《可編程序控制器應用技術》7-plc通信與絡技術ppt

1、第 7 部分 PLC通信與網(wǎng)絡技術,第7章 可編程序控制器通信與網(wǎng)絡技術,近年來，工廠自動化網(wǎng)絡得到了迅速的發(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)的這些設備連在一個網(wǎng)絡上，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PLC的通信與工廠自動化通信網(wǎng)絡方面的初步知識。,第7章 可編程序

2、控制器通信與網(wǎng)絡技術,7.1 PLC通信基 礎7.2 PC與PLC通信的實現(xiàn)7.3 PLC網(wǎng)絡7.4 現(xiàn)場總線技術7.5 PLC網(wǎng)絡應用實例,7.1 PLC通信基礎,概述通信：當任意兩臺設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)場設備或遠程I/O之間的信息交換。 PLC通信的任務：就是將地理位置不同的PLC、計算機、各種現(xiàn)場設備等，通過通信

3、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。,,7.1 PLC通信基礎7.1.1 通信方式,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、一根公共線外，還需要數(shù)據(jù)通信聯(lián)絡用的控制線。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

4、離智能模塊之間的數(shù)據(jù)通信。,7.1 PLC通信基礎7.1.1 通信方式,并行通信與串行通信串行通信：以二進制位（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)絡控制線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。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。傳輸速率是評價通信速度的重要指標。在串行通信中，傳輸

5、速率常用比特率來表示，其單位是比特/秒（bit/s）或bps,7.1 PLC通信基礎7.1.1 通信方式,單工通信與雙工通信 單工通信方式：只能沿單一方向發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。雙工通信方式：其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)。全雙工方式：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)送信息半雙工方式：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

6、數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)在PLC通信中常采用半雙工和全雙工通信。,7.1 PLC通信基礎7.1.1 通信方式,異步通信與同步通信 按同步方式的不同，串行通信分為異步通信和同步通信異步通信：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。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。,,7.1 PLC通信基礎7.1.1 通信方式,異步通信與同步通信同步通

7、信：以字節(jié)為單位。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。在近距離通信時，可以在傳輸線中設置一根時鐘信號線。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。同步通信方式傳輸效率高，但是對硬件的要求較高，一般用于高速通信。,7.1 PLC通信基礎7.1.1 通信方式,基帶傳輸與

8、頻帶傳輸基帶傳輸：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。,7.1 PLC通信基礎7.1.1 通信方式,基帶傳輸與頻帶傳輸頻帶傳輸：是一種采用調(diào)制解調(diào)技術的傳輸形式。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

9、號，以適應在模擬信道上傳輸；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。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。,7.1 PLC通信基礎7.1.2 通信介質(zhì),通信介質(zhì)：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：導向性介質(zhì)、非導向性介質(zhì)導向性

10、介質(zhì)：這種介質(zhì)將引導信號的傳播方向，如：雙絞線、同軸電纜和光纖等；非導向性介質(zhì)：一般通過空氣傳播信號，它不為信號引導傳播方向，如短波、微波和紅外線通信等。,7.1 PLC通信基礎7.1.2 通信介質(zhì),雙絞線雙絞線是由兩根彼此絕緣的導線按照一定規(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。,,,7.1 PLC通信基礎

11、7.1.2 通信介質(zhì),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。3類線數(shù)據(jù)傳輸率可達10Mbps；4類線數(shù)據(jù)傳輸率可達16Mbps；5類線數(shù)據(jù)傳輸可達100Mbps。屏蔽雙絞線電纜：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

12、置相應的連接器，使用時不是很方便。,7.1 PLC通信基礎7.1.2 通信介質(zhì),同軸電纜與雙絞線相比，同軸電線抗干擾能力強，能夠應用于頻率更高、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，采用頻分復用技術時還會受到交調(diào)噪聲的影響。雖然目前同軸電纜大量被光纖取代，但它仍廣泛應用于有線電視和某些局域網(wǎng)中。,,7.1 PLC通信基礎7.1.2 通信介質(zhì),同軸電纜同軸電纜主要有：50Ω電纜和75Ω電纜

13、。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用技術，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。,7.1 PLC通信基礎7.1.2 通信介質(zhì),光

