第9章 PLC网络通信第9章 PLC网络通信9.1 网络通信基本知识网络通信基本知识9.2 三菱三菱FX系列系列PLC通信通信9.3 西门子西门子PLC 网络网络9.4 组态软件的概念组态软件的概念思考与习题思考与习题第9章 PLC网络通信9.1 网络通信基本知识网络通信基本知识9.1.1 数据通信基础数据通信基础1数据通信方式数据通信方式(1) 基本的通信方式基本的通信方式可分为并行通信和串行通信并行通信是指通信中同时传送构成一个字或字节的多位二进制数据第9章 PLC网络通信串行通信是指通信中构成一个字或字节的多位二进制数据是一位一位被传送的这种通信方式的数据传输只需一、两根传输线，通信线路简单，有时可以用线实现，成本低，特别适用于远程通信；缺点是相对并行通信其传输速度慢第9章 PLC网络通信(2) 全双工和半双工方式从串行通信双方信息的交互方式来看，数据通信方式可以有单工、半双工、全双工全双工方式：数据的发送和接收分别由两根不同的传输线传送，通信系统的每一端都设置了发送器和接收器，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作半双工方式：使用同一根传输线，既接收又发送第9章 PLC网络通信2波特率和波特率因子波特率和波特率因子在串行通信中，用“波特率”来描述数据的传输速率。
所谓波特率，指每秒钟传送的二进制位数，其单位为bps(bit per second，即b/s)国际上规定了一个标准波特率系列，即110 b/s、300 b/s、600 b/s、1200 b/s、1800 b/s、2400 b/s、4800 b/s、9600 b/s、14.4 kb/s、19.2 kb/s、28.8 kb/s、33.6 kb/s、56 kb/s例如，9600 b/s，指每秒传送9600位，包含字符的数位和其他必需的数位，如奇偶校验位等第9章 PLC网络通信通信线上所传输的字符数据(代码)是逐位传送的，1个字符由若干位组成，因此每秒钟所传输的字符数(字符速率)和波特率是两种概念在串行通信中，所说的传输速率是指波特率，而不是指字符速率这两者的关系是：假如在异步串行通信中，传送一个字符，包括12位(其中有一个起始位、8个数据位、2个停止位)，其传输速率是1200 b/s，每秒钟所能传送的字符数是1200/(1+8+1+2)=100个第9章 PLC网络通信3异步通信和同步通信异步通信和同步通信串行通信分为异步通信(ASYNC)和同步通信(SYNC)，以及同步数据链路通信(SDLC)、高级数据链路通信(HDLC)等，这些就是串行通信的软件协议。
它们的主要区别表现在不同的信息格式上第9章 PLC网络通信(1) 异步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，也就是说，后一个字符的发送时间与前一个字符无关用一个起始位表示字符的开始，通常规定起始位是一个“0”用停止位表示字符的结束，停止位通常规定为“1”，它可取1位、1.5位或2位一个字符可以用5位、6位、7位或8位数据表示，例如，在ASCII编码中，一个字符是用7位数据表示的，在数据后可以附加一位奇偶校验位，以提高数据位的抗干扰性能，但也可以不加当没有数据要传送时，通信线路处于高电平“闲”状态，即等待状态其传输格式如图9-1所示第9章 PLC网络通信图9-1 异步通信的传输格式第9章 PLC网络通信在异步通信时，发、收两端必须预先有下列规定： 信息格式，发送和接收的双方必须约定相同的帧格式，否则会造成传输错误即预先规定一个字符的数据位数，奇偶校验的形式，以及停止位的位数等一帧的信息格式 波特率 波特率系数要预先规定接收时钟的频率是波特率的倍数，例如，波特率系数为16、32或64倍等第9章 PLC网络通信(2) 同步通信同步通信是指一种以报文和分组为单位进行传输的方式。
由于报文可包含许多字符，因此可大大减少用于同步的信息量，提高传输速率目前，在计算机网络中大多采用此种传输方式同步传输的协议有面向字符的同步协议和面向比特的同步协议面向字符的同步协议的特点是一次传送由若干个字符组成的数据块，而不是只传送一个字符，并规定了10个字符作为这个数据块的开头与结束标志，以及整个传输过程的控制信息，它们也叫做通信控制字第9章 PLC网络通信面向比特的协议中最具有代表性的是IBM的同步数据链路控制规程SDLC(Synchronous Data Link Control)、国际标准化组织ISO(International Standard Organization)的高级数据链路控制规程HDLC(High Level Data Link Control)、美国国家标准协会(Americal National Standard Institute)的先进数据通信规程ADCCP(Advanced Data Communication Control Procedure)这些协议的特点是所传输的一帧数据可以是任意位，而且它是靠约定的位组合模式，而不是靠特定字符来标志帧的开始和结束，故称“面向比特”的协议。
第9章 PLC网络通信4RS-232、RS-485标准及应用标准及应用 RS-232、RS-422与RS-485都是串行通信接口标准RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232的不足而提出的为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到1.219 km (速率低于100kb/s时)，并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范RS-485标准是在RS-422基础上增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准第9章 PLC网络通信RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议其有关电气参数参见表9-1第9章 PLC网络通信第9章 PLC网络通信1) RS-232串行通信接口标准(1) 电气特性RS-232采用不平衡传输方式，即所谓的单端通信。
