PLC通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

/第七章可編程控制器通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)近年來，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)得到了迅速的發(fā)展，相當多的企業(yè)已經(jīng)在大量地使用可編程設(shè)備，如PLC、工業(yè)控制計算機、變頻器、機器人、柔性制造系統(tǒng)等。將不同廠家生產(chǎn)的這些設(shè)備連在一個網(wǎng)絡(luò)上，相互之間進行數(shù)據(jù)通信，由企業(yè)集中管理，已經(jīng)是很多企業(yè)必須考慮的問題。本章主要介紹有關(guān)PLC的通信與工廠自動化通信網(wǎng)絡(luò)方面的初步知識。第一節(jié)PLC通信基礎(chǔ)當任意兩臺設(shè)備之間有信息交換時，它們之間就產(chǎn)生了通信。PLC通信是指PLC與PLC、PLC與計算機、PLC與現(xiàn)場設(shè)備或遠程I/O之間的信息交換。PLC通信的任務(wù)就是將地理位置不同的PLC、計算機、各種現(xiàn)場設(shè)備等，通過通信介質(zhì)連接起來，按照規(guī)定的通信協(xié)議，以某種特定的通信方式高效率地完成數(shù)據(jù)的傳送、交換和處理。本節(jié)就通信方式、通信介質(zhì)、通信協(xié)議與常用的通信接口等內(nèi)容加以介紹。一、通信方式1．并行通信與串行通信數(shù)據(jù)通信主要有并行通信和串行通信兩種方式。并行通信是以字節(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。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。并行通信一般用于PLC的內(nèi)部，如PLC內(nèi)部元件之間、PLC主機與擴展模塊之間或近距離智能模塊之間的數(shù)據(jù)通信。串行通信是以二進制的位（bit）為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，每次只傳送一位，除了地線外，在一個數(shù)據(jù)傳輸方向上只需要一根數(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，數(shù)據(jù)和聯(lián)絡(luò)信號在這根線上按位進行傳送。串行通信需要的信號線少，最少的只需要兩三根線，適用于距離較遠的場合。計算機和PLC都備有通用的串行通信接口，工業(yè)控制中一般使用串行通信。串行通信多用于PLC與計算機之間、多臺PLC之間的數(shù)據(jù)通信。在串行通信中，傳輸速率常用比特率（每秒傳送的二進制位數(shù)）來表示，其單位是比特/秒（bit/s）或bps。傳輸速率是評價通信速度的重要指標。常用的標準傳輸速率有300、600、1200、2400、4800、9600和19200bps等。不同的串行通信的傳輸速率差別極大，有的只有數(shù)百bps，有的可達100Mbps。2．單工通信與雙工通信串行通信按信息在設(shè)備間的傳送方向又分為單工、雙工兩種方式。單工通信方式只能沿單一方向發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。雙工通信方式的信息可沿兩個方向傳送，每一個站既可以發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以接收數(shù)據(jù)。雙工方式又分為全雙工和半雙工兩種方式。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刻接收和發(fā)送信息，這種傳送方式稱為全雙工方式；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刻只能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)，這種傳送方式稱為半雙工方式。在PLC通信中常采用半雙工和全雙工通信。3．異步通信與同步通信在串行通信中，通信的速率與時鐘脈沖有關(guān)，接收方和發(fā)送方的傳送速率應(yīng)相同，但是實際的發(fā)送速率與接收速率之間總是有一些微小的差別，如果不采取一定的措施，在連續(xù)傳送大量的信息時，將會因積累誤差造成錯位，使接收方收到錯誤的信息。為了解決這一問題，需要使發(fā)送和接收同步。按同步方式的不同，可將串行通信分為異步通信和同步通信。異步通信的信息格式如圖7-1所示，發(fā)送的數(shù)據(jù)字符由一個起始位、7~8個數(shù)據(jù)位、l個奇偶校驗位（可以沒有）和停止位（1位、1.5或2位）組成。通信雙方需要對所采用的信息格式和數(shù)據(jù)的傳輸速率作相同的約定。接收方檢測到停止位和起始位之間的下降沿后，將它作為接收的起始點，在每一位的中點接收信息。由于一個字符中包含的位數(shù)不多，即使發(fā)送方和接收方的收發(fā)頻率略有不同，也不會因兩臺機器之間的時鐘周期的誤差積累而導(dǎo)致錯位。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。圖7-1異步通信的信息格式同步通信以字節(jié)為單位（一個字節(jié)由8位二進制數(shù)組成），每次傳送l~2個同步字符、若干個數(shù)據(jù)字節(jié)和校驗字符。同步字符起聯(lián)絡(luò)作用，用它來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，這意味著發(fā)送方和接收方應(yīng)使用同一時鐘脈沖。在近距離通信時，可以在傳輸線中設(shè)置一根時鐘信號線。在遠距離通信時，可以在數(shù)據(jù)流中提取出同步信號，使接收方得到與發(fā)送方完全相同的接收時鐘信號。由于同步通信方式不需要在每個數(shù)據(jù)字符中加起始位、停止位和奇偶校驗位，只需要在數(shù)據(jù)塊（往往很長）之前加一兩個同步字符，所以傳輸效率高，但是對硬件的要求較高，一般用于高速通信。4.基帶傳輸與頻帶傳輸基帶傳輸是按照數(shù)字信號原有的波形（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?；鶐鬏敳恍枰{(diào)制解調(diào)，設(shè)備花費少，適用于較小范圍的數(shù)據(jù)傳輸?；鶐鬏敃r，通常對數(shù)字信號進行一定的編碼，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曼徹斯特編碼等。后兩種編碼不含直流分量、包含時鐘脈沖、便于雙方自同步，所以應(yīng)用廣泛。頻帶傳輸是一種采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)的傳輸形式。發(fā)送端采用調(diào)制手段，對數(shù)字信號進行某種變換，將代表數(shù)據(jù)的二進制“1”和“0”，變換成具有一定頻帶范圍的模擬信號，以適應(yīng)在模擬信道上傳輸；接收端通過解調(diào)手段進行相反變換，把模擬的調(diào)制信號復(fù)原為“1”或“0”。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。頻帶傳輸較復(fù)雜，傳送距離較遠，若通過市話系統(tǒng)配備Modem，則傳送距離可不受限制。PLC通信中，基帶傳輸和頻帶傳輸兩種傳輸形式都有采用，但多采用基帶傳輸。二、通信介質(zhì)通信介質(zhì)就是在通信系統(tǒng)中位于發(fā)送端與接收端之間的物理通路。通信介質(zhì)一般可分為導(dǎo)向性和非導(dǎo)向性介質(zhì)兩種。導(dǎo)向性介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜和光纖等，這種介質(zhì)將引導(dǎo)信號的傳播方向；非導(dǎo)向性介質(zhì)一般通過空氣傳播信號，它不為信號引導(dǎo)傳播方向，如短波、微波和紅外線通信等。以下僅簡單介紹幾種常用的導(dǎo)向性通信介質(zhì)。1．雙絞線雙絞線是一種廉價而又廣為使用的通信介質(zhì)，它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的，如圖7-2所示。這種結(jié)構(gòu)能在一定程度上減弱來自外部的電磁干擾與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)傳輸速率等方面雙絞線仍有其一定的局限性。圖7-2雙絞線示意圖雙絞線常用于建筑物內(nèi)局域網(wǎng)數(shù)字信號傳輸。這種局域網(wǎng)所能實現(xiàn)的帶寬取決于所用導(dǎo)線的質(zhì)量、長度與傳輸技術(shù)。只要選擇、安裝得當，在有限距離內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸率達到10Mbps。當距離很短且采用特殊的電子傳輸技術(shù)時，傳輸率可達100Mbps。在實際應(yīng)用中，通常將許多對雙絞線捆扎在一起，用起保護作用的塑料外皮將其包裹起來制成電纜。采用上述方法制成的電纜就是非屏蔽雙絞線電纜，如圖7-3所示。為了便于識別導(dǎo)線和導(dǎo)線間的配對關(guān)系，雙絞線電纜中每根導(dǎo)線使用不同顏色的絕緣層。為了減少雙絞線間的相互串擾，電纜中相鄰雙絞線一般采用不同的絞合長度。非屏蔽雙絞線電纜價格便宜、直徑小節(jié)省空間、使用方便靈活、易于安裝，是目前最常用的通信介質(zhì)。圖7-3雙絞線電纜美國電器工業(yè)協(xié)會（EIA）規(guī)定了六種質(zhì)量級別的雙絞線電纜，其中1類線檔次最低，只適于傳輸語音；6類線檔次最高，傳輸頻率可達到250MHz。網(wǎng)絡(luò)綜合布線一般使用3、4、5類線。3類線傳輸頻率為16MHz，數(shù)據(jù)傳輸率可達10Mbps；4類線傳輸頻率為20MHz，數(shù)據(jù)傳輸率可達16Mbps；5類線傳輸頻率為l00MHz，數(shù)據(jù)傳輸可達100Mbps。非屏蔽雙絞線易受干擾，缺乏安全性。因此，往往采用金屬包皮或金屬網(wǎng)包裹以進行屏蔽，這種雙絞線就是屏蔽雙絞線。屏蔽雙絞線抗干擾能力強，有較高的傳輸速率，100m內(nèi)可達到155Mbps。但其價格相對較貴，需要配置相應(yīng)的連接器，使用時不是很方便。2．同軸電纜如圖7-4所示，同軸電纜由內(nèi)、外層兩層導(dǎo)體組成。