【文章內(nèi)容簡介】 而配置不同的子網(wǎng)通信協(xié)議 。 ② PLC 網(wǎng)絡(luò)中的通信協(xié)議一般有通用協(xié)議 和專用協(xié)議兩種 。 ③ PLC 網(wǎng)絡(luò)的高層子網(wǎng)中常配置 MAP 規(guī)約 (全 MAP )或 Ether 協(xié)議，使得 PLC 網(wǎng)絡(luò)更加標(biāo)準化和通用化，也使得 PLC 網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)、 PLC 網(wǎng)絡(luò)與其它局域網(wǎng)的互聯(lián)更加容易 。 ④ PLC 網(wǎng)絡(luò)的中間層和底層多采用專用協(xié)議，最底層常采用周期 I/O 方式通信，以適應(yīng)對實時性要求高但信息較短的過程數(shù)據(jù)和控制命令的傳送，中間層多采用令牌方式或主從方式控制通信 。 ⑤ PC (個人電腦 )加入不同級別的子網(wǎng)，必須按所聯(lián)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 : ⑥ PLC 網(wǎng) 絡(luò)底層子網(wǎng)對實時性要求較高，采用協(xié)議多只有物理層、層和應(yīng)用層三層。高層子網(wǎng)與普通網(wǎng)絡(luò)相近，加之要與異種網(wǎng)互聯(lián)，通信協(xié)議多為標(biāo)準 7 層協(xié)議。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 論 PLC 在自動控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機電工程系機電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 12 of 27 二、 PLC 網(wǎng)絡(luò)中的通信 PL C 網(wǎng)絡(luò) 可分為 PLC 控制網(wǎng)絡(luò)和 PLC 通信網(wǎng)絡(luò)兩種，它們在功能上和工作方式上有很大的差別。 PLC 控制網(wǎng)絡(luò)只傳運。每次傳送數(shù)量較少，例如， PLC 的遠程 I/O 鏈路、通過 Link 區(qū)交換數(shù)據(jù)的 PLC 同位系統(tǒng) 。PLC 通信網(wǎng)絡(luò)則即可傳送開關(guān)量又可傳送數(shù)字量，且通信數(shù)據(jù)量較大，例如， SIEMENS 的 SIENECH l網(wǎng)、 AB 公司 DH+網(wǎng)等。 PLC 通信網(wǎng)絡(luò) 類似于普通的局域網(wǎng)。實際應(yīng)用中對 PLC 網(wǎng)絡(luò)并不做具體劃分。 PLC 網(wǎng)絡(luò)的通信包括 PLC 之間、 PLC 與上下位計算機間和 PLC 與智能設(shè)備間的通信。常規(guī)的聯(lián)網(wǎng)通信方法是利用 PLC 主控模塊上的 RS232 或 RS 422/423 接口和專用電纜組成較簡單的多機系統(tǒng) 。也可利用 PLC 的專用通信模塊，用雙絞線、同軸電纜或光纜連接組成網(wǎng)絡(luò)從而實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的信息交換，構(gòu)成集中管理、分散控制的集散型、分層式控制系統(tǒng)。 并行通信和串行通信在 PLC 及其網(wǎng)絡(luò)中都存在。其中，在 PLC 內(nèi)部，多處理器的 PLC中的多個處理器間通過共享存儲區(qū)在協(xié) 處理器控制與管理之下的通信和 PLC 中 CPU與各智能模塊處理器間經(jīng)背板總線的通信多為并行通信。 我們研究的重點是 PLC 網(wǎng)絡(luò)中的串行通信。 PLC 網(wǎng)絡(luò)中的各級子網(wǎng)無論是環(huán)形結(jié)構(gòu)還是總線結(jié)構(gòu)，通信介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)的共享資源，網(wǎng)絡(luò)中的 PLC 建立通信，就必須取得共享通信介質(zhì)的使用權(quán)，即要有一個存取控制方式來分配共享通信介質(zhì)的使用權(quán)。另外， PLC 建立通信通道后，要將數(shù)據(jù)傳送出去，這又要考慮數(shù)據(jù)傳送方式是有連接的還是無連接的，是有應(yīng)答的還是無應(yīng)答的，或是廣播通信。即通過本段內(nèi)容我們可以明確， PLC 網(wǎng)絡(luò)中各級子網(wǎng)的通信方法包括存 取控制和數(shù)據(jù)傳送方式兩部分 。 以下將詳細介紹 PLC 網(wǎng)絡(luò)中的典型通信方式 ： LC 控制網(wǎng)絡(luò)的“全局 1/O 方式”通信 “全局 1 /O 方式”是利用串行共享存儲區(qū)通信的方式，主要用于帶有 Link 鏈接區(qū)的PLC 間的通信。