可編程序控制器技術(shù)（第3版）課件：可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)

可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)

PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用愈來愈普及，不僅成為工業(yè)自動化領(lǐng)域的發(fā)展方向，而且也成為智能制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。

本章介紹PLC網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)知識，簡要闡述三菱PLC常用典型通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)、組成及特點，并給出了典型應(yīng)用案例。內(nèi)容提要第一節(jié)PLC網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)知識第二節(jié)典型PLC網(wǎng)絡(luò)第一節(jié)PLC網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)知識一、通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)數(shù)字設(shè)備通信控制器調(diào)制解調(diào)器通信線路調(diào)制解調(diào)器通信控制器數(shù)字設(shè)備數(shù)據(jù)通信通常是指數(shù)字設(shè)備之間相互交換數(shù)據(jù)信息。數(shù)字設(shè)備:信源或信宿。通信控制器:數(shù)據(jù)傳輸控制，有鏈路控制，同步、差錯控制等。調(diào)制解調(diào)器:信號變換設(shè)備，完成數(shù)據(jù)與電信號之間的變換。通信線路:又稱信道，包括通信介質(zhì)和通信設(shè)備，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?。二、通信方?/p>

1．并行通信與串行通信

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、1根公共線外，還有通信雙方聯(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，如打印機(jī)與計算機(jī)、PLC內(nèi)部總線間的數(shù)據(jù)傳送都是并行方式。

串行通信是以二進(jìn)制的位（bit）為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，每次只傳送一位，除了公共線外，在一個數(shù)據(jù)傳輸方向上只需要一根信號線，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)信號和聯(lián)絡(luò)信號在這根線上按位進(jìn)行傳送。串行通信需要的信號線少，最少的只需要兩根線，適用于通信距離較遠(yuǎn)的場合，一般工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)使用串行通信。

異步通信發(fā)送的字符由一個起始位、7—8個數(shù)據(jù)位、1個奇偶校驗位（可以沒有）和停止位（1位、l位半或兩位）組成。異步通信傳送附加的非有效信息較多，傳輸效率較低，實現(xiàn)簡單，可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)一般使用異步通信。

同步通信以字節(jié)為單位，每次傳送1－2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)。同步通信方式只需要在數(shù)據(jù)塊之前加一兩個同步字符，所以傳輸效率高，但對硬件的要求較高，一般用于高速通信。2．異步通信與同步通信

單工通信方式只能沿單一方向發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。如計算機(jī)與打印機(jī)、鍵盤之間的數(shù)據(jù)傳輸均屬單工通信。單工通信只需要一個信道，系統(tǒng)簡單，成本低，由于這種結(jié)構(gòu)不能實現(xiàn)雙方交流，故在PLC網(wǎng)絡(luò)中極少使用。

雙工通信方式數(shù)據(jù)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。3．單工與雙工通信方式

全雙工通信數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分別由兩路或兩組不同的數(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。全雙工通信效率高，但控制相對復(fù)雜，成本較高。PLC網(wǎng)絡(luò)中RS-422A就是全雙工通信方式。

半雙工通信用同一組線接收和發(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)。半雙工通信具有控制簡單、可靠、通信成本低等特點，在PLC網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的較多。

全雙工通信半雙工通信三、通信介質(zhì)目前普遍使用的通信介質(zhì)：雙絞線、多股屏蔽電纜、同軸電纜和光纖電纜。多股屏蔽電纜

將多股導(dǎo)線捆在一起，再加上屏蔽層，RS-232C、RS-422A通信用該類電纜。雙絞線將兩根導(dǎo)線扭絞在一起，可以減少外部電磁干擾，如果用金屬織網(wǎng)加以屏蔽，則抗干擾能力更強。雙絞線成本低、安裝簡單，RS-485通信大多用此電纜。光纖電纜有全塑光纖電纜APF、塑料護(hù)套光纖電纜PCF和硬塑料護(hù)套光纖電纜H-PCF。傳送距離以H-PCF為最遠(yuǎn)，PCF次之，APF最短。光纜與電纜相比，價格較高、維修復(fù)雜，但抗干擾能力很強，傳送距離也遠(yuǎn)。同軸電纜有四層，最內(nèi)層為中心導(dǎo)體，導(dǎo)體的外層為絕緣層，再外層為屏蔽層，表面層為保護(hù)皮。與雙絞線相比，同軸電纜傳輸?shù)乃俾矢摺⒕嚯x遠(yuǎn)，但成本相對要高。介質(zhì)訪問控制是指對網(wǎng)絡(luò)通道占有權(quán)的管理和控制。局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制有三種方式：載波偵聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）令牌環(huán)（TokenRing）令牌總線（TokenBus）四、介質(zhì)訪問控制五、數(shù)據(jù)傳輸形式