內(nèi)層導(dǎo)體是由一層絕緣體包裹的單股實心線或絞合線（通常是銅制的），位于外層導(dǎo)體的中軸上；外層導(dǎo)體是由絕緣層包裹的金屬包皮或金屬網(wǎng)。同軸電纜的最外層是能夠起保護作用的塑料外皮。同軸電纜的外層導(dǎo)體不僅能夠充當導(dǎo)體的一部分，而且還起到屏蔽作用。這種屏蔽一方面能防止外部環(huán)境造成的干擾，另一方面能阻止內(nèi)層導(dǎo)體的輻射能量干擾其它導(dǎo)線。與雙絞線相比，同軸電線抗干擾能力強，能夠應(yīng)用于頻率更高、數(shù)據(jù)傳輸速率更快的情況。對其性能造成影響的主要因素來自衰損和熱噪聲，采用頻分復(fù)用技術(shù)時還會受到交調(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。圖7-4同軸電纜目前得到廣泛應(yīng)用的同軸電纜主要有50Ω電纜和75Ω電纜這兩類。50Ω電纜用于基帶數(shù)字信號傳輸，又稱基帶同軸電纜。電纜中只有一個信道，數(shù)據(jù)信號采用曼徹斯特編碼方式，數(shù)據(jù)傳輸速率可達10Mbps，這種電纜主要用于局域以太網(wǎng)。75Ω電纜是CATV系統(tǒng)使用的標準，它既可用于傳輸寬帶模擬信號，也可用于傳輸數(shù)字信號。對于模擬信號而言，其工作頻率可達400MHZ。若在這種電纜上使用頻分復(fù)用技術(shù)，則可以使其同時具有大量的信道，每個信道都能傳輸模擬信號。3．光纖光纖是一種傳輸光信號的傳輸媒介。光纖的結(jié)構(gòu)如圖7-5所示，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包層，它由折射率比纖芯小的材料制成。正是由于在纖芯與包層之間存在著折射率的差異，光信號才得以通過全反射在纖芯中不斷向前傳播。在光纖的最外層則是起保護作用的外套。通常都是將多根光纖扎成束并裹以保護層制成多芯光纜。圖7-5光纖的結(jié)構(gòu)從不同的角度考慮，光纖有多種分類方式。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；根據(jù)傳輸模式不同，光纖可分為多模光纖和單模光纖；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；根據(jù)工作波長的不同，光纖可分為短波長光纖、長波長光纖和超長波長光纖。單模光纖的帶寬最寬，多模漸變光纖次之，多模突變光纖的帶寬最窄；單模光纖適于大容量遠距離通信，多模漸變光纖適于中等容量中等距離的通信，而多模突變光纖只適于小容量的短距離通信。在實際光纖傳輸系統(tǒng)中，還應(yīng)配置與光纖配套的光源發(fā)生器件和光檢測器件。目前最常見的光源發(fā)生器件是發(fā)光二極管（LED）和注入激光二極管（ILD）。光檢測器件是在接收端能夠?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)化成電信號的器件，目前使用的光檢測器件有光電二極管（PIN）和雪崩光電二極管（APD），光電二極管的價格較便宜，然而雪崩光電二極管卻具有較高的靈敏度。與一般的導(dǎo)向性通信介質(zhì)相比，光纖具有很多優(yōu)點：1）光纖支持很寬的帶寬，其范圍大約在1014～1015HZ之間，這個范圍覆蓋了紅外線和可見光的頻譜。2）具有很快的傳輸速率，當前限制其所能實現(xiàn)的傳輸速率的因素來自信號生成技術(shù)。3）光纖抗電磁干擾能力強，由于光纖中傳輸?shù)氖遣皇芡饨珉姶鸥蓴_的光束，而光束本身又不向外輻射，因此它適用于長距離的信息傳輸與安全性要求較高的場合。4）光纖衰減較小，中繼器的間距較大。采用光纖傳輸信號時，在較長距離內(nèi)可以不設(shè)置信號放大設(shè)備，從而減少了整個系統(tǒng)中繼器的數(shù)目。當然光纖也存在一些缺點，如系統(tǒng)成本較高、不易安裝與維護、質(zhì)地脆易斷裂等。三、PLC常用通信接口PLC通信主要采用串行異步通信，其常用的串行通信接口標準有RS-232C、RS-422A和RS-485等。1．RS-232CRS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA于1969年公布的通信協(xié)議，它的全稱是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間

串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準”。RS-232C接口標準是目前計算機和PLC中最常用的一種串行通信接口。RS-232C采用負邏輯，用-5～-15V表示邏輯“l(fā)”，用+5～+15V表示邏輯“0”。噪聲容限為2V，即要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號

作為邏輯“1”

。RS-232C只能進行一對一的通信，RS-232C可使用9針或25針的D型連接器，表7-1列出了RS-232C接口各引腳信號的定義以與9針與25針引腳的對應(yīng)關(guān)系。PLC一般使用9針的連接器表7-1RS-232C接口引腳信號的定義引腳號（9針）引腳號（25針）信號方向功能18DCDIN數(shù)據(jù)載波檢測23RxDIN接收數(shù)據(jù)32TxDOUT發(fā)送數(shù)據(jù)420DTROUT數(shù)據(jù)終端裝置（DTE）準備就緒57GND信號公共參考地66DSRIN數(shù)據(jù)通信裝置（DCE）準備就緒74RTSOUT請求傳送85CTSIN清除傳送922CI（RI）IN振鈴指示如圖7-6a所示為兩臺計算機都使用RS-232C直接進行連接的典型連接；如圖7-6b所示為通信距離較近時只需3根連接線。圖7-6兩個RS-232C數(shù)據(jù)終端設(shè)備的連接如圖7-7所示RS-232-C的電氣接口采用單端驅(qū)動、單端接收的電路，容易受到公共地線上的電位差和外部引入的干擾信號的影響，同時還存在以下不足之處：圖7-7單端驅(qū)動單端接收的電路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15m。3）

接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL

電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。2．RS-422針對RS-232C的不足，EIA于1977年推出了串行通信標準RS-499，對RS-232C的電氣特性作了改進，RS-422A是RS-499的子集。如圖7-8所示由于RS-422A采用平衡驅(qū)動、差分接收電路，從根本上取消了信號地線，大大減少了地電平所帶來的共模干擾。平衡驅(qū)動器相當于兩個單端驅(qū)動器，其輸入信號相同，兩個輸出信號互為反相信號，圖中的小圓圈表示反相。外部輸入的干擾信號是以共模方式出現(xiàn)的，兩極傳輸線上的共模干擾信號相同，因接收器是差分輸入，共模信號可以互相抵消。只要接收器有足夠的抗共模干擾能力，就能從干擾信號中識別出驅(qū)動器輸出的有用信號，從而克服外部干擾的影響。圖7-8平衡驅(qū)動差分接收的電路RS-422在最大傳輸速率10Mbps時，允許的最大通信距離為12m。傳輸速率為100kbps時，最大通信距離為1200m。一臺驅(qū)動器可以連接10臺接收器。3．RS-485RS-485是RS-422的變形，RS-422A是全雙工，兩對平衡差分信號線分別用于發(fā)送和接收，所以采用RS422接口通信時最少需要4根線。RS-485為半雙工，只有一對平衡差分信號線，不能同時發(fā)送和接收，最少只需二根連線。如圖7-9所示使用RS-485通信接口和雙絞線可組成串行通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)最多可連接128個站。圖7-9采用

RS-485的網(wǎng)絡(luò)

RS-485的邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2~6）V表示，邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（2~6）V表示。接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，

且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL

電路連接。

由于RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性、高傳輸速率（10Mbps）、長的傳輸距離（1200m）和多站能力（最多128站）等優(yōu)點，所以在工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用。RS-422/RS485接口一般采用使用9針的D型連接器。普通微機一般不配備RS-422和RS-485接口，但工業(yè)控制微機基本上都有配置。如圖7-10所示RS232C/RS422轉(zhuǎn)換器的電路原理圖。圖7-10RS232C/RS422轉(zhuǎn)換的電路原理四、計算機通信標準（一）開放系統(tǒng)互連模型為了實現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的智能設(shè)備之間的通信，國際標準化組織ISO提出了如圖7-11所示開放系統(tǒng)互連模型OSI(OpenSystemInterconnection)，作為通信網(wǎng)絡(luò)國際標準化的參考模型，它詳細描述了軟件功能的7個層次。七個層次自下而上依次為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳送層、會話層、表示層和應(yīng)用層。每一層都盡可能自成體系，均有明確的功能。圖7-11開放系統(tǒng)互連（OSI）參考模型1．物理層（PhysicalLayer）物理層是為建立、保持和斷開在物理實體之間的物理連接，提供機械的、電氣的、功能性的和規(guī)程的特性。它是建立在傳輸介質(zhì)之上，負責提供傳送數(shù)據(jù)比特位“0”和“1”碼的物理條件。同時，定義了傳輸介質(zhì)與網(wǎng)絡(luò)接口卡的連接方式以與數(shù)據(jù)發(fā)送和接收方式。常用的串行異步通信接口標準RS－232C、RS－422和RS－485等就屬于物理層。2．數(shù)據(jù)鏈路層（DatalinkLayer）數(shù)據(jù)鍵路層通過物理層提供的物理連接，實現(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)的無差錯傳輸。