工作原理是在 PLC 網(wǎng)絡(luò)中的各臺 PLC 的 1/O 區(qū)劃出一塊鏈接區(qū)，每個鏈接區(qū)都采用相同的郵箱結(jié)構(gòu)，相同編號的發(fā)送區(qū)與接收區(qū)的大小相同，占用相同的地址段，一個為發(fā)送區(qū)，其余皆為接收區(qū)，通過廣播式通信，使各 PLC 鏈接區(qū) 11’的數(shù)據(jù)保持一致，即鏈接區(qū)中既有自己發(fā)送的數(shù)據(jù)，也有其它 PLC 送來的數(shù)據(jù)，每臺 PLC 只要訪問自己的鏈接區(qū)，就等于訪問了其它 PLC，就相當(dāng)于與其它 PLC 交換了數(shù)據(jù)。實際上鏈接區(qū)成為網(wǎng)絡(luò)的共享存儲區(qū)，也成為 PLC 交換數(shù)據(jù)的中介區(qū)?！叭?1 /O 方式”的通信方法如圖 所示。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 論 PLC 在自動控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機電工程系機電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 13 of 27 鏈接區(qū)可采用異步方式刷新，也可采用同步方式刷新。當(dāng)采用異步方式刷新時，與PLC 中用戶程序無關(guān)，山各 PLC 月矛帶通信處理器按順序進行廣播通信，并使所有鏈接區(qū)保持等值 。當(dāng)采用同步方式刷新時，山用戶程序中對鏈接區(qū)的發(fā)送指令啟動一次刷新，只有當(dāng)鏈接區(qū)的發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)變化時刁刷新。鏈接區(qū)是從 PLC 的 I/O 區(qū)劃分出來的，經(jīng)等值化通 信變成所有 PLC 的共享區(qū)，因此稱為“全局 I/O 方式”通信。 C 控制網(wǎng)絡(luò)的“周期 I/O 方式”通信 “周 期 U O 方式”通信主要用于 PLC 的遠程 I/O 鏈路的控制網(wǎng)絡(luò)的通信。工作原理 :遠程 I/O 鏈路按主從方式工作， PLC 自帶的 I/O 主單元在遠程 UO 鏈路中擔(dān)任主站，其它遠程 I/0 鏈路作為從站。在主站中設(shè)立“遠程 I/0 緩沖區(qū)”，采用郵箱結(jié)構(gòu)，劃分出幾個分箱分別與梅個從站相對應(yīng)，每個分箱再分為發(fā)送區(qū)和接收區(qū)。主站中的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)的分箱中的發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)送往從站，從 從站區(qū)讀取數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的接收區(qū)，這樣使得主站中的遠程 I/0 緩沖區(qū)得以周期性地刷新。此過程中 PLC 的 CPU 單元只負責(zé)對用戶程序掃描，按循環(huán)方式進行處理，每周期都會集中進行 I/0 處理，既對本地 UO 單元也對遠程 I/0 緩沖區(qū)進行讀寫操作。 PLC 的 CPU 對用戶程序的周期性循環(huán)掃描與通信處理器對各遠程 I/0 單元的周期性掃描是異步進行的，PLC 的 CPU 單元實際并沒有直接操作遠程 I/0 緩沖區(qū)的周期性刷新，使得 CPU 單元相對直接訪問了遠程 I/0 單元。主站 中 的 通信處理器采用周期掃描方式與各從站交換數(shù)據(jù)，從而周期性的刷新“ 遠程 I/0 緩沖區(qū)”，這種通信方式既有周期性又涉及遠程 I/0 單元，因而被稱為“周期 I/0 方式” 。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 論 PLC 在自動控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機電工程系機電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 14 of 27 C 通信網(wǎng)絡(luò)的主從總線 (U:N )通信方式 主從總線通信方式是采用集中式存取控制方式分配總線使用權(quán)，通常采用輪詢表的方法。輪詢表是一張從站號的排列順序表，配置在主站中，主站按照輪詢表中的排列順序?qū)Ω鲝恼具M行訪問，查看從站是否有占用總線的請求，從而對總線使用權(quán)進行分配。為保證實時性，輪詢表中各從站號至少出現(xiàn)一次，這樣可保證每個從站在周期輪詢時的侮個周期內(nèi)至少有一次總線使用權(quán)。