通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸形式：基帶傳輸和頻帶傳輸

基帶傳輸利用通信介質(zhì)的整個帶寬進(jìn)行信號傳送，即按照數(shù)字波形的原樣在信道上傳輸，它要求信道具有較寬的通頻帶。基帶傳輸不需要調(diào)制、解調(diào)，設(shè)備花費少，可靠性高，但通道利用率低，長距離傳輸衰減大，適用于較小范圍的數(shù)據(jù)傳輸。PLC網(wǎng)絡(luò)大多采用基帶傳輸。頻帶傳輸一種采用調(diào)制、解調(diào)技術(shù)的傳輸形式。在發(fā)送端，采用調(diào)制手段，對數(shù)字信號進(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，以適應(yīng)在模擬信道上傳輸。在接收端通過解調(diào)手段進(jìn)行相反變換，把模擬的調(diào)制信號復(fù)原為“1”或“0”。頻帶傳輸把通信信道以不同的載頻劃分成若干通道，在同一通信介質(zhì)上同時傳送多路信號。六、校驗常用的校驗方式：基本通信控制規(guī)程一般采用奇偶校驗或方陣碼檢錯，以反饋重發(fā)方式糾錯；高級通信控制規(guī)程一般采用循環(huán)冗余碼（CRC）檢錯，以自動糾錯方式糾錯。PLC網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用CRC校驗碼。七、數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)

波特率指單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘俊Ｐ畔⒘康膯挝豢梢允潜忍兀╞it），也可以是字節(jié)（byte）；時間單位可以是秒、分甚至小時等。誤碼率Pc＝Nc/N。N為傳輸?shù)拇a元（一位二進(jìn)制符號）數(shù)，Nc為錯誤碼元數(shù)。在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，一般要求Pc為10-5至10-9，甚至更小。八、通信接口

1.RS-232-C通信接口RS-232是常用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)之一，RS-232-C接口表示RS-232的C版本。RS-232為全雙工數(shù)據(jù)通信模式，采用的接口是9針（或25針）D型插頭如下圖所示，邏輯“1”：-3~-15V；邏輯“0”：3~15V。RS-232的抗干擾能力較差，傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為15米，最大傳輸速率為20KBPS，且只能點對點通信，不支持多點通信。2.RS-485通信接口是常用串行通信接口之一，是半雙工通信模式，邏輯“1”：+2V~+6V；邏輯“0”：-2V~-6V。它有兩線制和四線制兩種接線，四線制接線只能實現(xiàn)點對點的通信方式，較少采用；兩線制接線可實現(xiàn)多點雙向通信，現(xiàn)多采用這種接線。它的抗干擾能力較強，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為1200米，最大傳輸速率為10MBPS，具有多點通信能力。應(yīng)用時采用兩線直連或DB-9插頭或RJ45接頭。3.RS-422通信接口

是常用的串行通信接口之一，是全雙工通信模式，采用4線制接線，差分傳輸，具有多點通信能力。它在硬件構(gòu)成上相當(dāng)于兩組RS-485，即兩個半雙工的RS-485構(gòu)成一個全雙工的RS-422，RS-485與RS-422的電氣特性一樣。

第二節(jié)典型PLC網(wǎng)絡(luò)一、FX可編程控制器典型通信網(wǎng)絡(luò)(一）N:N通信網(wǎng)絡(luò)N:N通信網(wǎng)絡(luò)是三菱FX系列PLC之間數(shù)據(jù)交互的一種專用協(xié)議，它最多能實現(xiàn)8臺FX系列的PLC之間通信，是常用的通信網(wǎng)絡(luò)之一。N:N通信網(wǎng)絡(luò)是半雙工雙向通信，字格式是固定的，波特率38400bps，最大延長距離500m，PLC間通過RS485連接，一臺PLC設(shè)定為主機(jī)，其余設(shè)定為從機(jī)，其網(wǎng)絡(luò)框架如下圖

所示。N:N通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要點：1.

PLC間接線各PLC間的接線如圖所示。

2.

PLC通信參數(shù)設(shè)置1)主站設(shè)置D8176站號，主站站號為0；D8177從站個數(shù)，在主站上設(shè)定；D8178刷新范圍設(shè)定。2)從站設(shè)置D8176站號，從站站號為1-7，在對應(yīng)從站上設(shè)定。3)

編寫主站、從站通信程序4)