為了保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，數(shù)據(jù)鏈路層的主要控制功能是差錯控制和流量控制。在數(shù)據(jù)鏈路上，數(shù)據(jù)以幀格式傳輸，幀是包含多個數(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。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/高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議（SDLC/HDLC）。3．網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）網(wǎng)絡(luò)層完成站點間邏輯連接的建立和維護，負責傳輸數(shù)據(jù)的尋址，提供網(wǎng)絡(luò)各站點間進行數(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。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是報文包的分段、報文包阻塞的處理和通信子網(wǎng)內(nèi)路徑的選擇。常用的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議有X.25分組協(xié)議和IP協(xié)議。4.傳輸層（TransportLayer）傳輸層是向會話層提供一個可靠的端到端（end-to-end）的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。傳輸層的信號傳送單位是報文（Message），它的主要功能是流量控制、差錯控制、連接支持。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。5．會話層（SessionLayer）兩個表示層用戶之間的連接稱為會話，對應(yīng)會話層的任務(wù)就是提供一種有效的方法，組織和協(xié)調(diào)兩個層次之間的會話，并管理和控制它們之間的數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)絡(luò)下載中的斷點續(xù)傳就是會話層的功能。6．表示層（PresentationLayer）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。7．應(yīng)用層（ApplicationLayer）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)用接口提供操作標準。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)。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。OSI7層模型中，除了物理層和物理層之間可直接傳送信息外，其它各層之間實現(xiàn)的都是間接的傳送。在發(fā)送方計算機的某一層發(fā)送的信息，必須經(jīng)過該層以下的所有低層，通過傳輸介質(zhì)傳送到接收方計算機，并層層上送直至到達接收方中與信息發(fā)送層相對應(yīng)的層。OSI7層參考模型只是要求對等層遵守共同的通信協(xié)議，并沒有給出協(xié)議本身。OSI7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。（二）IEEE802通信標準IEEE802通信標準是IEEE（國際電工與電子工程師學(xué)會）的802分委員會從1981年至今頒布的一系列計算機局域網(wǎng)分層通信協(xié)議標準草案的總稱。它把OSI參考模型的底部兩層分解為邏輯鏈路控制子層（LLC）、媒體訪問子層（MAC）和物理層。前兩層對應(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）兩端的兩臺設(shè)備進行通信時所共同遵守的規(guī)則和約定。IEEE802的媒體訪問控制子層對應(yīng)于多種標準，其中最常用的為三種，即帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）協(xié)議、令牌總線（TokenBus）和令牌環(huán)（TokenRing）。1．CSMA/CD協(xié)議CSMA/CD（carrier-sensemultipleaccesswithcollisiondetection）通信協(xié)議的基礎(chǔ)是XEROX公司研制的以太網(wǎng)（Ethernet），各站共享一條廣播式的傳輸總線，每個站都是平等的，采用競爭方式發(fā)送信息到傳輸線上。當某個站識別到報文上的接收站名與本站的站名相同時，便將報文接收下來。由于沒有專門的控制站，兩個或多個站可能因同時發(fā)送信息而發(fā)生沖突，造成報文作廢，因此必須采取措施來防止沖突。發(fā)送站在發(fā)送報文之前，先監(jiān)聽一下總線是否空閑，如果空閑，則發(fā)送報文到總線上，稱之為“先聽后講”。但是這樣做仍然有發(fā)生沖突的可能，因為從組織報文到報文在總線上傳輸需一段時間，在這一段時間內(nèi)，另一個站通過監(jiān)聽也可能會認為總線空閑并發(fā)送報文到總線上，這樣就會因兩站同時發(fā)送而發(fā)生沖突。為了防止沖突，可以采取兩種措施：一種是發(fā)送報文開始的一段時間，仍然監(jiān)聽總線，采用邊發(fā)送邊接收的辦法，把接收到的信息和自己發(fā)送的信息相比較，若相同則繼續(xù)發(fā)送，稱之為“邊聽邊講”；若不相同則發(fā)生沖突，立即停止發(fā)送報文，并發(fā)送一段簡短的沖突標志。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，其控制策略是競爭發(fā)送、廣播式傳送、載體監(jiān)聽、沖突檢測、沖突后退和再試發(fā)送；另一種措施是準備發(fā)送報文的站先監(jiān)聽一段時間，如果在這段時間內(nèi)總線一直空閑，則開始作發(fā)送準備，準備完畢，真正要將報文發(fā)送到總線上之前，再對總線作一次短暫的檢測，若仍為空閑，則正式開始發(fā)送；若不空閑，則延時一段時間后再重復(fù)上述的二次檢測過程。2．令牌總線令牌總線是IEEE802標準中的工廠媒質(zhì)訪問技術(shù)，其編號為802.4。它吸收了GM公司支持的MAP（ManufacturingAutomationProtocol，即制造自動化協(xié)議）系統(tǒng)的內(nèi)容。在令牌總線中，媒體訪問控制是通過傳遞一種稱為令牌的特殊標志來實現(xiàn)的。按照邏輯順序，令牌從一個裝置傳遞到另一個裝置，傳遞到最后一個裝置后，再傳遞給第一個裝置，如此同而復(fù)始，形成一個邏輯環(huán)。令牌有“空”、“忙”兩個狀態(tài)，令牌網(wǎng)開始運行時，由指定站產(chǎn)生一個空令牌沿邏輯環(huán)傳送。任何一個要發(fā)送信息的站都要等到令牌傳給自己，判斷為“空”令牌時才發(fā)送信息。發(fā)送站首先把令牌置成“忙”，并寫入要傳送的信息、發(fā)送站名和接收站名，然后將載有信息的令牌送入環(huán)網(wǎng)傳輸。令牌沿環(huán)網(wǎng)循環(huán)一周后返回發(fā)送站時，信息已被接收站拷貝，發(fā)送站將令牌置為“空”，送上環(huán)網(wǎng)繼續(xù)傳送，以供其它站使用。如果在傳送過程中令牌丟失，由監(jiān)控站向網(wǎng)中注入一個新的令牌。令牌傳遞式總線能在很重的負荷下提供實時同步操作，傳送效率高，適于頻繁、較短的數(shù)據(jù)傳送，因此它最適合于需要進行實時通信的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。3．令牌環(huán)令牌環(huán)媒質(zhì)訪問方案是IBM開發(fā)的，它在IEEE802標準中的編號為802.5，它有些類似于令牌總線。在令牌環(huán)上，最多只能有一個令牌繞環(huán)運動，不允許兩個站同時發(fā)送數(shù)據(jù)。令牌環(huán)從本質(zhì)上看是一種集中控制式的環(huán)，環(huán)上必須有一個中心控制站負責網(wǎng)的工作狀態(tài)的檢測和管理。PC與PLC通信的實現(xiàn)個人計算機（以下簡稱PC）具有較強的數(shù)據(jù)處理功能，配備著多種高級語言，若選擇適當?shù)牟僮飨到y(tǒng)，則可提供優(yōu)良的軟件平臺，開發(fā)各種應(yīng)用系統(tǒng)，特別是動態(tài)畫面顯示等。隨著工業(yè)PC的推出，PC在工業(yè)現(xiàn)場運行的可靠性問題也得到了解決，用戶普遍感到，把PC連入PLC應(yīng)用系統(tǒng)可以帶來一系列的好處。一、概述1.PC與PLC實現(xiàn)通信的意義把PC連入PLC應(yīng)用系統(tǒng)具有以下四個方面作用：1）構(gòu)成以PC為上位機，單臺或多臺PLC為下位機的小型集散系統(tǒng)，可用PC實現(xiàn)操作站功能。2）在PLC應(yīng)用系統(tǒng)中，把PC開發(fā)成簡易工作站或者工業(yè)終端，可實現(xiàn)集中顯示、集中報警功能。3）把PC開發(fā)成PLC編程終端，可通過編程器接口接入PLC，進行編程、調(diào)試與監(jiān)控。4）把PC開發(fā)成網(wǎng)間連接器，進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)PLC與其它計算機網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。2.PC與PLC實現(xiàn)通信的方法把PC連入PLC應(yīng)用系統(tǒng)是為了向用戶提供諸如工藝流程圖顯示、動態(tài)數(shù)據(jù)畫面顯示、報表編制、趨勢圖生成、窗口技術(shù)以與生產(chǎn)管理等多種功能，為PLC應(yīng)用系統(tǒng)提供良好、物美價廉的人機界面。但這對用戶的要求較高，用戶必須做較多的開發(fā)工作，才能實現(xiàn)PC與PLC的通信。為了實現(xiàn)PC與PLC的通信，用戶應(yīng)當做如下工作：1）判別PC上配置的通信口是否與要連入的PLC匹配，若不匹配，則增加通信模板。2）要清楚PLC的通信協(xié)議，按照協(xié)議的規(guī)定與幀格式編寫PC的通信程序。PLC中配有通信機制，一般不需用戶編程。若PLC廠家有PLC與PC的專用通信軟件出售，則此項任務(wù)較容易完成。3）選擇適當?shù)牟僮飨到y(tǒng)提供的軟件平臺，利用與PLC交換的數(shù)據(jù)編制用戶要求的畫面。