而對實時性要求較高的從站，則 可采用靜態(tài)方式在輪詢表中讓該從站號多出現(xiàn)幾次，從而獲得較高的通信優(yōu)先權(quán)，同時也可采用中斷法的動態(tài)方式打斷正常的輪詢周期，隨時插入獲得總線使用權(quán)，從而更好的實現(xiàn)對實時性的要求。主從總線通信方式中有兩種基本的數(shù)據(jù)傳送方式。一種只允許主站與從站間的通信，而禁止從站間的通信，從站間的通信必須經(jīng)主站處理 。另一種是兩種通信都允許，從站獲得總線使用權(quán)后先與主站通信，再直接與從站通信。 C 通信網(wǎng)絡(luò)的浮動主站 (N:M) 通信方式 浮動主站通信方式適用于總線結(jié)構(gòu)的 PLC 網(wǎng)絡(luò)?？偩€上有 M 個站，其中 N 個為主站。N:M 通 信方式采用主從總線與令牌總線相結(jié)合的存取控制方式。 N 個主站首先組成邏輯環(huán)，通過令牌方式在邏輯環(huán)上分配總線使用權(quán)，因而主站是浮動的，是不固定的。主站獲得總線使用權(quán)后，再按主從方式確定在自己的令牌環(huán)持有時間內(nèi)與其它從站的通信。每個主站中都配置有一張輪詢表，按表上的排列順序獲得總線使用權(quán)的主站與其它主站或從站進行通信。浮動主站通信方式采用多種數(shù)據(jù)傳送方式與目的站通信，其中以無應(yīng)答無連接方式的傳送方式速度最快。 5. PLC 通信網(wǎng)絡(luò)的令牌總線 (N:N )通信方式 令牌總線通信方式采用典型的令牌總線存取控制技術(shù) :總線 結(jié)構(gòu)的 PLC 網(wǎng)絡(luò)中 N 個站地位平等沒有主從站之分，總線上 N 個站組成一個邏輯環(huán)，令牌在邏輯環(huán)中按一定方向流動，獲得令牌的站就取得了總線的使用權(quán)。為保證實時性，令牌總線通信方式中嚴格 }‘良定每個站的令牌持有時間，并保證每個站在令牌循環(huán)過程中都有機會獲得總線使用權(quán)。令牌總線通信方式中的數(shù)據(jù)傳送方式對實時性影響明顯。例如，若采用無應(yīng)答數(shù)據(jù)傳 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 論 PLC 在自動控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機電工程系機電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 15 of 27 送方式，獲得總線使用權(quán)的站可立即向目的站發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完成則通信也就完成。但如果是應(yīng)答方式的數(shù)據(jù)傳送，待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后還必須等待目的站在獲得令牌占用總線發(fā)回應(yīng)答 1 防后，整個通信 能結(jié)束。很明顯后者通信時間長，導(dǎo)致實時性下降。 C 通信網(wǎng)絡(luò)的令牌壞通信方式 在采用環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)的 PLC 通信網(wǎng)絡(luò)中，多采用令牌環(huán)法的存取控制方式，并且這種通信方式具有很好的實時性。令牌環(huán)通信方式中，令牌在物理環(huán)中按箭頭指向順序傳送，獲得令牌的站才能發(fā)送數(shù)據(jù)。如圖 所示 :A 站要向 C 站發(fā)送數(shù)據(jù)。在 A 站獲得令牌時，A 站把待發(fā)送數(shù)據(jù)加載在傳送幀中，并繼續(xù)向下傳送令牌，經(jīng) B 站到達 C 站后， C 站將幀格式中的目的地址與本站地址比較，以確定此幀是否為傳送至 C 站的。之后 C 站對此幀作差錯校驗，并將校驗結(jié)果以肯定或否定 應(yīng)答方式填在幀的 ACK 確認段中，同時將此幀信息復(fù)制下來，再把帶有應(yīng)答信息的幀繼續(xù)向下傳送。當(dāng) A 站接收到此幀后，將幀的源地址與本站的地址作比較，確定此幀是 A 站發(fā)出的，再檢查 ACK 段信息，以便在否定應(yīng)答下對數(shù)據(jù)組織重發(fā)，而在肯定應(yīng)答下將把此幀從環(huán)上去掉，只剩令牌繼續(xù)在環(huán)中循環(huán)傳送。 SMA/CD( CarriersenseM ultipleA ccessW ithC ollisionD etection) CS MA /C D 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)。采用CSMA/CD 存取控制方式，網(wǎng)絡(luò)總線上各站無主從之分，地位平等，對總線使用權(quán)的獲得多采用“先聽后講，邊講邊聽”的方法。