刷新時間刷新時間與模式及網(wǎng)絡(luò)連接PLC臺數(shù)有關(guān)。（二）變頻器通信網(wǎng)絡(luò)FX系列可編程控制器與變頻器以RS-485通信方式連接組成變頻器通信網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)采用主從通信方式，PLC是主站，變頻器均為從站，一臺PLC最多可以對8臺變頻器進(jìn)行監(jiān)控。一般情況下FX系列PLC只與三菱公司生產(chǎn)的變頻器通信，F(xiàn)X2N與FX3G、FX3U等的變頻器通信指令不同，通信參數(shù)設(shè)定也不一樣，具體應(yīng)用要參照PLC與變頻器的應(yīng)用手冊。（二）變頻器通信網(wǎng)絡(luò)主站與任一從站設(shè)備可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，但從站與從站之間不能直接通信，若從站與從站之間有數(shù)據(jù)交換需要，則需要通過主站進(jìn)行中轉(zhuǎn)。PLC通過程序從變頻器中讀出或者寫入指令來監(jiān)控變頻器。

FX3U系列PLC與變頻器通信應(yīng)用要點：

1.PLC與變頻器之間的接線

2.變頻器通信參數(shù)設(shè)置

3.PLC通信參數(shù)設(shè)置

4.編寫通信程序

（三）CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)的傳送距離取決于傳送速度，速度為10Mbps時，最遠(yuǎn)可以傳送100m；速度為115.2Kbps時，最遠(yuǎn)可以傳送1200m。CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)的底層通信協(xié)議遵循

RS-

485，采用廣播-輪詢的方式進(jìn)行通信，傳輸數(shù)據(jù)容量大，通信速度多級可選擇，支持主站與本地站、智能設(shè)備站之間的瞬間通信。（四）以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)FX3U、FX3UC系列PLC配置FX3U-ENET-L以太網(wǎng)接口模塊構(gòu)成以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)

FX3U-ENET-L是利用TCP/IP、UDP/IP通信協(xié)議，經(jīng)過以太網(wǎng)將FX3U、FX3UC系列可編程控制器器與計算機(jī)或工作站等上位系統(tǒng)鏈接的接口模塊。該模塊應(yīng)用時，PLC需參數(shù)設(shè)置，同時編寫PLC通信程序。二、典型應(yīng)用案例FX3U系列PLC無線通信系統(tǒng)應(yīng)用

1.技術(shù)方案介紹

系統(tǒng)采用8臺三菱FX3U-48MTPLC組成，PLC經(jīng)FX3U-485-BD模塊與無線據(jù)終端DTD435M2相聯(lián)組成網(wǎng)絡(luò)的一個站點，8臺PLC間采用三菱N：N通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成無線通信系統(tǒng)，實現(xiàn)PLC之間的數(shù)據(jù)交換和共享，其中一點為主站，其余的為從站。FX3U系列PLC

無線通信網(wǎng)絡(luò)如下圖所示。

FX3U-485-BD模塊一端插接在PLC通信擴(kuò)展口，另一端與DTD435M2通信端子連接，具體接線如圖所示。DTD435M2模塊出廠設(shè)置為N:N協(xié)議，用戶不需再設(shè)置。2.PLC與DTD435M2的連接

1)D8176：站號取值范圍0---7，主機(jī)應(yīng)設(shè)置為0，從機(jī)設(shè)置為1---7；

2)D8177：從站個數(shù)，該設(shè)置只適用主機(jī)，范圍為1-7，默認(rèn)值為7；

3)D8178：刷新范圍設(shè)置，指設(shè)定聯(lián)網(wǎng)PLC的共享區(qū)域輔助繼電器、數(shù)據(jù)寄存器的范圍，不同型號的PLC其內(nèi)部共享區(qū)域輔助繼電器、數(shù)據(jù)寄存器地址、范圍有差異。

3.

PLC

N:N通信網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)置

4)其他相關(guān)標(biāo)志和數(shù)據(jù)寄存器

M8038：N:N網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置位；

M8138：主機(jī)通信錯誤時為on；

M8184---M8190：1號---7號從機(jī)通信錯誤標(biāo)志，從機(jī)通信錯誤時為on；

M8191：通信執(zhí)行標(biāo)志，與其他從機(jī)通信時為on；D8179主機(jī)通信重復(fù)次數(shù)設(shè)定，設(shè)定值為0---10（默認(rèn)值為3），該設(shè)置僅用于主機(jī)，當(dāng)通信出錯時，主機(jī)就會依據(jù)設(shè)置的次數(shù)自動重試通信，無線通信時設(shè)置為0；

D8180主機(jī)和從機(jī)間的通信駐留時間設(shè)置，設(shè)定值為5---255，對應(yīng)的通信

駐留時間為50---255ms；無線通信最少不小于50*10ms；

N:N通信網(wǎng)絡(luò)是自動進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的，所以只需要配置好通信參數(shù)就可以正常通信；

本項目通信網(wǎng)絡(luò)模式選擇模式11）主站程序及說明

主站需配置的通信參數(shù)D8176、D8177、D8178、D8179、D8180