4）若要遠程傳送，可通過Modem接入電話網(wǎng)。若要PC具有編程功能，應(yīng)配置編程軟件。3.PC與PLC實現(xiàn)通信的條件從原則上講，PC連入PLC網(wǎng)絡(luò)并沒有什么困難。只要為PC配備該種PLC網(wǎng)專用的通信卡以與通信軟件，按要求對通信卡進行初始化，并編制用戶程序即可。用這種方法把PC連入PLC網(wǎng)絡(luò)存在的唯一問題是價格問題。在PC上配上PLC制造廠生產(chǎn)的專用通信卡與專用通信軟件常會使PC的價格數(shù)倍甚至十幾倍的升高。用戶普遍感興趣的問題是，能否利用PC中已普遍配有的異步串行通信適配器加上自己編寫的通信程序把PC連入PLC網(wǎng)絡(luò)，這也正是本節(jié)所要重點討論的問題。帶異步通信適配器的PC與PLC通信并不一定行得通，只有滿足如下條件才能實現(xiàn)通信。1）只有帶有異步通信接口的PLC與采用異步方式通信的PLC網(wǎng)絡(luò)才有可能與帶異步通信適配器的PC互連。同時還要求雙方采用的總線標準一致，都是RS-232C，或者都是RS-422（RS-485），否則要通過“總線標準變換單元”變換之后才能互連。2）要通過對雙方的初始化，使波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)、奇偶校驗都相同。3）用戶必須熟悉互聯(lián)的PLC采用的通信協(xié)議。嚴格地按照協(xié)議規(guī)定為PC編寫通信程序。在PLC一方不需用戶編寫通信程序。滿足上述三個條件，PC就可以與PLC互聯(lián)通信。如果不能滿足這些條件則應(yīng)配置專用網(wǎng)卡與通信軟件實現(xiàn)互聯(lián)。4.PC與PLC互聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式用戶把帶異步通信適配器的PC與PLC互聯(lián)通信時通常采用如圖7-12所示的兩種結(jié)構(gòu)形式。一種為點對點結(jié)構(gòu)，PC的COM口與PLC的編程器接口或其它異步通信口之間實現(xiàn)點對點鏈接,如圖7-12a所示。另一種為多點結(jié)構(gòu)，PC與多臺PLC共同連在同一條串行總線上，如圖7-12b所示。多點結(jié)構(gòu)采用主從式存取控制方法，通常以PC為主站，多臺PLC為從站，通過周期輪詢進行通信管理。圖7-12常用結(jié)構(gòu)形式a）點對點結(jié)構(gòu)b）多點結(jié)構(gòu)5.PC與PLC互聯(lián)通信方式目前PC與PLC互聯(lián)通信方式主要有以下幾種：1）通過PLC開發(fā)商提供的系統(tǒng)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)適配器，構(gòu)成特定公司產(chǎn)品的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)其通信協(xié)議不公開?；ヂ?lián)通信必須使用開發(fā)商提供的上位組態(tài)軟件，并采用支持相應(yīng)協(xié)議的外設(shè)。這種方式其顯示畫面和功能往往難以滿足不同用戶的需要。2）購買通用的上位組態(tài)軟件，實現(xiàn)PC與PLC的通信。這種方式除了要增加系統(tǒng)投資外，其應(yīng)用的靈活性也受到一定的局限。3）利用PLC廠商提供的標準通信口或由用戶自定義的自由通信口實現(xiàn)PC與PLC互聯(lián)通信。這種方式不需要增加投資，有較好的靈活性，特別適合于小規(guī)模控制系統(tǒng)。本節(jié)主要介紹利用標準通信口或由用戶自定義的自由通信口實現(xiàn)PC與PLC的通信。二、PC與FX系列PLC通信的實現(xiàn)1．硬件連接一臺PC機可與一臺或最多16臺FX系列PLC通信，PC與PLC之間不能直接連接。如圖7-13a、b為點對點結(jié)構(gòu)的連接，圖a中是通過FX-232AW單元進行RS-232C/RS-422轉(zhuǎn)換與PLC編程口連接，圖b中通過在PLC內(nèi)部安裝的通信功能擴展板FX-232-BD與PC連接；如圖7-13c所示為多點結(jié)構(gòu)的連接，F(xiàn)X-485-BD為安裝在PLC內(nèi)部的通信功能擴展板，F(xiàn)X-485PC-IF為RS-232C和RS-485的轉(zhuǎn)換接口。除此之外當然還可以通過其它通信模塊進行連接，不再一一贅述。下面以PC與PLC之間點對點通信為例。圖7-13PC與FX的硬件連接圖2．FX系列PLC通信協(xié)議PC中必須依據(jù)所連接PLC的通信規(guī)程來編寫通信協(xié)議，所以我們先要熟悉FX系列PLC的通信協(xié)議。1）數(shù)據(jù)格式FX系列PLC采用異步格式，由1位起始位、7位數(shù)據(jù)位、1位偶校驗位與1位停止位組成，比特率為9600bps，字符為ASCⅡ碼。數(shù)據(jù)格式如圖7-14所示。圖7-14數(shù)據(jù)格式2）通信命令FX系列PLC有4條通信命令，分別是讀命令、寫命令、強制通命令、強制斷命令，如表7-2所示。表7-2FX系列PLC的通信命令表3）通信控制字符FX系列PLC采用面向字符的傳輸規(guī)程，用到5個通信控制字符，如表7-3所示。表7-3FX系列PLC通信控制字符表控制字符ASCⅡ碼功能說明ENQ05HPC發(fā)出請求ACK06HPLC對ENQ的確認回答NAK15HPLC對ENQ的否認回答STX02H信息幀開始標志ETX03H信息幀結(jié)束標志注：當PLC對計算機發(fā)來的ENQ不理解時，用NAK回答。4）報文格式計算機向PLC發(fā)送的報文格式如下：STXCMD數(shù)據(jù)段ETXSUMHSUML其中，STX為開始標志：02H；ETX為結(jié)束標志：03H；CMD為命令的ASCⅡ碼；SUMH、SUML為按字節(jié)求累加和，溢出不計。由于每字節(jié)十六進制數(shù)變?yōu)閮勺止?jié)的ASCⅡ碼，故校驗和為SUMH與SUML。數(shù)據(jù)段格式與含義如下：注：寫命令的數(shù)據(jù)段有數(shù)據(jù)，讀命令數(shù)據(jù)段則無數(shù)據(jù)。PLC向PC發(fā)的應(yīng)答報文格式如下：注：對讀命令的應(yīng)答報文數(shù)據(jù)段為要讀取的數(shù)據(jù)，一個數(shù)據(jù)占兩字節(jié)，分上位下位：數(shù)據(jù)段：對寫命令的應(yīng)答報文無數(shù)據(jù)段，而用ACK與NAK作應(yīng)答內(nèi)容。5）傳輸規(guī)程PC與FX系列PLC間采用應(yīng)答方式通信，傳輸出錯，則組織重發(fā)。其傳輸過程如圖7-15所示。圖7-15傳輸過程PLC根據(jù)PC的命令，在每個循環(huán)掃描結(jié)束處的END語句后組織自動應(yīng)答，無需用戶在PLC一方編寫程序。3．PC通信程序的編寫編寫PC的通信程序可采用匯編語言編寫，或采用各種高級語言編寫，或采用工控組態(tài)軟件，或直接采用PLC廠家的通信軟件（如三菱的MELSEMEDOC等）下面利用VB6.0以一個簡單的例子來說明編寫通信程序的要點。假設(shè)PC要求從PLC中讀入從D123開始的4個字節(jié)的數(shù)據(jù)（D123、D124），其傳輸應(yīng)答過程與報文如圖7-16所示。圖7-16傳輸應(yīng)答過程與命令報文命令報文中10F6H為D123的地址，04H表示要讀入4個字節(jié)的數(shù)據(jù)。校驗和SUM＝30H＋31H＋30H＋46H＋36H＋30H＋34H＋03H＝174H，溢出部分不計，故SUMH=7，SUAIL=4，相應(yīng)的ASCⅡ碼為“37H”，“34H”。應(yīng)答報文中4個字節(jié)的十六進制數(shù)，其相應(yīng)的ASCⅡ碼為8個字節(jié)，故應(yīng)答報文長度為12個字節(jié)。根據(jù)PC與FX系列PLC的傳輸應(yīng)答過程，利用VB的MSComm控件可以編寫如下通信程序?qū)崿F(xiàn)PC與FX系列PLC之間的串行通信，以完成數(shù)據(jù)的讀取。MSComm控件可以采用輪詢或事件驅(qū)動的方法從端口獲取數(shù)據(jù)。在這個例子中使用了輪詢方法。1）通信口初始化PrivateSubInitialize（）MSComm1．CommPort=1MSComm1．Settings=“9600,E,7,1”MSComm1．InBufferSize=1024MSComml．OutBuffersize=1024MSComm1．InputLen=0MSComml．InputMode=comInputTextMSComm1．Handshaking=comNoneMSComm1．PortOpen=TrueEndSub2）請求通信與確認PrivateFunctionMakeHandshaking（）AsBooleanDimInPackageAsStringMSComml．OutBufferCount=0MSComml．InBufferCount=0MSComml．OutPut=Chr（＆H5）DoDoEventsLoopUntilMSComml．InBufferCount=1InPackage=MSComml．InputIfInPackage=Chr（＆H6）ThenMakeHandShaking=TrueElseMakeHandshaking=FalseEndIfEndFunction3）發(fā)送命令報文PrivateSubSendFrame()DimOutstringAsStringMSComml．OutBufferCount=0MSComml．InBufferCount=0Outstrin=Chr（＆H2）＋″on″＋″10F604″＋Chr（＆H3）＋″74″MSComml．Output=OutstringEndSub4）讀取應(yīng)答報文PrivateSubReceiveFrame（）DimInstringAsStringDoDoEventsLoopUntilMSComml．InBufferCount=12InString=MSComml．InpultEndSub三、PC與S7-200系列PLC通信的實現(xiàn)S7-200系列PLC有通信方式有三種：一種是點對點（PPI）方式，用于與該公司PLC編程器或其它人機接口產(chǎn)品的通信，其通信協(xié)議是不公開的。另一種為DP方式，這種方式使得PLC可以通過Profibus-DP通信接口接入Profibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，從而擴大PLC的使用范圍。