【正文】 件層這三個(gè)網(wǎng)絡(luò)層次上，OMRON主推Ethernet、Controller Link和CompoBus/D三種網(wǎng)。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/D是一種開放、多主控的器件網(wǎng)，開放性是其特色。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)。Ethernet屬于大型網(wǎng)，它的信息處理功能很強(qiáng)，支持FINS通信、TCP/IP和UDP/IP的Socket（接駁）服務(wù)、FTP服務(wù)。圖726 OMRON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(gè)層次：信息層、控制層和器件層。最高一層為工業(yè)以太網(wǎng)，它負(fù)責(zé)傳送生產(chǎn)管理信息。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(gè)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(jì)出滿足各種應(yīng)用需求的控制管理網(wǎng)絡(luò)。MELSECNET/H和CCLink使用循環(huán)通信的方式，周期性自動(dòng)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。采用CCLink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(hù)性。作為MELSEC控制網(wǎng)絡(luò)的MELSECNET/10，以它良好的實(shí)時(shí)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，以及冗余回路等特點(diǎn)獲得了很高的市場評(píng)價(jià)，被采用的設(shè)備臺(tái)數(shù)在日本達(dá)到最高，在世界上也是屈指可數(shù)的。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。下面列舉幾個(gè)有代表性公司的PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于各層對(duì)通信的要求相差甚遠(yuǎn)，如果采用單級(jí)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(duì)通信的要求。因?yàn)椴煌瑢铀鶎?shí)現(xiàn)的功能不同，所承擔(dān)的任務(wù)的性質(zhì)不同，導(dǎo)致它們對(duì)通信的要求也就不一樣。盡管它與NBS模型各級(jí)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(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)既負(fù)責(zé)企業(yè)管理經(jīng)營又負(fù)責(zé)控制監(jiān)控的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。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及其網(wǎng)絡(luò)在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中，由上到下，在各層都發(fā)揮著作用。某PLC在接到上位機(jī)的一個(gè)完整幀以后，首先判斷是不是自己的代號(hào)，若不是就不予理睬，若是就發(fā)送呼叫回答信號(hào)。幀由少于131個(gè)字符的數(shù)據(jù)構(gòu)成，若發(fā)送數(shù)據(jù)要進(jìn)行分割幀發(fā)送，分割幀的結(jié)尾用CR碼一個(gè)字符的分界符來代替終終止符。在這種通信方式下，上位機(jī)要通過鏈接適配器B500AL004與CPM1A系列PLC連接，每臺(tái)PLC都要在通信口配一個(gè)RS422適配器。1:1 HOST Link通信時(shí)，上位機(jī)發(fā)出指令信息給PLC，PLC返回響應(yīng)信息給上位機(jī)。PLC方的通信程序只是PLC整個(gè)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(dāng)PLC接收到PC發(fā)送的數(shù)據(jù)以后，在中斷程序中對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這個(gè)工作過程重復(fù)一直持續(xù)到所有的數(shù)據(jù)傳送完成。由于通信是在PC機(jī)以及PLC之間協(xié)調(diào)進(jìn)行的，所以PC機(jī)以及PLC中的通信程序也必須相互協(xié)調(diào)，即當(dāng)一方發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)另一方必須處于接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)。因而，PLC每接收一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)都可以在相應(yīng)的中斷程序中對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)PLC處于RUN狀態(tài)下時(shí)，通信命令有效，當(dāng)PLC處于STOP狀態(tài)時(shí)通信命令無效。PLC的通信編程首先是對(duì)串口初始化，對(duì)S7200PLC的初始化是通過對(duì)特殊標(biāo)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(yàn)位、停止位和字符長度。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717所示。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(shí)現(xiàn)PLC與外設(shè)的通信。MSComm控件可以采用輪詢或事件驅(qū)動(dòng)的方法從端口獲取數(shù)據(jù)。圖716 傳輸應(yīng)答過程及命令報(bào)文命令報(bào)文中10F6H為D123的地址，04H表示要讀入4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。