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1、第十一章 可编程控制器通讯技术 当任意两台设备之间有信息交换时，它们之间就产生了通信。PLC通讯是指PLC与PLC、PLC与计算机、PLC与现场设备或远程I/O之间的信息交换。 PLC通讯的任务就是将地理位置不同的PLC、计算机、各种现场设备等，通过通讯介质连接起来，按照规定的通讯协议，以某种特定的通讯方式高效率地完成数据的传送、交换和处理。11.1网络通讯的基本知识 工业控制网络通常分为3个层级，采用中央计算机的数据管理级为最高级，生产线或车间的数据控制为中间级，直接完成设备控制的为最低级。可编程控制器可以方便地与工业控制计算机等数字设备相连接，是工业控制网络中、低层级木构成的重要组成部分。
2、1、数据通讯基础 （1）数据传送方式 1）并行通讯和串行通讯 并行通讯。并行通讯是所传送数据的各个位同时进行发送或接收的通讯方式。如图11-1（a）所示。并行通讯的特点是传送速度快。并行通讯中，传送多少位二进制数就需要多少根数据传输线，传输成本高，一般用于近距离的数据传送。并行通讯一般用于PLC的内部，如PLC内部元件之间、PLC主机与扩展模块之间或近距离智能模块之间的数据通信。 串行通讯。如图11-1（b）所示，串行通讯是将数据一位一位顺序发送或接收的，因而除了地线外，在一个数据传输方向上只需要一根数据线，这根线既作为数据线又作为通信联络控制线。串行通信需要的信号线少，最少的只需要两三根线，
3、适用于距离较远的场合。串行通信多用于PLC与计算机之间、多台PLC之间的数据通信。 2）同步传输与异步传输 串行通讯中很重要的问题是使发送端和接收端保持同步，按同步方式可分为同步传送和异步传送。 异步传送。异步方式以字符为单位发送数据，每个字符都用开始位和停止位作为字符的开始标志和结束标志，构成一帧数据信息。因此异步传送也称为起止传送，它是利用起止法达到收发同步的。异步通讯双方需要对所采用的信息格式和数据的传输速率作相同的约定。异步传送的帧字符构成如图11-2（a）所示。每个字符的起始位为0，然后是数据位（有效数据位可以是5到7位），随后是奇偶校验位（可根据需要选择），最后是停止位（可以是1位
4、或多位），该图中停止位为1。在停止位后可以加空闲位，空闲位为1，位数不限制，空闲位的作用是为了等待一个字符的传送。有了空闲位，发送和接收可以连续或间断进行而不受时间限制。异步串行传送的优点是硬件结构简单，缺点是传送效率低，因为每个字符都要加上起始位和停止位。因此异步串行通讯方根用于中、低速的数据传送。 数据传送经常要用到的传输速率的指标，它表示单位时间内传输的信息量，例如每秒钟传送120个字符，每个字符为10位，则传送速率为：120字符/秒10位/字符=1200bps。但传输速率与有效数据的传送速率有时并不一致，如果上例中每个字符的真正有效位为5位，则有效数据的传送速率为：120字符/秒5位/
5、字符=600bps。同步传送。同步传输是以数据块（一组数据）为单位进行数据传输的，在数据开始处用同步字符来指示，同步字符后则是连续传输的数据。由于不需要起始位和停止位，克服了异步传输效率低的缺点，但是，需要的软件和硬件的价格比异步传输要高得多。同步传输的数据格式如图11-2（b）。（2）数据传送方向 串行通讯时，在通讯线路上按照数据的传送方向可以分为单工、全双工和半双工的通讯方式。1） 单工通讯方式 单工通讯是指在通讯线路上数据的传输方向只能是固定的，不能进行反方向的传送。2） 半双工通讯方式 半双工通讯方式是指在一条通讯线路上数据的传输可以在两个方向上进行，但是同一个时刻只能是一个方向的数据
6、传输。3） 全双工通讯方式 全双工通讯有两条传输线，通讯的两台设备可以同时进行发送和接收数据。（3）数据传输的介质 在PLC通讯网络中,传输媒介的选择是很重要的一环,传输媒介决定了网络的传输率、网络段的最大长度及传输的可靠性。目前常用的传输介质有如下三种。1）双绞线 双绞线是由两根彼此绝缘的导线按照一定规则以螺旋状绞合在一起。这种结构能在一定程度上减弱来自外部的电磁干扰及相邻双绞线引起的串音干扰。但在传输距离、带宽和数据传输速率等方面仍有其一定的局限性。2）同轴电缆 与双绞线相比，同轴电线抗干扰能力强，能够应用于频率更高、数据传输速率更快的情况。对其性能造成影响的主要因素来自衰损和热噪声，采用
7、频分复用技术时还会受到交调噪声的影响。虽然目前同轴电缆大量被光纤取代，但它仍广泛应用于有线电视和某些局域网中。3）光纤 光纤是一种传输光信号的传输媒介。与一般的导向性通信介质相比，光纤具有很多优点：它支持很宽的带宽；具有很快的传输速率；抗电磁干扰能力强；衰减较小，中继器的间距较大。2、PLC常用的串行通讯接口(1) RS-232CRS-232C接口标准是目前计算机和PLC中最常用的一种串行通信接口。RS-232-C的电气接口采用单端驱动、单端接收的电路，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，同时还存在以下不足之处：1) 传输速率较低，最高传输速度速率为20kbps。2） 传输距
8、离短，最大通信距离为15m。3） 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。（2）RS-422针对RS-232C的不足，EIA于1977年推出了串行通信标准RS-499，对RS-232C的电气特性作了改进，RS-422A是RS-499的子集。由于RS-422A采用平衡驱动、差分接收电路，从根本上取消了信号地线，大大减少了地电平所带来的共模干扰。RS-422在最大传输速10Mbps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。 （3）RS-485RS-485