最后一種方式是自由口通信（Freeport）方式，由用戶定義通信協(xié)議，實現(xiàn)PLC與外設(shè)的通信。以下采用自由口通信方式，實現(xiàn)PC與S7-200系列PLC通信。1.PC與S7-200系列PLC通信連接PC為RS232C接口，S7-200系列自由口為RS485。因此PC的RS232接口必須先通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換器，再與PLC通信端口相連接，連接媒質(zhì)可以是雙絞線或電纜線。西門子公司提供的PC/PPI電纜帶有RS232/RS485轉(zhuǎn)換器，可直接采用PC/PPI電纜，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將PLC和PC的連接，如圖7-17所示。也可實現(xiàn)多點連接。圖7-17PC與S7-200系列PLC的連接2.S7-200系列PLC自由通信口初始化與通信指令在該通信方式下，通信端口完全由用戶程序所控制，通信協(xié)議也由用戶設(shè)定。PC機與PLC之間是主從關(guān)系，PC機始終處于主導(dǎo)地位。PLC的通信編程首先是對串口初始化，對S7-200PLC的初始化是通過對特殊標志位SMB30（端口0）、SMB130（端口1）寫入通信控制字，設(shè)置通信的波特率，奇偶校驗位、停止位和字符長度。顯然，這些設(shè)定必須與PC的設(shè)定相一致。SMB30和SMB130的各位與含義如下：其中，校驗方式：00和11均為無校驗、01為偶校驗、10為奇校驗；字符長度：0為傳送字符有效數(shù)據(jù)是8位、1為有效數(shù)據(jù)是7位；波特率：000為38400baud、001為19200baud、010為9600baud、011為4800baud、100為2400baud、101為1200baud、110為600baud、111為300baud；通信協(xié)議：00為PPI協(xié)議從站模式、01為自由口協(xié)議、10為PPI協(xié)議主站模式、11為保留，缺省設(shè)置為PPI協(xié)議從站模式。XMT與RCV命令分別用于PLC向外界發(fā)送與接收數(shù)據(jù)。當PLC處于RUN狀態(tài)下時，通信命令有效，當PLC處于STOP狀態(tài)時通信命令無效。XMT命令將指定存儲區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)通過指定端口傳送出去，當存儲區(qū)內(nèi)最后一個字節(jié)傳送完畢，PLC將產(chǎn)生一個中斷，命令格式為XMTTABLE，PORT，其中PORT指定PLC用于發(fā)送的通信端口，TABLE為是數(shù)據(jù)存儲區(qū)地址，其第一個字節(jié)存放要傳送的字節(jié)數(shù)，即數(shù)據(jù)長度，最大為255。RCV命令從指定的端口讀入數(shù)據(jù)存放在指定的數(shù)據(jù)存儲區(qū)內(nèi)，當最后一個字節(jié)接收完畢，PLC也將產(chǎn)生一個中斷，命令格式為RCVTABLE，PORT，PLC通過PORT端口接收數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存放在TBL數(shù)據(jù)存儲區(qū)內(nèi)，TABLE的第一個字節(jié)為接收的字節(jié)數(shù)。在自由口通信方式下，還可以通過字符中斷控制來接收數(shù)據(jù)，即PLC每接收一個字節(jié)的數(shù)據(jù)都將產(chǎn)生一個中斷。因而，PLC每接收一個字節(jié)的數(shù)據(jù)都可以在相應(yīng)的中斷程序中對接收的數(shù)據(jù)進行處理。3．通信程序流程圖與工作過程在上述通信方式下，由于只用兩根線進行數(shù)據(jù)傳送，所以不能夠利用硬件握手信號作為檢測手段。因而在PC機與PLC通信中發(fā)生誤碼時，將不能通過硬件判斷是否發(fā)生誤碼，或者當PC與PLC工作速率不一樣時，就會發(fā)生沖突。這些通信錯誤將導(dǎo)致PLC控制程序不能正常工作，所以必須使用軟件進行握手，以保證通信的可靠性。由于通信是在PC機以與PLC之間協(xié)調(diào)進行的，所以PC機以與PLC中的通信程序也必須相互協(xié)調(diào)，即當一方發(fā)送數(shù)據(jù)時另一方必須處于接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)。如圖7-18、圖7-19所示分別是PC、PLC的通信程序流程。圖7-18PC機通信程序流程圖圖7-19S7-PLC通信程序流程圖通信程序的工作過程：PC每發(fā)送一個字節(jié)前首先發(fā)送握手信號，PLC收到握手信號后將其傳送回PC，PC只有收到PLC傳送回來的握手信號后才開始發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)。PLC收到這個字節(jié)數(shù)據(jù)以后也將其回傳給PC，PC將原數(shù)據(jù)與PLC傳送回來的數(shù)據(jù)進行比較，若兩者不同，則說明通信中發(fā)生了誤碼，PC機重新發(fā)送該字節(jié)數(shù)據(jù)；若兩者相同，則說明PLC收到的數(shù)據(jù)是正確的，PC機發(fā)送下一個握手信號，PLC收到這個握手信號后將前一次收到的數(shù)據(jù)存入指定的存儲區(qū)。這個工作過程重復(fù)一直持續(xù)到所有的數(shù)據(jù)傳送完成。采用軟件握手以后，不管PC與PLC的速度相差多遠，發(fā)送方永遠也不會超前于接收方。軟件握手的缺點是大大降低了通信速度，因為傳送每一個字節(jié)，在傳送線上都要來回傳送兩次，并且還要傳送握手信號。但是考慮到控制的可靠性以與控制的時間要求，犧牲一點速度是值得的，也是可行的。PLC方的通信程序只是PLC整個控制程序中的一小部分，可將通信程序編制成PLC的中斷程序，當PLC接收到PC發(fā)送的數(shù)據(jù)以后，在中斷程序中對接收的數(shù)據(jù)進行處理。PC方的通信程序可以采用VB、VC等語言，也可直接采用西門子專用組態(tài)軟件，如STEP7、WinCC。四、PC與CPM1A系列PLC通信的實現(xiàn)1．PC與CPM1A系列PLC的連接如圖7-21a所示的點對點結(jié)構(gòu)的連接方式，稱為1:1HOSTLink通信方式。CPM1A系列PLC沒有RS232C串行通信端口，它是通過外設(shè)通信口與上位機進行通信的，因此CPM1A需配置RS232C通信適配器CPM1-CIF01（其模式開關(guān)應(yīng)設(shè)置在“HOST”）才能使用。1:1HOSTLink通信時，上位機發(fā)出指令信息給PLC，PLC返回響應(yīng)信息給上位機。這時，上位機可以監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)，例如可跟蹤監(jiān)測、進行故障報警、采集PLC控制系統(tǒng)中的某些數(shù)據(jù)等。還可以在線修改PLC的某些設(shè)定值和當前值，改寫PLC的用戶程序等。圖7-21PC與CPM1A系列PLC的連接a）1:1b)1:N如圖7-21b所示的為多點結(jié)構(gòu)的連接方式，稱為1:NHOSTLink通信方式，一臺上位機最多可以連接32臺PLC。在這種通信方式下，上位機要通過鏈接適配器B500-AL004與CPM1A系列PLC連接，每臺PLC都要在通信口配一個RS422適配器。利用1:NHOSTLink通信方式，可以用一臺上位機監(jiān)控多臺PLC的工作狀態(tài)，實現(xiàn)集散控制。2.通信協(xié)議OMRON公司CPM1A型PLC與上位計算機通信的順序是上位機先發(fā)出命令信息給PLC，PLC返回響應(yīng)信息給上位機。每次通信發(fā)送/接受的一組數(shù)據(jù)稱為一“幀”。幀由少于131個字符的數(shù)據(jù)構(gòu)成，若發(fā)送數(shù)據(jù)要進行分割幀發(fā)送，分割幀的結(jié)尾用CR碼一個字符的分界符來代替終終止符。發(fā)送幀的一方具有發(fā)送權(quán)，發(fā)送方發(fā)送完一幀后，將發(fā)送權(quán)交給接受方。發(fā)送幀的基本格式為：@機號識別碼正文FCS終止符其中：@——為幀開始標志；機號——指定與上位機通信的PLC（在PLC的DM6653中設(shè)置）；識別碼——該幀的通信命令碼（兩個字節(jié)）；正文——設(shè)置命令參數(shù)；FCS——幀校驗碼（兩個字符），它是從@開始到正文結(jié)束的所有字符的ASCⅡ碼按位異或運算的結(jié)果；終止符——命令結(jié)束符，設(shè)置“＊”和“回車”兩個字符表示命令結(jié)束。響應(yīng)的基本格式為：@機號識別碼結(jié)束碼正文FCS終止符其中：@為幀開始標志；機號應(yīng)答的的PLC號，與上位機指定的PLC號相同；識別碼該幀的通信命令碼，和上位機所發(fā)的命令碼相同；結(jié)束碼返回命令結(jié)束有無錯誤等狀態(tài)；正文——設(shè)置命令參數(shù)，僅在上位機有讀數(shù)據(jù)時生效；FCS——幀校驗碼，由PLC計算給出，計算方法同上；終止符——命令結(jié)束符。