其傳輸過程如圖715所示。由于每字節(jié)十六進(jìn)制數(shù)變?yōu)閮勺止?jié)的ASCⅡ碼，故校驗(yàn)和為SUMH與SUML。圖714 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(qiáng)制通命令、強(qiáng)制斷命令，如表72所示。下面以PC與PLC之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信為例。本節(jié)主要介紹利用標(biāo)準(zhǔn)通信口或由用戶自定義的自由通信口實(shí)現(xiàn)PC與PLC的通信。2）購買通用的上位組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)PC與PLC的通信。多點(diǎn)結(jié)構(gòu)采用主從式存取控制方法，通常以PC為主站，多臺(tái)PLC為從站，通過周期輪詢進(jìn)行通信管理。如果不能滿足這些條件則應(yīng)配置專用網(wǎng)卡及通信軟件實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。 3）用戶必須熟悉互聯(lián)的PLC采用的通信協(xié)議。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(shí)現(xiàn)通信。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(duì)通信卡進(jìn)行初始化，并編制用戶程序即可。 3）選擇適當(dāng)?shù)牟僮飨到y(tǒng)提供的軟件平臺(tái)，利用與PLC交換的數(shù)據(jù)編制用戶要求的畫面。為了實(shí)現(xiàn)PC與PLC的通信，用戶應(yīng)當(dāng)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。 3）把PC開發(fā)成 PLC編程終端，可通過編程器接口接入PLC，進(jìn)行編程、調(diào)試及監(jiān)控。第二節(jié) PC與PLC通信的實(shí)現(xiàn) 個(gè)人計(jì)算機(jī)（以下簡稱PC）具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，配備著多種高級(jí)語言，若選擇適當(dāng)?shù)牟僮飨到y(tǒng)，則可提供優(yōu)良的軟件平臺(tái)，開發(fā)各種應(yīng)用系統(tǒng)，特別是動(dòng)態(tài)畫面顯示等。令牌傳遞式總線能在很重的負(fù)荷下提供實(shí)時(shí)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(jìn)行實(shí)時(shí)通信的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。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。 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。但是這樣做仍然有發(fā)生沖突的可能，因?yàn)閺慕M織報(bào)文到報(bào)文在總線上傳輸需一段時(shí)間，在這一段時(shí)間內(nèi)，另一個(gè)站通過監(jiān)聽也可能會(huì)認(rèn)為總線空閑并發(fā)送報(bào)文到總線上，這樣就會(huì)因兩站同時(shí)發(fā)送而發(fā)生沖突。1．CSMA/CD協(xié)議CSMA/CD（carriersense multiple access with collision detection）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(gè)站都是平等的，采用競爭方式發(fā)送信息到傳輸線上。（二）IEEE802通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE802通信標(biāo)準(zhǔn)是IEEE（國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。 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。6．表示層（Presentation Layer）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。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。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）。常用的串行異步通信接口標(biāo)準(zhǔn)RS－232C、RS－422和RS－485等就屬于物理層。每一層都盡可能自成體系，均有明確的功能。普通微機(jī)一般不配備RS422和RS485接口，但工業(yè)控制微機(jī)基本上都有配置。電路連接。RS485的網(wǎng)絡(luò)3．RS485RS485是RS422的變形，RS422A是全雙工，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。只要接收器有足夠的抗共模干擾能力，就能從干擾信號(hào)中識(shí)別出驅(qū)動(dòng)器輸出的有用信號(hào)，從而克服外部干擾的影響。2．RS422針對(duì)RS232C的不足，EIA于1977年推出了串行通信標(biāo)準(zhǔn)RS499，對(duì)RS232C的電氣特性作了改進(jìn)，RS422A是RS499的子集。傳輸距離短，最大通信距離為15m。PLC一般使用9針的連接器表71 RS232C接口引腳信號(hào)的定義引腳號(hào)（9針）引腳號(hào)（25針）信號(hào)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(zhǔn)備就緒57GND信號(hào)公共參考地66DSRIN數(shù)據(jù)通信裝置（DCE）準(zhǔn)備就緒74RTSOUT請(qǐng)求傳送85CTSIN清除傳送922CI（RI）IN振鈴指示如圖76a所示為兩臺(tái)計(jì)算機(jī)都使用RS232C直接進(jìn)行連接的典型連接；如圖76b所示為通信距離較近時(shí)只需3根連接線。RS232C采用負(fù)邏輯，用5～15V表示邏輯“l(fā)”，用+5～+15V表示邏輯“0”。