的任务是实现不同信息格式和编码之间的转换。如数据加密/解密、信息压缩/解压缩； 不同计算机之间不相容文件格式的转换（文件传输协议）；不相容终端输入、输出格式的转换（虚拟终端协议）等等

16、。,7应用层（Application） 应用层的任务是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。,五、OMRON PLC 网络系统,图 PLC网络系统的分层结构简图,1）HOST Link网是使用较多的一种网。上位计算机使用HOST通信协议与各台PLC通信，可以对网中的各台PLC进行管理与监控，是适用于集中管理、分散控制的工业自动化网络。 2）PC Link网的主要功能是各台PLC建立数据连接，实现数据信息共享，它适用于控制范围较大，需要多台PLC参与控制且控制环节相互关联的场合。 3）Remote I/O网实际上是可编程序控制器I/O点的远程扩展，适用于工业自动化的现场控制。,4）CompoBus/S为器件网，主要功能是实现远程开关量的I/O控制，使用CompoBus/S专用通信协议，通信速度快，是一种高速ON/OFF系统控制总线。 5）CompoB