14、纖光纖是一種傳輸光信號的傳輸媒介光纖的結(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。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。,,7.1 PLC通信基礎7.1.2 通信介質(zhì),光

15、纖根據(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。,7.1 PLC通信基礎7.1.2 通信介質(zhì),光纖在實際光纖傳

16、輸系統(tǒng)中，還應配置與光纖配套的光源發(fā)生器件和光檢測器件。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。,7.1 PLC通信基礎7.1.2 通信介質(zhì),光纖光纖的優(yōu)點： 1）光纖支持很寬的帶寬（1014～1015

17、HZ），覆蓋了紅外線和可見光的頻譜。 2）具有很快的傳輸速率，當前傳輸速率制約因素是信號生成技術。 3）光纖抗電磁干擾能力強，且光束本身又不向外輻射，適用于長距離的信息傳輸及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。光纖的缺點：系統(tǒng)成本較高、不易安裝與維護、質(zhì)地脆易斷裂等。,7.1 PLC通信基礎7.1.3 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

18、有RS-232C、RS-422A和RS-485等。,7.1 PLC通信基礎7.1.3 PLC常用通信接口,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。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，即接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信

19、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，PLC一般使用9針的連接器,7.1 PLC通信基礎7.1.3 PLC常用通信接口,RS-232C,7.1 PLC通信基礎7.1.3 PLC常用通信接口,RS-232C,,7.1 PLC通信基礎7.1.3 PLC常用通信接口,RS-232CRS-232-C的電氣接口采用單端驅(qū)動、單端接收的電路，

20、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：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）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，與TTL電平不兼容,,7.1 PLC通信基礎7.1.3 PLC常用通信接口,RS-422A 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

21、電氣特性作了改進，RS-422A是RS-499的子集。 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。,,7.1 PLC通信基礎7.1.3 PLC常用通信接口,RS-422ARS-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。 RS-422A是全雙工，兩對平衡差分

22、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。,7.1 PLC通信基礎7.1.3 PLC常用通信接口,RS-485RS-485是RS-422的變形，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。 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。電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接。 

23、;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)控制中廣泛應用。,7.1 PLC通信基礎7.1.3 PLC常用通信接口,RS-485,,7.1 PLC通信基礎7.1.4 計算機通信標準,開放系統(tǒng)互連模型（OSI）為了實現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的智能設備之間的通信，國際標準化組織ISO提出了開放系統(tǒng)互連模型OSI (Open Syst

24、em Interconnection)，作為通信網(wǎng)絡國際標準化的參考模型，詳細描述了軟件功能的7個層次。每一層都盡可能自成體系，均有明確的功能。,,7.1 PLC通信基礎7.1.4 計算機通信標準,開放系統(tǒng)互連模型（OSI）物理層（ Physical Layer）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。物理層是建立在傳輸介質(zhì)之上，負責提供傳送數(shù)據(jù)比特位“0”和“1”

25、碼的物理條件。同時，定義了傳輸介質(zhì)與網(wǎng)絡接口卡的連接方式以及數(shù)據(jù)發(fā)送和接收方式。接口標準RS-232C、RS-422和RS-485等就屬于物理層。,7.1 PLC通信基礎7.1.4 計算機通信標準,開放系統(tǒng)互連模型（OSI）數(shù)據(jù)鏈路層（Datalink Layer）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。數(shù)據(jù)鏈路層的主要控制功能是差錯控制和流量控制，以保證數(shù)據(jù)的

26、可靠傳輸。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）。,7.1 PLC通信基礎7.1.4 計算機通信標準,開放系統(tǒng)互連模型（OSI）網(wǎng)絡層（Network Layer）網(wǎng)絡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)絡各站

27、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操作。網(wǎng)絡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)絡層協(xié)議有X.25分組協(xié)議和IP協(xié)議。,7.1 PLC通信基礎7.1.4 計算機通信標準,開放系統(tǒng)互連模型（OSI）傳輸層（Transport Layer）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。傳輸層的信號傳送單位是報文（Messag