3.PLC的通信設(shè)置通信前需在系統(tǒng)設(shè)定區(qū)域的DM6650-DM6653中進行通信條件設(shè)定，具體內(nèi)容見表7-4。表7-4PLC通信設(shè)定區(qū)功能說明通道地址位功能缺省值DM665000-07上位鏈接外設(shè)通信口通信條件標準格式設(shè)定：00：標準設(shè)定（啟動位：1位、字長：7位、奇偶校驗：偶、停止位：2位、比特率：9600bps）01：個別設(shè)定（由DM6651設(shè)定）外設(shè)通信口設(shè)為上位鏈接08-111:1鏈接（主動方）外設(shè)通信口1:1鏈接區(qū)域設(shè)定0：LR00-LR1512-15全模式外設(shè)通信口使用模式設(shè)定0：上位鏈接2：1:1鏈接從動方3：1:1鏈接主動方4：NT鏈接DM665100-07上位鏈接外設(shè)通信口比特率設(shè)定00：1200bps01：2400bps02：4800bps03：9600bps04：19200bps（可選）08-15上位鏈接外設(shè)通信口幀格式設(shè)定啟動位字長停止位奇偶校驗00：171偶校驗01：171奇校驗02：171無校驗03：172偶校驗04：172奇校驗05：172無校驗06：181偶校驗07：181奇校驗08：181無校驗09：182偶校驗10：182奇校驗11：182無校驗DM665200-15上位鏈接外設(shè)通信的發(fā)送延時設(shè)定設(shè)定值：0000-9999（BCD），單位10msDM665300-07上位鏈接外設(shè)通信時，上位Link模式的機號設(shè)定設(shè)定值：00-31（BCD）08-15不可使用4.通信過程通信開始先由上位機依次對PLC發(fā)出一串字符的測試幀命令。為充分利用上位機CPU的時間，可使上位機與PLC并行工作，在上位機等待PLC回答信號的同時，使CPU處理其它任務(wù)。某PLC在接到上位機的一個完整幀以后，首先判斷是不是自己的代號，若不是就不予理睬，若是就發(fā)送呼叫回答信號。上位機接到回答信號后，與發(fā)送測試的數(shù)據(jù)比較，若兩者無誤，發(fā)出可以進行數(shù)據(jù)通信的信號，轉(zhuǎn)入正常數(shù)據(jù)通信，否則提示用戶檢查線路重新測試或通信失敗。第三節(jié)PLC網(wǎng)絡(luò)一、生產(chǎn)金字塔結(jié)構(gòu)與工廠計算機控制系統(tǒng)模型PLC制造廠家常用生產(chǎn)金字塔PP（ProductivityPyramid）結(jié)構(gòu)來描述它的產(chǎn)品能提供的功能。如圖7-21所示為美國A-B公司和德國SIEMENS公司的生產(chǎn)金字塔。盡管這些生產(chǎn)金字塔結(jié)構(gòu)層數(shù)不同，各層功能有所差異，但它們都表明PLC與其網(wǎng)絡(luò)在工廠自動化系統(tǒng)中，由上到下，在各層都發(fā)揮著作用。這些金字塔的共同特點是：上層負責生產(chǎn)管理，下層負責現(xiàn)場控制與檢測，中間層負責生產(chǎn)過程的監(jiān)控與優(yōu)化。圖7-21生產(chǎn)金字塔結(jié)構(gòu)示意圖美國國家標準局曾為工廠計算機控制系統(tǒng)提出過一個如圖7-22所示的NBS模型，它分為6級，并規(guī)定了每一級應(yīng)當實現(xiàn)的功能，這一模型獲得了國際廣泛的承認。圖7-22NBS模型國際標準化組織（ISO）對企業(yè)自動化系統(tǒng)的建模進行了一系列研究，也提出了一個如圖7-23所示的6級模型。盡管它與NBS模型各級內(nèi)涵，特別是高層內(nèi)涵有所差別，但兩者在本質(zhì)上是相同的，這說明現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)自動化系統(tǒng)應(yīng)當是一個既負責企業(yè)管理經(jīng)營又負責控制監(jiān)控的綜合自動化系統(tǒng)。它的高3級負責經(jīng)營管理，低3級負責生產(chǎn)控制與過程監(jiān)控。圖7-23ISO企業(yè)自動化模型二、PLC網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)PLC與其網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)NBS或ISO模型要求的大部分功能，至少可以實現(xiàn)4級以下NBS模型或ISO模型功能。PLC要提供金字塔功能或者說要實現(xiàn)NBS或ISO模型要求的功能，采用單層子網(wǎng)顯然是不行的。因為不同層所實現(xiàn)的功能不同，所承擔的任務(wù)的性質(zhì)不同，導(dǎo)致它們對通信的要求也就不一樣。在上層所傳送的主要是些生產(chǎn)管理信息，通信報文長，每次傳輸?shù)男畔⒘看?，要求通信的范圍也比較廣，但對通信實時性的要求卻不高。而在底層傳送的主要是些過程數(shù)據(jù)與控制命令，報文不長，每次通信量不大，通信距離也比較近，但對實時性與可靠性的要求卻比較高。中間層對通信的要求正好居于兩者之間。由于各層對通信的要求相差甚遠，如果采用單級子網(wǎng)，只配置一種通信協(xié)議，勢必顧此失彼，無法滿足所有各層對通信的要求。只有采用多級通信子網(wǎng)，構(gòu)成復(fù)合型拓撲結(jié)構(gòu)，在不同級別的子網(wǎng)中配置不同的通信協(xié)議，才能滿足各層對通信的不同要求。PLC網(wǎng)絡(luò)的分級與生產(chǎn)金字塔的分層不是—一對應(yīng)的關(guān)系，相鄰幾層的功能，若對通信要求相近，則可合并，由一級子網(wǎng)去實現(xiàn)。采用多級復(fù)合結(jié)構(gòu)不僅使通信具有適應(yīng)性，而且具有良好的可擴展性，用戶可以根據(jù)投資情況與生產(chǎn)的發(fā)展，從單臺PLC到網(wǎng)絡(luò)、從底層向高層逐步擴展。下面列舉幾個有代表性公司的PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。1．三菱公司的PLC網(wǎng)絡(luò)三菱公司PLC網(wǎng)絡(luò)繼承了傳統(tǒng)使用的MELSEC網(wǎng)絡(luò)，并使其在性能、功能、使用簡便等方面更勝一籌。Q系列PLC提供層次清晰的三層網(wǎng)絡(luò)，針對各種用途提供最合適的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，如圖7-24所示。圖7-24三菱公司的PLC網(wǎng)絡(luò)（1）信息層/Ethernet（以太網(wǎng)）信息層為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最高層，主要是在PLC、設(shè)備控制器以與生產(chǎn)管理用PC之間傳輸生產(chǎn)管理信息、質(zhì)量管理信息與設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況等數(shù)據(jù)，信息層使用最普遍的Ethernet。它不僅能夠連接windows系統(tǒng)的PC、UNIX系統(tǒng)的工作站等，而且還能連接各種FA設(shè)備。Q系列PLC系列的Ethernet模塊具有了日益普與的因特網(wǎng)電子郵件收發(fā)功能，使用戶無論在世界的任何地方都可以方便地收發(fā)生產(chǎn)信息郵件，構(gòu)筑遠程監(jiān)視管理系統(tǒng)。同時，利用因特網(wǎng)的FTP服務(wù)器功能與MELSEC專用協(xié)議可以很容易的實現(xiàn)程序的上傳/下載和信息的傳輸。（2）控制層/MELSECNET/10（H）是整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的中間層，在是PLC、CNC等控制設(shè)備之間方便且高速地進行處理數(shù)據(jù)互傳的控制網(wǎng)絡(luò)。作為MELSEC控制網(wǎng)絡(luò)的MELSECNET/10，以它良好的實時性、簡單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)定、無程序的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享概念，以與冗余回路等特點獲得了很高的市場評價，被采用的設(shè)備臺數(shù)在日本達到最高，在世界上也是屈指可數(shù)的。而MELSECNET/H不僅繼承了MELSECNET/10優(yōu)秀的特點，還使網(wǎng)絡(luò)的實時性更好，數(shù)據(jù)容量更大，進一步適應(yīng)市場的需要。但目前MELSECNET/H只有Q系列PLC才可使用。（3）設(shè)備層/現(xiàn)場總線CC-Link設(shè)備層是把PLC等控制設(shè)備和傳感器以與驅(qū)動設(shè)備連接起來的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，為整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最低層的網(wǎng)絡(luò)。采用CC-Link現(xiàn)場總線連接，布線數(shù)量大大減少，提高了系統(tǒng)可維護性。而且，不只是ON/OFF等開關(guān)量的數(shù)據(jù)，還可連接ID系統(tǒng)、條形碼閱讀器、變頻器、人機界面等智能化設(shè)備，從完成各種數(shù)據(jù)的通信，到終端生產(chǎn)信息的管理均可實現(xiàn)，加上對機器動作狀態(tài)的集中管理，使維修保養(yǎng)的工作效率也大有提高。在Q系列PLC中使用，CC-Link的功能更好，而且使用更簡便。在三菱的PLC網(wǎng)絡(luò)中進行通信時，不會感覺到有網(wǎng)絡(luò)種類的差別和間斷，可進行跨網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)通信和程序的遠程監(jiān)控、修改、調(diào)試等工作，而無需考慮網(wǎng)絡(luò)的層次和類型。MELSECNET/H和CC-Link使用循環(huán)通信的方式，周期性自動地收發(fā)信息，不需要專門的數(shù)據(jù)通信程序，只需簡單的參數(shù)設(shè)定即可。MELSECNET/H和CC-Link是使用廣播方式進行循環(huán)通信發(fā)送和接收的，這樣就可做到網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)共享。對于Q系列PLC使用的Ethernet、MELSECNET/H、CC-Link網(wǎng)絡(luò)，可以在GXDeveloper軟件畫面上設(shè)定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)以與各種功能，簡單方便。另外，Q系列PLC除了擁有上面所提到的網(wǎng)絡(luò)之外，還可支持PROFIBUS、Modbus、DeviceNet、ASi等其它廠商的網(wǎng)絡(luò)，還可進行RS-232/RS-422/RS－485等串行通信，通過數(shù)據(jù)專線、電話線進行數(shù)據(jù)傳送等多種通信方式。2．SIEMENS公司的PLC網(wǎng)絡(luò)西門子PLC的網(wǎng)絡(luò)是適合不同的控制需要制定的，也為各個網(wǎng)絡(luò)層次之間提供了互連模塊或裝置，利用它們可以設(shè)計出滿足各種應(yīng)用需求的控制管理網(wǎng)絡(luò)。西門子S7系列PLC網(wǎng)絡(luò)如圖7-25所示，它采用3級總線復(fù)合型結(jié)構(gòu)，最底一級為遠程I/O鏈路，負責與現(xiàn)場設(shè)備通信，在遠程I/O鏈路中配置周期I/O通信機制。中間一級為Profibus現(xiàn)場總線或主從式多點鏈路。