PLC通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1、：當(dāng)任意兩臺(tái)設(shè)備之間有信息交換時(shí)，它們之間就產(chǎn)生了通信。：是指、的信息交換。：就是將地理位置不同的PLC、計(jì)算機(jī)、各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等，通過(guò)連接起來(lái)，按照規(guī)定的，以某種特定的高效率地完成數(shù)據(jù)的傳送、交換和處理。：是以字節(jié)或字為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，除了8根或16根數(shù)據(jù)線、一根公共線外，還需要數(shù)據(jù)通信聯(lián)絡(luò)用的控制線。n 并行通信的傳送速度快，但是傳輸線的根數(shù)多，成本高，一般用于近距離的數(shù)據(jù)傳送。n 并行通信一般用于PLC的內(nèi)部，如PLC內(nèi)部元件之間、PLC主機(jī)與擴(kuò)展模塊之間或近距離智能模塊之間的數(shù)據(jù)通信。 ：以二進(jìn)制位（bit）為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，每次傳送一位，除了地線外，在一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸方向上只需要一

2、根數(shù)據(jù)線，這根線既作為數(shù)據(jù)線又作為通信聯(lián)絡(luò)控制線n 串行通信需要的信號(hào)線少，最少的只需要兩三根線，適用于距離較遠(yuǎn)的場(chǎng)合。n 串行通信多用于PLC與計(jì)算機(jī)之間、多臺(tái)PLC之間的數(shù)據(jù)通信。是評(píng)價(jià)通信速度的重要指標(biāo)。在串行通信中，傳輸速率常用比特率來(lái)表示，其單位是比特/秒（bit/s）或 ：只能沿單一方向發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。：其信息可沿兩個(gè)方向傳送，每一個(gè)站既可以發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以接收數(shù)據(jù)。：數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分別由兩根或兩組不同的數(shù)據(jù)線傳送，通信的雙方都能在同一時(shí)刻接收和發(fā)送信息：用同一根線或同一組線接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，通信的雙方在同一時(shí)刻只能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)n 在PLC通信中常采用半雙工和全雙工通信。 按

3、同步方式的不同，串行通信分為異步通信和同步通信通信雙方需要對(duì)所采用的信息格式和數(shù)據(jù)的傳輸速率作相同的約定。n 異步通信傳送附加的非有效信息較多，它的傳輸效率較低，一般用于低速通信，PLC一般使用異步通信。：以字節(jié)為單位。每次傳送l2個(gè)同步字符、若干個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和校驗(yàn)字符。n 同步字符起聯(lián)絡(luò)作用，用它來(lái)通知接收方開始接收數(shù)據(jù)。在同步通信中，發(fā)送方和接收方要保持完全的同步。n 在近距離通信時(shí)，可以在傳輸線中設(shè)置一根時(shí)鐘信號(hào)線。在遠(yuǎn)距離通信時(shí)，可以在數(shù)據(jù)流中提取出同步信號(hào)，使接收方得到與發(fā)送方完全相同的接收時(shí)鐘信號(hào)。n 同步通信方式傳輸效率高，但是對(duì)硬件的要求較高，一般用于高速通信。 n 基帶傳輸：按

4、照數(shù)字信號(hào)原有的波形（以脈沖形式）在信道上直接傳輸，它要求信道具有較寬的通頻帶。n 基帶傳輸時(shí)，通常對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行一定的編碼，常用數(shù)據(jù)編碼方法有非歸零碼NRZ、曼徹斯特編碼和差動(dòng)曼徹斯特編碼等。：是一種采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)的傳輸形式。發(fā)送端采用調(diào)制手段，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行某種變換，將代表數(shù)據(jù)的二進(jìn)制“1”和“0”，變換成具有一定頻帶范圍的模擬信號(hào)，以適應(yīng)在模擬信道上傳輸；接收端通過(guò)解調(diào)手段進(jìn)行相反變換，把模擬的調(diào)制信號(hào)復(fù)原為“1”或“0”。n 常用的調(diào)制方法有頻率調(diào)制、振幅調(diào)制和相位調(diào)制。具有調(diào)制、解調(diào)功能的裝置稱為調(diào)制解調(diào)器，即Modem。n PLC通信中，基帶傳輸和頻帶傳輸兩種傳輸形式都有采用，但