28、e），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。,7.1 PLC通信基礎7.1.4 計算機通信標準,開放系統(tǒng)互連模型（OSI）會話層（Session Layer）兩個表示層用戶之間的連接稱為會話，對應會話層的任務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)絡下載中的斷點續(xù)傳就是會話層的功能。,7.1 PLC通信基礎

29、7.1.4 計算機通信標準,開放系統(tǒng)互連模型（OSI）表示層（Presentation Layer）表示層用于應用層信息內(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，把應用層提供的信息變成能夠共同理解的形式。,7.1 PLC通信基礎7.1.4 計算機通信標準,開放系統(tǒng)互連模型（OSI）應用層（Application Layer）應用層作為參考模型的最高層，為用戶的應用服務提供信息交換，為應用接口提供

30、操作標準。七層模型中所有其它層的目的都是為了支持應用層，它直接面向用戶，為用戶提供網(wǎng)絡服務。常用的應用層服務有電子郵件(E-mail)、文件傳輸(FTP)和Web服務等。,7.1 PLC通信基礎7.1.4 計算機通信標準,開放系統(tǒng)互連模型（OSI）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，其它各層之間實現(xiàn)的都是間接的傳送。OSI 7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。OS

31、I 7層協(xié)議中，高4層提供用戶功能，低3層提供網(wǎng)絡通信功能。,7.1 PLC通信基礎7.1.4 計算機通信標準,IEEE802通信標準IEEE802通信標準是IEEE（國際電工與電子工程師學會）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。前兩層對應于OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層是一條

32、鏈路（Link）兩端的兩臺設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（Token Bus）和令牌環(huán)（Token Ring）,7.1 PLC通信基礎7.1.4 計算機通信標準,IEEE802通信標準CSMA/CD協(xié)議CSMA/CD（carrier-sense multiple access with

33、 collision detection）通信協(xié)議的基礎是以太網(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。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

34、傳送、載體監(jiān)聽、沖突檢測、沖突后退和再試發(fā)送；,7.1 PLC通信基礎7.1.4 計算機通信標準,IEEE802通信標準令牌總線令牌總線是IEEE802標準中的工廠媒質(zhì)訪問技術，其編號為802.4。 它吸收了GM公司支持的MAP（Manufacturing Automation Protocol，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

35、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，如此同而復始，形成一個邏輯環(huán)。,7.1 PLC通信基礎7.1.4 計算機通信標準,IEEE802通信標準令牌總線令牌有“空”、“忙”兩個狀態(tài)，令牌網(wǎng)開始時由指定站產(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

36、。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。令牌傳遞式總線最適合于需要進行實時通信的工業(yè)控制網(wǎng)絡。,7.1 PLC通信基礎7.1.4 計算機通信標準,IEEE802通信標準令牌環(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

37、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。,7.2 PC與PLC通信的實現(xiàn) 7.2.1 概述,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應用系統(tǒng)

38、可以帶來一系列的好處。,7.2 PC與PLC通信的實現(xiàn) 7.2.1 概述,PC與PLC實現(xiàn)通信的意義 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)試及監(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

39、它計算機網(wǎng)絡的互聯(lián)。,7.2 PC與PLC通信的實現(xiàn) 7.2.1 概述,PC與PLC實現(xiàn)通信的方法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)定及幀格式編寫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

40、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，應配置編程軟件。,7.2 PC與PLC通信的實現(xiàn) 7.2.1 概述,PC與PLC實現(xiàn)通信的條件 從原則上講，PC連入PLC網(wǎng)絡并沒有什么困難。只要為PC配備該種PLC網(wǎng)專用的通信卡以及通信軟件，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)絡存在的唯一問題是價格問題。 用戶普遍感興趣的問題是，能否利用PC中已普遍配有

41、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。,7.2 PC與PLC通信的實現(xiàn) 7.2.1 概述,只有滿足下列三個條件，PC就可以與PLC互聯(lián)通信。若不能滿足則應配置專用網(wǎng)卡及通信軟件實現(xiàn)互聯(lián)。1）PLC具有異步通信接口。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)、