前者是一種新型現(xiàn)場總線，可承擔現(xiàn)場、控制、監(jiān)控三級的通信，采用令牌方式與主從輪詢相結(jié)合的存取控制方式；后者為一種主從式總線，采月主從輪詢式通信。最高一層為工業(yè)以太網(wǎng)，它負責傳送生產(chǎn)管理信息。在工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議的下層中配置以802.3為核心的以太網(wǎng)協(xié)議，在上層向用戶提供TF接口，實現(xiàn)AP協(xié)議與MMS協(xié)議。圖7-25SIEMENS公司的PLC網(wǎng)絡(luò)3．OMRON公司的PLC網(wǎng)絡(luò)OMRONPLC網(wǎng)絡(luò)類型較多，功能齊全，可以適用各種層次工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)的不同需要。如圖7-27所示為OMRON公司的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系示意圖。圖7-26OMRON公司的PLC網(wǎng)絡(luò)OMRON的PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系大體分為三個層次：信息層、控制層和器件層。信息層是最高層，負責系統(tǒng)的管理與決策，除了Ethemet網(wǎng)外，HOSTLink網(wǎng)也可算在其中，因為HOSTLink網(wǎng)主要用于計算機對PLC的管理和監(jiān)控。控制層是中間層，負責生產(chǎn)過程的監(jiān)控、協(xié)調(diào)和優(yōu)化，該層的網(wǎng)絡(luò)有SYSMACNET、SYSMACLink、ControllerLink和PLCLink網(wǎng)。器件層是最低層，為現(xiàn)場總線網(wǎng)，直接面對現(xiàn)場器件和設(shè)備，負責現(xiàn)場信號的采集與執(zhí)行元件的驅(qū)動，有CompoBus/D、CompoBus/S和RemoteI/O網(wǎng)。Ethernet屬于大型網(wǎng)，它的信息處理功能很強，支持FINS通信、TCP/IP和UDP/IP的Socket（接駁）服務(wù)、FTP服務(wù)。HOSTLink網(wǎng)是OMRON推出較早、使用較廣的一種網(wǎng)。上位計算機使用HOST通信協(xié)議與PLC通信，可以對網(wǎng)中的各臺PLC進行管理與監(jiān)控。SYSMACNET網(wǎng)屬于大型網(wǎng)，是光纖環(huán)網(wǎng)，主要是實現(xiàn)有大容量數(shù)據(jù)鏈接和節(jié)點間信息通信。它適用于地理范圍廣、控制區(qū)域大的場合，是一種大型集散控制的網(wǎng)絡(luò)。SYSMACLink網(wǎng)屬于中型網(wǎng)，采用總線結(jié)構(gòu)，適用于中規(guī)模集散控制的網(wǎng)絡(luò)。ControllerLink網(wǎng)（控制器網(wǎng)）是SYSMACLink網(wǎng)的簡化，相比而言，規(guī)模要小一些，但實現(xiàn)簡單。PLCLink網(wǎng)的主要功能是各臺PLC建立數(shù)據(jù)鏈接（容量較?。瑢崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，它適用于控制范圍較大，需要多臺PLC參與控制且控制環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)的場合。CompoBus/D是一種開放、多主控的器件網(wǎng)，開放性是其特色。它采用了美國AB公司制定的DeviceNet通信規(guī)約，只要符合DeviceNet標準，就可以接入其中。其主要功能有遠程開關(guān)量和遠程模擬量的I/O控制與信息通信。這是一種較為理想的控制功能齊全、配置靈活、實現(xiàn)方便的控制網(wǎng)絡(luò)。CompoBus/S也為器件網(wǎng)，是一種高速ON/OFF現(xiàn)場控制總線，使用CompoBus/S專用通信協(xié)議。CompoBus/S的功能雖不與CompoBus/D，但它實現(xiàn)簡單，通信速度更快，主要功能有遠程開關(guān)量的I/O控制。RemoteI/O網(wǎng)實際上是PLCI/O點的遠程擴展，適用于工業(yè)自動化的現(xiàn)場控制。ControllerLink網(wǎng)推出時間較晚，只有新型號PLC（如C200H、CV、CS1、CQM1H等）才能入網(wǎng)，隨著ControllerLink網(wǎng)的不斷發(fā)展和完善，其功能已覆蓋了控制層其它三種網(wǎng)絡(luò)。目前，在信息層、控制層和器件層這三個網(wǎng)絡(luò)層次上，OMRON主推Ethernet、ControllerLink和CompoBus/D三種網(wǎng)。三、PLC網(wǎng)絡(luò)各級子網(wǎng)通信協(xié)議配置的規(guī)律通過以上典型PLC網(wǎng)絡(luò)的介紹，可以看出PLC網(wǎng)絡(luò)各級子網(wǎng)通信協(xié)議配置的規(guī)律如下：1）PLC網(wǎng)絡(luò)通常采用3級或4級子網(wǎng)構(gòu)成的復(fù)合型拓撲結(jié)構(gòu)，各級子網(wǎng)中配置不同的通信協(xié)議，以適應(yīng)不同的通信要求。2）在PLC網(wǎng)絡(luò)中配置的通信協(xié)議分兩類：一類是通用協(xié)議，一類是公司專用協(xié)議。3）在PLC網(wǎng)絡(luò)的高層子網(wǎng)中配置的通用協(xié)議主要有兩種，一種是MAP規(guī)約（全MAP3．0），一種是Ethernet協(xié)議，這反映PLC網(wǎng)絡(luò)標準化與通用化的趨勢。PLC網(wǎng)的互聯(lián)，PLC網(wǎng)與其它局域網(wǎng)的互聯(lián)將通過高層進行。4）在PLC網(wǎng)絡(luò)的低層子網(wǎng)與中間層子網(wǎng)采用公司專用協(xié)議。其最底層由于傳遞過程數(shù)據(jù)與控制命令，這種信息很短，對實時性要求又較高，常采用周期I/O方式通信；中間層負責傳送監(jiān)控信息，信息長度居于過程數(shù)據(jù)與管理信息之間，對實時性要求也比較高，其通信協(xié)議常用令牌方式控制通信，也有采用主從方式控制通信的。5）PC加入不同級別的子網(wǎng)，必須按所連入的子網(wǎng)配置通信模板，并按該級子網(wǎng)配置的通信協(xié)議編制用戶程序，一般在PLC中不需編制程序。對于協(xié)議比較復(fù)雜的干網(wǎng)，可購置廠家供應(yīng)的通信軟件裝入PC中，將使用戶通信程序編制變得比較簡單方便。6）PLC網(wǎng)絡(luò)低層子網(wǎng)對實時性要求較高，其采用的協(xié)議大多為塌縮結(jié)構(gòu)，只有物理層、鏈路層與應(yīng)用層；而高層子網(wǎng)傳送管理信息，與普通網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)接近，又要考慮異種網(wǎng)互聯(lián)，因此高層子網(wǎng)的通信協(xié)議大多為7層。四、PLC網(wǎng)絡(luò)中常用的通信方式PLC網(wǎng)絡(luò)是由幾級子網(wǎng)復(fù)合而成，各級子網(wǎng)的通信過程是由通信協(xié)議決定的，而通信方式是通信協(xié)議最核心的內(nèi)容。通信方式包括存取控制方式和數(shù)據(jù)傳送方式。所謂存取控制（也稱訪問控制）方式是指如何獲得共享通信介質(zhì)使用權(quán)的問題，而數(shù)據(jù)傳送方式是指一個站取得了通信介質(zhì)使用權(quán)后如何傳送數(shù)據(jù)的問題。1．周期I/O通信方式周期I/O通信方式常用于PLC的遠程I/O鏈路中。遠程I/O鏈路按主從方式工作，PLC遠程I/O主單元為主站，其它遠程I/O單元皆為從站。在主站中設(shè)立一個“遠程I/O緩沖區(qū)”，采用信箱結(jié)構(gòu)，劃分為幾個分箱與每個從站—一對應(yīng)，每個分箱再分為兩格，一格管發(fā)送，一格管接收。主站中通信處理器采用周期掃描方式，按順序與各從站交換數(shù)據(jù)，把與其對應(yīng)的分箱中發(fā)送分格的數(shù)據(jù)送給從站，從從站中讀取數(shù)據(jù)放入與其對應(yīng)的分箱的接收分格中。這樣周而復(fù)始，使主站中的“遠程I/O緩沖區(qū)”得到周期性的刷新。在主站中PLC的CPU單元負責用戶程序的掃描，它按照循環(huán)掃描方式進行處理，每個周期都有一段時間集中進行I/O處理，這時它對本地I/O單元與遠程I/O緩沖區(qū)進行讀寫操作。PLC的CPU單元對用戶程序的周期性循環(huán)掃描，與PLC通信處理器對各遠程I/O單元的周期性掃描是異步進行的。盡管PLC的CPU單元沒有直接對遠程I/O單元進行操作，但是由于遠程I/O緩沖區(qū)獲得周期性刷新，PLC的CPU單元對遠程I/O緩沖區(qū)的讀寫操作，就相當于直接訪問了遠程I/O單元。這種通信方式簡單、方便，但要占用PLC的I/O區(qū)，因此只適用于少量數(shù)據(jù)的通信。2．全局I/O通信方式全局I/O通信方式是一種串行共享存儲區(qū)的通信方式，它主要用于帶有鏈接區(qū)的PLC之間的通信。全局I/O方式的通信原理如圖7-27所示。在PLC網(wǎng)絡(luò)的每臺PLC的I/O區(qū)中各劃出一塊來作為鏈接區(qū)，每個鏈接區(qū)都采用郵箱結(jié)構(gòu)。相同編號的發(fā)送區(qū)與接收區(qū)大小相同，占用相同的地址段，一個為發(fā)送區(qū)，其它皆為接收區(qū)。采用廣播方式通信。PLC1把1＃發(fā)送區(qū)的數(shù)據(jù)在PLC網(wǎng)絡(luò)上廣播，PLC2、PLC3收聽到后把它接收下來存入各自的1＃接收區(qū)中。PLC2把2＃發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)在PLC網(wǎng)上廣播，PLC1、PLC3把它接收下來存入各自的2＃接收區(qū)中。PLC3把3＃發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)在PLC網(wǎng)上廣播，PLC1、PLC2把它接收下來存入各自的3＃接收區(qū)中。顯然通過上述廣播通信過程，PLC1、PLC2、PLC3的各鏈接區(qū)中數(shù)據(jù)是相同的，這個過程稱為等值化過程。通過等值化通信使得PLC網(wǎng)絡(luò)中的每臺PLC的鏈接區(qū)中的數(shù)據(jù)保持一致。