9、是RS-422的变形，RS-422A是全双工，两对平衡差分信号线分别用于发送和接收，所以采用RS422接口通信时最少需要4根线。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，最少只需二根连线。 3、工业控制网络基础（1）工业控制网络的结构工业控制网络常用以下3种结构形式。1）总线型网络 如图11-3（a）所示，总线型网络利用总线连接所有的站点，所有的站点对总线有同等的访问权。总线型的网络结构简单，易于扩充，可靠性高，灵活性好，响应速度快，工业控制网以总线型居多。 2) 环形网络 如图11-3所示,环形网络的结构特点是各个结点通过环路接口首尾相接,形成环形,各个结点均可以请求
10、发送信息。环形网络结构简单，安装费用低，某个结点发生故障时可以自动旁路，保证其他部分的正常工作，系统的可靠性高。3）星型网络 如图11-3(c)所示，星型网络以中央结点为中心，网络中任何两个结点不能直接进行通讯，数据传输必须经过中央结点的控制。上位机（主机）通过点对点的方式与多个现场处理机（从机）进行通讯。星型网络建网容易，便于程序的集中开发和资源共享。但是上位机的负荷重，线路利用率较低，系统费用高。如果上位机发生故障，整个通讯系统将瘫痪。（2）通讯协议 在进行网络通讯时，通讯双方必须遵守约定的规程，这些为进行可靠的信息交换而建立的规程称为协议。在PLC网络中配置的通讯协议可分为两类：通用协议
11、和公司专用协议。1）通用协议 为了实现不同厂家生产的智能设备之间的通信，国际标准化组织ISO提出了开放系统互相通信协议OSI (Open System Interconnection)，作为通信网络国际标准化的参考模型，它详细描述了软件功能的7个层次。如图11-4所示。七个层次自下而上依次为：物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层和应用层。每一层都尽可能自成体系，均有明确的功能。 OSI 7层模型中，除物理层和和物理层之间可以直接传送信息外，其他各层之间实现的都是间接的传送。在发送方计算机的某一层发送的信息，必须经过该层以下的所有低层，通过传输介质传送到接收方计算机，并层层上送直至
12、到达接收方中与信息发送层相对应的层。 OSI 7层参考模型只是要求对等层遵守共同的通讯协议，并没有给出协议本身。OSI 7层协议中，高4层提供用户功能，低3层提供网络通讯功能。2）公司专用协议 公司专用协议一般用于物理层、数据链路层和应用层。使用公司专用协议传送的数据是过程数据和控制命令，信息短，实时性强，传送速度快。FX2N系列可编程控制器与计算机的通讯就是采用公司专用协议。（3）主站与从站 连接在网络中的通讯点根据功能可分为主站与从站。主站可以对网络中其他设备发出初始化请求；从站只能响应主站的初始化请求，不能对网络中的其他设备发出初始化请求。网络中可以采用单主站（只有一个主站）连接方式或多
13、主站（有多个主站）连接方式。11.2FX2N系列通讯用硬件及通讯形式1、FX2N系列PLC通讯器件除了各厂商的专业工控网络(如三菱的CC-LINK网络)外,PLC组网主要是通过RS232、RS422、RS485等通讯接口进行，若通讯的二台设备都具有同样类型的接口，可直接通过适配的电缆连接并实现通讯。如果通讯设备间的接口不同，则需要采用一定的硬件设备进行接口类型的转换。FX2N系列PLC基本单元本身带有编程通讯用的RS422口。为了方便通讯，厂商生产了为基本单元增加接口类型或转换接口类型用的各种器件。以外观及安装方式分类，三菱公司生产的这三类设备有两种基本形式。一种是功能扩展板，这是一种没有外壳
14、的电路板，可打开基本单元的外壳后装入机箱内；另一种则是有独立机箱的，属于扩展模块一类。常用的种类及外形如表11-1及图11-5所示。扩展板与适配器除外观安装方式不同外，功能也有差异。一般采用扩展板构成的通讯距离最大为50米，采用适配器构成的通讯距离可达500米 表11-1 FX2N系列PLC简易通讯常用设备一览表类型型号主要用途对应通讯功能连接台数简易PC间链接并行链接计算机链接无协议通讯外围设备通讯功能扩展板FX2N-232-BD与计算机及其他配备RS232接口的设备连接1台FX2N-485-BDPLC间N:N接口;并联连接的1:1接口;以计算机为主机的专用协议通讯用接口1台FX2N-422
15、-BD扩展用于与外围设备连接用1台FX2N-CNV-BD与适配器配合实现端口转换_1台特殊适配器FX0N-232ADP与计算机及其他配备RS232接口的设备连接1台FX0N-485ADPPLC间N:N接口;并联连接的1:1接口;以计算机为主机的专用协议通讯用接口1台通讯模块FX2N-232-IF作为特殊功能模块扩展的RS232通讯口1台FX-485PC-IF将RS485信号转换为计算机所需的RS232信号最多8台2、FX2N系列可编程控制器的通讯形式（1）并行通讯 FX2N系列可编程控制器可通过以下两种连接方式实现两台同PLC8间的并行通讯。 1）通过 FX2N-485-BD内置通讯板和专用的通讯电缆。2） 通过 FX2N-CNV-BD内置通讯板、FXON-485ADP特殊适配器和专用通讯电缆。两台PLC之间的最大有效距离为50米。（2）计算机与多台PLC之间的通讯