42、停止位數(shù)、奇偶校驗都相同。3）用戶必須熟悉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。,7.2 PC與PLC通信的實現(xiàn) 7.2.1 概述,PC與PLC互聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式點對點結(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。多點結(jié)構(gòu)：PC與多臺PLC共同連在同一條串行總線上。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。,,7.2

43、PC與PLC通信的實現(xiàn) 7.2.1 概述,PC與PLC互聯(lián)通信方式1）通過PLC開發(fā)商提供的系統(tǒng)協(xié)議和網(wǎng)絡適配器，構(gòu)成特定公司產(chǎn)品的內(nèi)部網(wǎng)絡，其通信協(xié)議不公開。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)?？刂葡到y(tǒng)。

44、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。,7.2 PC與PLC通信的實現(xiàn) 7.2.2 PC與FX系列PLC通信的實現(xiàn),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。,,7.2 PC與PLC通信的實現(xiàn) 7.2.2 PC與FX系列PLC通信的實現(xiàn),FX系列PLC通信協(xié)議 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

45、校驗位及1位停止位組成，比特率為9600 bps，字符為ASCⅡ碼。數(shù)據(jù)格式如下：,,7.2 PC與PLC通信的實現(xiàn) 7.2.2 PC與FX系列PLC通信的實現(xiàn),FX系列PLC通信協(xié)議通信命令FX系列PLC有4條通信命令,,,7.2 PC與PLC通信的實現(xiàn) 7.2.2 PC與FX系列PLC通信的實現(xiàn),FX系列PLC通信協(xié)議通信控制字符FX系列PLC采用面向字符的傳輸規(guī)程，有5個通信控制字符,7.2 PC與

46、PLC通信的實現(xiàn) 7.2.2 PC與FX系列PLC通信的實現(xiàn),FX系列PLC通信協(xié)議報文格式其中，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。數(shù)據(jù)段格式與含義,,7.2 PC與PLC通信的實現(xiàn) 7.2.2 PC與FX系列PLC通信的實現(xiàn),FX系列PLC通信協(xié)議傳輸規(guī)程PC與FX系列PLC間采用應答方式通信，傳輸出錯，則組織重發(fā)。

47、PLC根據(jù)PC的命令，在每個循環(huán)掃描結(jié)束處的END語句后組織自動應答，無需用戶在PLC一方編寫程序。,,7.2 PC與PLC通信的實現(xiàn) 7.2.2 PC與FX系列PLC通信的實現(xiàn),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MELSE MEDOC等）,7.3 PLC網(wǎng)絡 7.3.1 生產(chǎn)金字塔結(jié)構(gòu)與工廠計算機控制系統(tǒng)模型

48、,PLC制造廠家常用生產(chǎn)金字塔結(jié)構(gòu)來描述它的產(chǎn)品能提供的功能。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)控及優(yōu)化。,,7.3 PLC網(wǎng)絡 7.3.1 生產(chǎn)金字塔結(jié)構(gòu)與工廠計算機控制系統(tǒng)模型,美國國家標準局曾為工廠計算機控制系統(tǒng)提出的NBS模型，它分為6級，并規(guī)定了每一級應當實現(xiàn)的功能，這一模型獲得了國際廣泛的承認。,,7.3 PLC網(wǎng)絡 7.3.1 生產(chǎn)金字塔結(jié)構(gòu)與工廠計

49、算機控制系統(tǒng)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6級模型。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。這說明現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)自動化系統(tǒng)應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)。,,7.3 PLC網(wǎng)絡 7.3.2 PLC網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu),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看螅笸ㄐ诺姆秶脖容^廣，但對通信實時性的要求卻不高；底層傳送的

50、主要是些過程數(shù)據(jù)及控制命令，報文不長，每次通信量不大，通信距離也比較近，但對實時性及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。 采用單級子網(wǎng)，只配置一種通信協(xié)議，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,7.3 PLC網(wǎng)絡 7.3.2 PLC網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu),三菱公司的PLC網(wǎng)絡,,7.3 PLC網(wǎng)絡 7.3