5、多采用基帶傳輸。 ：是在通信系統(tǒng)中位于發(fā)送端與接收端之間的物理通路。n 通信介質(zhì)一般可分為：導(dǎo)向性介質(zhì)、非導(dǎo)向性介質(zhì)：這種介質(zhì)將引導(dǎo)信號(hào)的傳播方向，如：雙絞線、同軸電纜和光纖等；：一般通過(guò)空氣傳播信號(hào)，它不為信號(hào)引導(dǎo)傳播方向，如短波、微波和紅外線通信等。 n 雙絞線是由兩根彼此絕緣的導(dǎo)線按照一定規(guī)則以螺旋狀絞合在一起。這種結(jié)構(gòu)能在一定程度上減弱來(lái)自外部的電磁干擾及相鄰雙絞線引起的串音干擾。但在傳輸距離、帶寬和數(shù)據(jù)傳輸速率等方面仍有其一定的局限性。 ：價(jià)格便宜、直徑小節(jié)省空間、使用方便靈活、易于安裝n 美國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）規(guī)定了六種質(zhì)量級(jí)別的雙絞線電纜，其中1類線檔次最低，只適于傳輸語(yǔ)音；

6、6類線檔次最高，傳輸頻率可達(dá)到250MHz。3類線數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)10Mbps；4類線數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)16Mbps；5類線數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)100Mbps。：抗干擾能力強(qiáng)，有較高的傳輸速率，100m內(nèi)可達(dá)到155Mbps。但其價(jià)格相對(duì)較貴，需要配置相應(yīng)的連接器，使用時(shí)不是很方便。 n 與雙絞線相比，同軸電線抗干擾能力強(qiáng)，能夠應(yīng)用于頻率更高、數(shù)據(jù)傳輸速率更快的情況。對(duì)其性能造成影響的主要因素來(lái)自衰損和熱噪聲，采用頻分復(fù)用技術(shù)時(shí)還會(huì)受到交調(diào)噪聲的影響。雖然目前同軸電纜大量被光纖取代，但它仍廣泛應(yīng)用于有線電視和某些局域網(wǎng)中。 n 同軸電纜主要有：n 50電纜：用于基帶數(shù)字信號(hào)傳輸，又稱基帶同軸電纜。電纜中只有

7、一個(gè)信道，數(shù)據(jù)信號(hào)采用曼徹斯特編碼方式，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)10Mbps，這種電纜主要用于局域網(wǎng)。n 75電纜：是CATV系統(tǒng)使用的標(biāo)準(zhǔn)，它既可用于傳輸寬帶模擬信號(hào)，也可用于傳輸數(shù)字信號(hào)。對(duì)于模擬信號(hào)而言，其工作頻率可達(dá)400MHZ。若在這種電纜上使用頻分復(fù)用技術(shù)，則可以使其同時(shí)具有大量的信道，每個(gè)信道都能傳輸模擬信號(hào)。 是一種傳輸光信號(hào)的傳輸媒介n 光纖的結(jié)構(gòu)：處于光纖最內(nèi)層的纖芯是一種橫截面積很小、質(zhì)地脆、易斷裂的光導(dǎo)纖維，制造這種纖維的材料可以是玻璃也可以是塑料。纖芯的外層裹有一個(gè)包層，它由折射率比纖芯小的材料制成。n 由于在纖芯與包層之間存在著折射率的差異，光信號(hào)才得以通過(guò)全反射在纖芯中不

8、斷向前傳播。在光纖的最外層則是起保護(hù)作用的外套。通常都是將多根光纖扎成束并裹以保護(hù)層制成多芯光纜。 n 根據(jù)制作材料的不同，光纖可分為： 石英光纖、塑料光纖、玻璃光纖等；n 根據(jù)傳輸模式不同，光纖可分為： 多模光纖和單模光纖；n 根據(jù)纖芯折射率的分布不同，光纖可以分為： 突變型光纖和漸變型光纖；n 根據(jù)工作波長(zhǎng)的不同，光纖可分為： 短波長(zhǎng)光纖、長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖和超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖。n 在實(shí)際光纖傳輸系統(tǒng)中，還應(yīng)配置與光纖配套的光源發(fā)生器件和光檢測(cè)器件。n 最常見的光源發(fā)生器件是發(fā)光二極管（LED）和注入激光二極管（ILD）。n 光檢測(cè)器件是在接收端能夠?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的器件，目前使用的光檢測(cè)器件有光電

9、二極管（PIN）和雪崩光電二極管（APD），光電二極管的價(jià)格較便宜，然而雪崩光電二極管卻具有較高的靈敏度。 ： 1）光纖支持很寬的帶寬（10141015 HZ），覆蓋了紅外線和可見光的頻譜。 2）具有很快的傳輸速率，當(dāng)前傳輸速率制約因素是信號(hào)生成技術(shù)。 3）光纖抗電磁干擾能力強(qiáng)，且光束本身又不向外輻射，適用于長(zhǎng)距離的信息傳輸及安全性要求較高的場(chǎng)合。 4）光纖衰減較小，中繼器的間距較大。：系統(tǒng)成本較高、不易安裝與維護(hù)、質(zhì)地脆易斷裂等。 n RS-232C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）于1969年公布的通信協(xié)議。RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)是目前計(jì)算機(jī)和PLC中最常用的一種串行通信接口。n RS-232C

