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。將不同廠家生產(chǎn)的這些設(shè)備連在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，相互之間進(jìn)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(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)方面的初步知識(shí)。
   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。PLC通信是指PLC與PLC、PLC與計(jì)算機(jī)、PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或遠(yuǎn)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(jì)算機(jī)、各種現(xiàn)場(chǎng)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)議及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(jī)與擴(kuò)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(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。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(chǎng)合。計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)之間、多臺(tái)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(jìn)制位數(shù)）來表示，其單位是比特/秒（bit/s）或bps。傳輸速率是評(píng)價(jià)通信速度的重要指標(biāo)。常用的標(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(gè)方向傳送，每一個(gè)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(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。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(shí)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(shí)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(shí)，將會(huì)因積累誤差造成錯(cuò)位，使接收方收到錯(cuò)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。
   
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、1.5或2位）組成。通信雙方需要對(duì)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(cè)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(diǎn)，在每一位的中點(diǎn)接收信息。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。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。