先聽后講是指各站在發(fā)送數(shù)據(jù)前必須對總線進行監(jiān)聽，確認總線空閑后才能發(fā)送數(shù)據(jù)據(jù)的同時為了完全避免各站在使用總線傳輸數(shù)據(jù)時發(fā)生沖突，在發(fā)送數(shù)繼續(xù)對總線監(jiān)聽，若有沖突出現(xiàn)，則必須立即中出阻塞消息通知總線上各站，這就是后一句“邊訓(xùn)邊聽”斷傳送，并發(fā)之后，沖突雙方要采用隨機數(shù)代入指數(shù)函數(shù)的避退算法來決定對總線使用權(quán)的的重新獲得。 CSMA/CD 通信方式作為一種隨機通信方式，方法簡單，對通信資源利用高，但不能保證存取 控制方式的實時性。原因在于這種通信方式不能保證總線上各個站在一定時間周期內(nèi)都能獲得總線使用權(quán)，也不能靜態(tài)方式地賦予某些站較高的優(yōu)先權(quán)，更不能動態(tài)方式地賦予緊急通信任務(wù)較高的優(yōu)先權(quán)，因而這種存取控制方式的實時性很差。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 論 PLC 在自動控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機電工程系機電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 16 of 27 CS MA /C D 通信方式可根據(jù)實際情況對通信速度及可靠性的要求隨機選擇有連接、無連接、有應(yīng)答、無應(yīng)答或是廣播通信中的任一種數(shù)據(jù)傳送方式，靈活性較大。 以上詳細地介紹了幾種典型的 PLC 網(wǎng)絡(luò)通信方式。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，現(xiàn)代 PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，在一些新的現(xiàn)場總線中常可集多種通信方式于一體，并能在 實際應(yīng)用中自動在各通信方式間切換，調(diào)度各自的優(yōu)先級，從而更好的實現(xiàn)對多種總線資源的充分利用和實時準確的傳送數(shù)據(jù)。 1． 4 PLC的發(fā)展趨勢 信息技術(shù)的發(fā)展對現(xiàn)代控制技術(shù)提出了更高的要求，作為現(xiàn)代工業(yè)支柱之一， PLC面向未來的信息時代也在不斷完善、增強和拓展自身功能，以更好地適應(yīng)現(xiàn)代控制系統(tǒng)的發(fā)展要求。 ，速度更快 PL C是計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)三者有機結(jié)合的高科技產(chǎn)品因而隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)和現(xiàn)代自控技術(shù)的飛速發(fā)展 PLC的功能也在不斷增強，并將推出速度更快、功能更 強的 PLC系列產(chǎn)品。 現(xiàn)代 PL C系列產(chǎn)品中的模塊正在向智能化、功能專一、 .鉆種齊全的方向展。以微處理器為基礎(chǔ)的智能 I/O模塊可與 PLC的主 CPU模塊并行工作，提高 PLC掃描速度，又可實現(xiàn)模塊自適應(yīng)、參數(shù)自整定等功能，從而使 I/O接功能、過程控制功能大大增強。根據(jù)實際控制對象的具體要求，現(xiàn)代 PLC將會研制出更多的功能模塊和更完整的系列產(chǎn) 現(xiàn)代 PL C系統(tǒng)采用了更強的微處理器、容量更大的存儲器，并將邏輯控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運算及通信功能等有機結(jié)合了起來，性能 不斷提高，同時 PLC與工業(yè)控制計算機、集散控制系統(tǒng) (DCS ), 嵌入式計算機等系統(tǒng)在功能和應(yīng)用方面相互滲透、相互結(jié)合，拓寬了更廣闊的控制應(yīng)用領(lǐng)域 PL C 系 統(tǒng)己具有了很強的通信能力，可在 PLC間、 PLC與計算機間近距離或遠距離聯(lián)網(wǎng)通信，形成統(tǒng)一的、分散式集中控制系統(tǒng)。同時由于各廠家 PLC通信協(xié)議的專用特點，現(xiàn)代 PLC系統(tǒng)將更多采用標(biāo)準工業(yè)總線，向 MAP規(guī)約 [1p靠攏，使不同機型的 PLC系統(tǒng)間可自由聯(lián)網(wǎng)通信，實現(xiàn)資源共享，適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)無人、無線、遠程、復(fù)雜的綜合控制管理的需要。 5. 軟件的發(fā)展 現(xiàn)代 PL C系統(tǒng)的編程語言除了常用的梯形圖