10、采用，用，用。噪聲容限為2V，即接收器能識(shí)別低至+3V的信號(hào)作為邏輯“0”，高到-3V的信號(hào)作為邏輯“1” 。n RS-232C只能進(jìn)行，RS-232C可使用9針或25針的D型連接器，PLC一般使用9針的連接器n RS-232-C的電氣接口采用，容易受到公共地線上的電位差和外部引入的干擾信號(hào)的影響，同時(shí)還存在以下不足之處：1） 傳輸速率較低，最高傳輸速度速率為20kbps。2） 傳輸距離短，最大通信距離為15m3）接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，與TTL電平不兼容n 針對(duì)RS-232C的不足，EIA于1977年推出了串行通信標(biāo)準(zhǔn)RS-499，對(duì)RS-232C的電氣特性作了改進(jìn)，RS

11、-422A是RS-499的子集。 n RS-422A采用電路，從根本上取消了信號(hào)地線，大大減少了地電平所帶來(lái)的共模干擾。 n RS-422在最大傳輸速率10Mbps時(shí)，允許的最大通信距離為12m。傳輸速率為100kbps時(shí)，最大通信距離為1200m。n 一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器可以連接10臺(tái)接收器。n RS-422A是，兩對(duì)平衡差分信號(hào)線分別用于發(fā)送和接收，所以采用RS422接口通信時(shí)最少需要4根線。n RS-485是RS-422的變形，為，只有一對(duì)平衡差分信號(hào)線，不能同時(shí)發(fā)送和接收，最少只需二根連線。n RS-485的邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（26）V表示，邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（26）V表

12、示。n 電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接。 n RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性、高傳輸速率（10Mbps）、長(zhǎng)的傳輸距離（1200m）和多站能力（最多128站）等優(yōu)點(diǎn)，所以在工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用。n 為了實(shí)現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的智能設(shè)備之間的通信，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO提出了開放系統(tǒng) 互 連 模 型 O S I ( O p e n System Interconnection)，作為通信網(wǎng)絡(luò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的參考模型，n 詳細(xì)描述了軟件功能的7個(gè)層次。每一層都盡可能自成體系，均有明確的功能。n 物理層是為建立、保持和斷開在物理實(shí)體之間的物理連接，提供機(jī)械的、電氣的、功能性的和規(guī)程的特性。

13、n 物理層是建立在傳輸介質(zhì)之上，負(fù)責(zé)提供傳送數(shù)據(jù)比特位“0”和“1”碼的物理?xiàng)l件。同時(shí)，定義了傳輸介質(zhì)與網(wǎng)絡(luò)接口卡的連接方式以及數(shù)據(jù)發(fā)送和接收方式。n 接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232C、RS-422和RS-485等就屬于物理層。n 數(shù)據(jù)鍵路層通過(guò)物理層提供的物理連接，實(shí)現(xiàn)建立、保持和斷開數(shù)據(jù)鏈路的邏輯連接，完成數(shù)據(jù)的無(wú)差錯(cuò)傳輸。n 數(shù)據(jù)鏈路層的主要控制功能是差錯(cuò)控制和流量控制，以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。n 在數(shù)據(jù)鏈路上，幀是包含多個(gè)數(shù)據(jù)比特位的邏輯數(shù)據(jù)單元，通常由控制信息和傳輸數(shù)據(jù)兩部分組成。n 常用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是面向比特的串行同步通信協(xié)議-同步數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議/高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議（SDLC/HDLC

14、）。 n 網(wǎng)絡(luò)層完成站點(diǎn)間邏輯連接的建立和維護(hù)，負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)的尋址，提供網(wǎng)絡(luò)各站點(diǎn)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方法，完成傳輸數(shù)據(jù)的路由選擇和信息交換的有關(guān)操作。n 網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是報(bào)文包的分段、報(bào)文包阻塞的處理和通信子網(wǎng)內(nèi)路徑的選擇。n 常用的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議有X.25分組協(xié)議和IP協(xié)議。n 傳輸層是向會(huì)話層提供一個(gè)可靠的端到端（end-to-end）的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。n 傳輸層的信號(hào)傳送單位是報(bào)文（Message），它的主要功能是流量控制、差錯(cuò)控制、連接支持。n 典型的傳輸層協(xié)議是因特網(wǎng)TCP/IP協(xié)議中的TCP協(xié)議。 n 兩個(gè)表示層用戶之間的連接稱為會(huì)話，對(duì)應(yīng)會(huì)話層的任務(wù)就是提供一種有效的方法，組織和協(xié)調(diào)兩