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(biāo)準(zhǔn)有RS232C、RS422A和RS485等。3）光纖抗電磁干擾能力強(qiáng)，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及安全性要求較高的場合。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）。圖75 光纖的結(jié)構(gòu)從不同的角度考慮，光纖有多種分類方式。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。對(duì)于模擬信號(hào)而言，其工作頻率可達(dá)400MHZ。圖74 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。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。2．同軸電纜如圖74所示，同軸電纜由內(nèi)、外層兩層導(dǎo)體組成。非屏蔽雙絞線易受干擾，缺乏安全性。非屏蔽雙絞線電纜價(jià)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)。在實(shí)際應(yīng)用中，通常將許多對(duì)雙絞線捆扎在一起，用起保護(hù)作用的塑料外皮將其包裹起來制成電纜。圖72 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(hào)傳輸。以下僅簡單介紹幾種常用的導(dǎo)向性通信介質(zhì)。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。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”?；鶐鬏敳恍枰{(diào)制解調(diào)，設(shè)備花費(fèi)少，適用于較小范圍的數(shù)據(jù)傳輸。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。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。異步通信的信息格式如圖71所示，發(fā)送的數(shù)據(jù)字符由一個(gè)起始位、7~8個(gè)數(shù)據(jù)位、l個(gè)奇偶校驗(yàn)位（可以沒有）和停止位（1位、）組成。在PLC通信中常采用半雙工和全雙工通信。單工通信方式只能沿單一方向發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。傳輸速率是評(píng)價(jià)通信速度的重要指標(biāo)。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)的場合。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。PLC通信是指PLC與PLC、PLC與計(jì)算機(jī)、PLC與現(xiàn)場設(shè)備或遠(yuǎn)程I/O之間的信息交換。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(dòng)化網(wǎng)絡(luò)得到了迅速的發(fā)展，相當(dāng)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(jì)算機(jī)、變頻器、機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)等。第一節(jié) PLC通信基礎(chǔ) 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。 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。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，除了地線外，在一個(gè)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(hào)在這根線上按位進(jìn)行傳送。在串行通信中，傳輸速率常用比特率（每秒傳送的二進(jìn)制位數(shù)）來表示，其單位是比特/秒（bit/s）或bps。 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。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，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(shí)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。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。由于一個(gè)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(huì)因兩臺(tái)機(jī)器之間的時(shí)鐘周期的誤差積累而導(dǎo)致錯(cuò)位。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(shí)鐘脈沖。4. 基帶傳輸與頻帶傳輸基帶傳輸是按照數(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。頻帶傳輸是一種采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)的傳輸形式。頻帶傳輸較復(fù)雜，傳送距離較遠(yuǎn)，若通過市話系統(tǒng)配備Modem，則傳送距離可不受限制。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(hào)的傳播方向；非導(dǎo)向性介質(zhì)一般通過空氣傳播信號(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。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。當(dāng)距離很短且采用特殊的電子傳輸技術(shù)時(shí)，傳輸率可達(dá)100Mbps。為了減少雙絞線間的相互串?dāng)_，電纜中相鄰雙絞線一般采用不同的絞合長度。3類線傳輸頻率為16MHz，數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)10Mb