51、.2 PLC網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu),SIEMENS公司的PLC網(wǎng)絡,,7.3 PLC網(wǎng)絡 7.3.2 PLC網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu),OMRON公司的PLC網(wǎng)絡,7.3 PLC網(wǎng)絡 7.3.3 PLC網(wǎng)絡各級子網(wǎng)通信協(xié)議配置的規(guī)律,1）PLC網(wǎng)絡通常采用3級或4級子網(wǎng)構(gòu)成的復合型拓撲結(jié)構(gòu)，各級子網(wǎng)中配置不同的通信協(xié)議，以適應不同的通信要求2）在PLC網(wǎng)絡中配置的通信協(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)

52、絡的高層子網(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。,7.3 PLC網(wǎng)絡 7.3.3 PLC網(wǎng)絡各級子網(wǎng)通信協(xié)議配置的規(guī)律,4）在PLC網(wǎng)絡的低層子網(wǎng)及中間層子網(wǎng)采用公司專用協(xié)議。其最底層由于傳遞過程數(shù)據(jù)及控制命令，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

53、層負責傳送監(jiān)控信息，信息長度居于過程數(shù)據(jù)及管理信息之間，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）PLC網(wǎng)絡低層子網(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、鏈路層及應用層；而高層子網(wǎng)傳送管理信息，與普通網(wǎng)絡性質(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。,7.4 現(xiàn)場總線技術 7.4.1 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

54、已成為當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)，標志著工業(yè)控制技術領域又一新時代的開始，并將對該領域的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。 現(xiàn)場總線（Fieldbus）：是應用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在測量控制設備之間實現(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?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ieldbus Control System）：基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)。FCS實質(zhì)是一種開放的、具有互

55、操作性的、徹底分散的分布式控制系統(tǒng)。,7.4 現(xiàn)場總線技術 7.4.2 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IEC TC65（負責工業(yè)測量和控制的第65標準化技術委員會）通過了8種類型的現(xiàn)場總線作為新的IEC61 158國際標準。,7.4 現(xiàn)場總線技術 7.4.

56、2 現(xiàn)場總線的國際標準,1）類型1 IEC技術報告（即FF的H1）；2）類型2 ControlNet（美國 Rockwell公司支持）；3）類型3 Profibus（德國 Siemens公司支持）；4）類型4 P-Net（丹麥 Process Data公司支持）；5）類型5 FF HSE（即原FF的H2，F(xiàn)isher-Rosemount等公司支持）；6）類型6 Swift Net（美國波音公司支持）；7）類型7 Wor

57、ld FIP（法國 Alstom公司支持）；8）類型8 Interbus（德國Phoenix Conact公司支持）,7.4 現(xiàn)場總線技術 7.4.3 現(xiàn)場總線的發(fā)展現(xiàn)狀,多種總線共存 總線應用領域不斷拓展 不斷成立總線國際組織 每種總線都以企業(yè)為支撐 一個設備制造商參加多個總線組織 各種總線相繼成為自己國家或地區(qū)標準 在競爭中協(xié)調(diào)共存 以太網(wǎng)成為新熱點,7.4 現(xiàn)場總線技術 7.4.4 現(xiàn)場總

58、線的發(fā)展趨勢,網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)趨向簡單化 大量采用成熟、開放和通用的技術 新型的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)（如DCS、PLC）之間并不是完全取而代之的關系，而是繼承、融合、提高的關系。,7.4 現(xiàn)場總線技術 7.4.5 現(xiàn)場總線的特點與優(yōu)點,FCS與DCS的比較,,7.4 現(xiàn)場總線技術 7.4.5 現(xiàn)場總線的特點與優(yōu)點,FCS與DCS的比較,7.4 現(xiàn)場總線技術 7.4.5

59、 現(xiàn)場總線的特點與優(yōu)點,現(xiàn)場總線的特點 系統(tǒng)的開放性互操作性與互用性 現(xiàn)場設備的智能化與功能自治性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 對現(xiàn)場環(huán)境的適應性,7.4 現(xiàn)場總線技術 7.4.5 現(xiàn)場總線的特點與優(yōu)點,現(xiàn)場總線的優(yōu)點節(jié)省硬件數(shù)量與投資節(jié)省安裝費用節(jié)省維護開銷 用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性 此外，由于它的設備標準化，功能模塊化，因而還具有設計簡單，易于重構(gòu)等優(yōu)點。,7