15、個(gè)層次之間的會(huì)話，并管理和控制它們之間的數(shù)據(jù)交換。n 網(wǎng)絡(luò)下載中的斷點(diǎn)續(xù)傳就是會(huì)話層的功能。n 表示層用于應(yīng)用層信息內(nèi)容的形式變換，如數(shù)據(jù)加密/解密、信息壓縮解壓和數(shù)據(jù)兼容，把應(yīng)用層提供的信息變成能夠共同理解的形式。 n 應(yīng)用層作為參考模型的最高層，為用戶的應(yīng)用服務(wù)提供信息交換，為應(yīng)用接口提供操作標(biāo)準(zhǔn)。n 七層模型中所有其它層的目的都是為了支持應(yīng)用層，它直接面向用戶，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。n 常用的應(yīng)用層服務(wù)有電子郵件(E-mail)、文件傳輸(FTP)和Web服務(wù)等。 n OSI 7層模型中，除了物理層和物理層之間可直接傳送信息外，其它各層之間實(shí)現(xiàn)的都是間接的傳送。n OSI 7層參考模型只是

16、要求對(duì)等層遵守共同的通信協(xié)議，并沒有給出協(xié)議本身。n OSI 7層協(xié)議中，高4層提供用戶功能，低3層提供網(wǎng)絡(luò)通信功能。 n IEEE802通信標(biāo)準(zhǔn)是IEEE（國(guó)際電工與電子工程師學(xué)會(huì)）的802分委員會(huì)從1981年至今頒布的一系列計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)分層通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)草案的總稱。n 它把OSI參考模型的底部?jī)蓪臃纸鉃檫壿嬫溌房刂谱訉樱↙LC）、媒體訪問子層（MAC）和物理層。前兩層對(duì)應(yīng)于OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層是一條鏈路（Link）兩端的兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)所共同遵守的規(guī)則和約定。n IEEE802的媒體訪問控制子層對(duì)應(yīng)于多種標(biāo)準(zhǔn)，其中最常用的為三種，即帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問（CSMA/C

17、D）協(xié)議、令牌總線（Token Bus）和令牌環(huán)（Token Ring） n CSMA/CD（carrier-sense multiple access with collision detection）通信協(xié)議的基礎(chǔ)是以太網(wǎng)（Ethernet），各站共享一條廣播式的傳輸總線，每個(gè)站都是平等的，采用競(jìng)爭(zhēng)方式發(fā)送信息到傳輸線上。當(dāng)某個(gè)站識(shí)別到報(bào)文上的接收站名與本站的站名相同時(shí)，便將報(bào)文接收下來(lái)。由于沒有專門的控制站，兩個(gè)或多個(gè)站可能因同時(shí)發(fā)送信息而發(fā)生沖突，造成報(bào)文作廢，因此必須采取措施來(lái)防止沖突。n 通常把這種“先聽后講”和“邊聽邊講”相結(jié)合的方法稱為 CSMA/CD，其控制策略是競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送、廣

18、播式傳送、載體監(jiān)聽、沖突檢測(cè)、沖突后退和再試發(fā)送；n 令牌總線是IEEE802標(biāo)準(zhǔn)中的工廠媒質(zhì)訪問技術(shù)，其編號(hào)為802.4。 它吸收了GM公司支持的MAP（Manufacturing Automation Protocol，即制造自動(dòng)化協(xié)議）系統(tǒng)的內(nèi)容。n 在令牌總線中，媒體訪問控制是通過(guò)傳遞一種稱為令牌的特殊標(biāo)志來(lái)實(shí)現(xiàn)的。按照邏輯順序，令牌從一個(gè)裝置傳遞到另一個(gè)裝置，傳遞到最后一個(gè)裝置后，再傳遞給第一個(gè)裝置，如此同而復(fù)始，形成一個(gè)邏輯環(huán)。n 令牌有“空”、“忙”兩個(gè)狀態(tài)，令牌網(wǎng)開始時(shí)由指定站產(chǎn)生一個(gè)空令牌沿邏輯環(huán)傳送。n 任何一個(gè)要發(fā)送信息的站都要等到令牌傳給自己，判斷為“空”令牌時(shí)才發(fā)送信息。發(fā)送站首先把令牌置成“忙”，