它既包含著自己送出去的數(shù)據(jù)，也包含著其它PLC送來的數(shù)據(jù)。由于每臺PLC的鏈接區(qū)大小一樣，占用的地址段相同，每臺PLC只要訪問自己的鏈接區(qū)，就等于訪問了其它PLC的鏈接區(qū)，也就相當于與其它PLC交換了數(shù)據(jù)。這樣鏈接區(qū)就變成了名符其實的共享存儲區(qū)，共享區(qū)成為各PLC交換數(shù)據(jù)的中介。圖7-27全局I/O方式的通信原理鏈接區(qū)可以采用異步方式刷新（等值化），也可以采用同步方式刷新。異步方式刷新與PLC中用戶程序無關(guān)，由各PLC的通信處理器按順序進行廣播通信，周而復(fù)始，使其所有鏈接區(qū)保持等值化；同步方式刷新是由用戶程序中對鏈接區(qū)的發(fā)送指令啟動一次刷新，這種方式只有當鏈接區(qū)的發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)變化時才刷新。全局I/O通信方式中，PLC直接用讀寫指令對鏈接區(qū)進行讀寫操作，簡單、方便、快速，但應(yīng)注意在一臺PLC中對某地址的寫操作在其它PLC中對同一地址只能進行讀操作。與周期I/O方式一樣，全局I/O方式也要占用PLC的I/O區(qū)，因而只適用于少量數(shù)據(jù)的通信。3．主從總線通信方式主從總線通信方式又稱為1：N通信方式，是指在總線結(jié)構(gòu)的PLC子網(wǎng)上有N個站，其中只有1個主站，其它皆是從站。1：N通信方式采用集中式存取控制技術(shù)分配總線使用權(quán)，通常采用輪詢表法。所謂輪詢表是一張從機號排列順序表，該表配置在主站中，主站按照輪詢表的排列順序?qū)恼具M行詢問，看它是否要使用總線，從而達到分配總線使用權(quán)的目的。對于實時性要求比較高的站，可以在輪殉表中讓其從機號多出現(xiàn)幾次，賦予該站較高的通信優(yōu)先權(quán)。在有些1：N通信中把輪詢表法與中斷法結(jié)合使用，緊急任務(wù)可以打斷正常的周期輪詢，獲得優(yōu)先權(quán)。1：N通信方式中當從站獲得總線使用權(quán)后有兩種數(shù)據(jù)傳送方式。一種是只允許主從通信，不允許從從通信，從站與從站要交換數(shù)據(jù)，必須經(jīng)主站中轉(zhuǎn)；另一種是既允許主從通信也允許從從通信，從站獲得總線使用權(quán)后先安排主從通信，再安排自己與其它從站之間的通信。4．令牌總線通信方式令牌總線通信方式又稱為N：N通信方式是指在總線結(jié)構(gòu)的PLC子網(wǎng)上有N個站，它們地位平等沒有主站與從站之分，也可以說N個站都是主站。N：N通信方式采用令牌總線存取控制技術(shù)。在物理總線上組成一個邏輯環(huán)，讓一個令牌在邏輯環(huán)中按一定方向依次流動，獲得令牌的站就取得了總線使用權(quán)。令牌總線存取控制方式限定每個站的令牌持有時間，保證在令牌循環(huán)一周時每個站都有機會獲得總線使用權(quán)，并提供優(yōu)先級服務(wù)，因此令牌總線存取控制方式具有較好的實時性。取得令牌的站有兩種數(shù)據(jù)傳送方式，即無應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式和有應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式。采用無應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式時，取得令牌的站可以立即向目的站發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送結(jié)束，通信過程也就完成了；而采用有應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式時，取得令牌的站向目的站發(fā)送完數(shù)據(jù)后并不算通信完成，必須等目的站獲得令牌并把應(yīng)答幀發(fā)給發(fā)送站后，整個通信過程才結(jié)束。后者比前者的響應(yīng)時間明顯增長，實時性下降。5．浮動主站通信方式浮動主站通信方式又稱N：M通信方式，適用于總線結(jié)構(gòu)的PLC網(wǎng)絡(luò)，是指在總線上有M個站，其中N（N＜M＝個為主站，其余為從站。N：M通信方式采用令牌總線與主從總線相結(jié)合的存取控制技術(shù)。首先把N個主站組成邏輯環(huán)，通過令牌在邏輯環(huán)中依次流動，在N個主站之間分配總線使用權(quán)，這就是浮動主站的含義。獲得總線使用權(quán)的主站再按照主從方式來確定在自己的令牌持有時間內(nèi)與哪些站通信。一般在主站中配置有一張輪詢表，可按輪詢表上排列的其它主站號與從站號進行輪詢。獲得令牌的主站對于用戶隨機提出的通信任務(wù)可按優(yōu)先級安排在輪詢之前或之后進行。獲得總線使用權(quán)的主站可以采用多種數(shù)據(jù)傳送方式與目的站通信，其中以無應(yīng)答無連接方式速度最快。6.CSMA/CD通信方式CSMA/CD通信方式是一種隨機通信方式，適用于總線結(jié)構(gòu)的PLC網(wǎng)絡(luò)，總線上各站地位平等，沒有主從之分，采用CSMA/CD存取控制方式，即“先聽后講，邊講邊聽”。CSMA/CD存取控制方式不能保證在一定時間周期內(nèi)，PLC網(wǎng)絡(luò)上每個站都可獲得總線使用權(quán)，因此這是一種不能保證實時性的存取控制方式。但是它采用隨機方式，方法簡單，而且見縫插針，只要總線空閑就搶著上網(wǎng)，通信資源利用率高，因而在PLC網(wǎng)絡(luò)中CSMA/CD通信法適用于上層生產(chǎn)管理子網(wǎng)。CSMA/CD通信方式的數(shù)據(jù)傳送方式可以選用有連接、無連接、有應(yīng)答、無應(yīng)答與廣播通信中的每一種，可按對通信速度與可靠性的要求進行選擇。以上是PLC網(wǎng)絡(luò)中常用的通信方式，此外還有少量的PLC網(wǎng)絡(luò)采用其它通信方式，如令牌環(huán)的通信方式等。另外，在新近推出的PLC網(wǎng)絡(luò)中，常常把多種通信方式集成配置在某一級子網(wǎng)上，這也是今后技術(shù)發(fā)展的趨勢。第四節(jié)現(xiàn)場總線技術(shù)隨著控制、計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，信息交換溝通的領(lǐng)域正在迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場設(shè)備層到控制、管理的各個層次，覆蓋從工段、車間、工廠、企業(yè)乃至世界各地的市場。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，逐步形成以網(wǎng)絡(luò)集成自動化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)。現(xiàn)場總線（Fieldbus）就是順應(yīng)這一形勢發(fā)展起來的新技術(shù)。一、現(xiàn)場總線概述20世紀80年代中期開始發(fā)展起來的現(xiàn)場總線已成為當今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)，標志著工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域又一新時代的開始，并將對該領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。1.什么是現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線（Fieldbus）是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向、串行、多點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。它在制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇等方面的自動化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。現(xiàn)場總線技術(shù)將通用或?qū)Ｓ梦⑻幚砥髦萌雮鹘y(tǒng)的測量控制儀表，使它們具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，采用一定的通信介質(zhì)作為總線，按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個微機化測量控制設(shè)備之間與現(xiàn)場儀表與遠程監(jiān)控計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成適應(yīng)實際需要的自控系統(tǒng)。簡而言之，它把分散的測量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，以現(xiàn)場總線為紐帶，把它們連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線將控制功能徹底下放到現(xiàn)場，降低了安裝成本和維護費用?；诂F(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)被稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ieldbusControlSystem）。FCS實質(zhì)是一種開放的、具有互操作性的、徹底分散的分布式控制系統(tǒng)。2．現(xiàn)場總線的國際標準從1984年IEC（國際電工委員會）開始制定現(xiàn)場總線國際標準至今，爭奪現(xiàn)場總線國際標準的大戰(zhàn)持續(xù)了16年之久。先后經(jīng)過9次投票表決，最后通過協(xié)商、妥協(xié)，于2000年1月4日IECTC65（負責工業(yè)測量和控制的第65標準化技術(shù)委員會）通過了8種類型的現(xiàn)場總線作為新的IEC61158國際標準。1）類型1IEC技術(shù)報告（即FF的H1）；2）類型2ControlNet（美國Rockwell公司支持）；3）類型3Profibus（德國Siemens公司支持）；4）類型4P-Net（丹麥ProcessData公司支持）；5）類型5FFHSE（即原FF的H2，F(xiàn)isher-Rosemount等公司支持）；6）類型6SwiftNet