2) RS-232C的标准接口信号3) 连接方式举例 采用Modem(DCE)和网通信时的信号连接如图9-2所示 采用专用线通信三线制近距离通信，如图9-2(a)所示七线制近距离通信，如图9-2(b)所示第9章 PLC网络通信图9-2 RS-232连接方式第9章 PLC网络通信 2) RS-485串行接口标准 (1) 电气特性RS-485收发器采用平衡发送和差分接收方式，即在发送端，驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出；在接收端，接收器将差分信号变成TTL电平因此，RS-485具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测低达200 mV的电压，故数据传输距离可达千米以上第9章 PLC网络通信 RS-485使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，如图9-3(a)所示，最大传输速率为10 Mb/s当波特率为1200 b/s时，最大传输距离理论上可达15 km平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100 kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度接收器也作了与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连当在收端AB之间有大于+200 mV的电平时，输出正逻辑电平；小于-200 mV时，输出负逻辑电平。
接收器接收平衡线上的电平范围通常在200 mV6 V之间，参见图9-3(b)第9章 PLC网络通信图9-3 平衡传输接口及电气特性第9章 PLC网络通信 (2) 接口连接RS-485具备多点、双向通信能力，但为半双工通信方式时则不能同时发送和接收信号图9-4为RS-485的接口连接图 9-4 RS-485的接口连接第9章 PLC网络通信 (3) RS-485的网络安装注意要点RS-485支持32个节点，可构成多节点网络网络拓扑一般采用终端匹配的总线形结构，不支持环形或星形网络在构建网络时，应注意如下两点： 采用一根双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低 第9章 PLC网络通信 应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点会发生信号的反射下列几种情况易产生这种不连续性：总线的不同区段采用了不同电缆，或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装，再者是引到总线的分支线过长总之，应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线 第9章 PLC网络通信 RS-485传输线上匹配的一些说明一般终端匹配采用终端电阻方法RS-485在总线电缆的开始和末端都需并接终端电阻，如图9-5(a)所示，终端电阻一般介于100至140 ，典型值为120 ，相当于电缆特性阻抗的电阻，因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约为100120 。
这种匹配方法简单、有效，但有一个缺点，即匹配电阻要消耗较大功率，对于功耗限制比较严格的系统不太适合采用MAX483作为RS-485接口时可以不加终端匹配第9章 PLC网络通信还有一种采用二极管的匹配方法，如图9-5(b)所示这种方案虽未实现真正的“匹配”，但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号，达到改善信号质量的目的，节能效果显著第9章 PLC网络通信图9-5 RS-485终端匹配第9章 PLC网络通信9.1.2 工业控制局域网简介工业控制局域网简介 1分层结构及网络协议分层结构及网络协议(1) OSI参考模型国际标准化组织ISO于1981年正式推荐了一个网络系统结构七层参考模型，称为信息处理系统开放系统互联基本参考模型OSI(Information Processing SystemOpen System InterconnectionBasic Reference Model)这个标准模型的建立，使得各种计算机网络向它靠拢，大大推动了网络通信的发展第9章 PLC网络通信 OSI参考模型将整个网络通信的功能划分为七个层次，如图9-6所示，由低到高分别是物理层(PH)、数据链路层(DL)、网络层(N)、传送层(T)、会话层(S)、表示层(P)、应用层(A)。
每层完成一定的功能，直接为其上层提供服务，并且所有层次都互相支持第四层到第七层提供用户功能，主要负责互操作性，而第一层到第三层则用于提供网络通信功能，用于两个网络设备间的物理连接第9章 PLC网络通信图9-6 开放系统互联模型第9章 PLC网络通信 (2) MAP制造自动化协议美国通用汽车公司于1982年推出的制造自动化协议(MAP)建立了在工业环境下的局域网标准，可实现不同厂家生产的计算机、PLC和数控机床、机器人等设备之间有效传输文件、控制指令和状态信号等不少DCS系统的高层通信子网中配置了MAP协议，同样在PLC网络的高层通信子网中也配置了MAP协议第9章 PLC网络通信 MAP协议被分为三类：全MAP结构、最小MAP结构和增强型MAP结构全MAP结构(Full-MAP)包括OSI的七个层次，是MAP协议的全面实现最小MAP结构(Mini-MAP)仅含OSI的三个层次(第一、第二和第七层)，是MAP协议的一种简化实现，以强调实时性为网络设计的主要目的增强型MAP结构(MAP/EPA)是互连Full-MAP和Mini-MAP的通信技术实现，它同时包含了Full-MAP和Mini-MAP两种结构。
第9章 PLC网络通信 (3) EthernetEthernet网络又称以太网，是著名的局域网络之一Ethernet实际上是一组协议，提供了物理层、数据链路层的网络结构的规约层间联系是通过两个层间接口来完成的，即用户层和数据链路层间接口、数据链路层和物理层间接口Ethe。