可編程控制器網(wǎng)絡(luò)連接

1、第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.1 數(shù)據(jù)通信簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)通信簡(jiǎn)介7.2 工業(yè)局域網(wǎng)基礎(chǔ)工業(yè)局域網(wǎng)基礎(chǔ)7.3 西門子西門子PLC網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)7.4 MPI網(wǎng)絡(luò)與全局?jǐn)?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)與全局?jǐn)?shù)據(jù)通信7.5 S7系列系列PLC與其他計(jì)算機(jī)的通信與其他計(jì)算機(jī)的通信思考與練習(xí)題思考與練習(xí)題第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.1 數(shù)據(jù)通信簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)通信簡(jiǎn)介 通常把具有一定的編碼、格式和位長(zhǎng)要求的數(shù)字信號(hào)稱為數(shù)通常把具有一定的編碼、格式和位長(zhǎng)要求的數(shù)字信號(hào)稱為數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)通信就是將數(shù)據(jù)信息通過(guò)適當(dāng)?shù)膫魉途€路從一臺(tái)機(jī)據(jù)信息。數(shù)據(jù)通信就是將數(shù)據(jù)信息通過(guò)適當(dāng)?shù)膫魉途€路從一臺(tái)機(jī)器傳送到另

2、一臺(tái)機(jī)器。這里的機(jī)器可以是計(jì)算機(jī)、器傳送到另一臺(tái)機(jī)器。這里的機(jī)器可以是計(jì)算機(jī)、PLC或具有數(shù)或具有數(shù)據(jù)通信功能的其他數(shù)字設(shè)備。據(jù)通信功能的其他數(shù)字設(shè)備。 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的任務(wù)任務(wù)是把地理位置不同的計(jì)算機(jī)和是把地理位置不同的計(jì)算機(jī)和PLC及其及其他數(shù)字設(shè)備連接起來(lái)，高效率地完成他數(shù)字設(shè)備連接起來(lái)，高效率地完成數(shù)據(jù)的傳送、信息交換和通數(shù)據(jù)的傳送、信息交換和通信處理信處理三項(xiàng)任務(wù)。三項(xiàng)任務(wù)。 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般由傳送設(shè)備、傳送控制設(shè)備和傳送協(xié)議及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般由傳送設(shè)備、傳送控制設(shè)備和傳送協(xié)議及通信軟件等組成。通信軟件等組成。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)第7章 可編程序控制器的通信

3、及網(wǎng)絡(luò)01000101100(a)0100010110(b)01000101100(c)0圖圖7.1 三種調(diào)制方式示意圖三種調(diào)制方式示意圖 (a) 調(diào)幅；調(diào)幅；(b) 調(diào)頻；調(diào)頻；(c) 調(diào)相調(diào)相第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 異步傳輸也稱起止式傳輸，每一個(gè)傳輸?shù)淖址加幸粋€(gè)附異步傳輸也稱起止式傳輸，每一個(gè)傳輸?shù)淖址加幸粋€(gè)附加的起始位和多個(gè)停止位。加的起始位和多個(gè)停止位。它把每個(gè)完整的數(shù)據(jù)塊它把每個(gè)完整的數(shù)據(jù)塊(幀幀)作為整體來(lái)傳輸，由定作為整體來(lái)傳輸，由定時(shí)信號(hào)時(shí)信號(hào)(時(shí)鐘時(shí)鐘)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送端同步。如圖來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送端同步。如圖7.2所示所示第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)圖圖7.2 異步

4、傳輸與同步傳輸異步傳輸與同步傳輸 (a) 異步傳輸；異步傳輸；(b) 同步傳輸同步傳輸0100111011 1校驗(yàn)位停止位“1”字符編碼起始位“0”(a)SYNSYNSTXETX同步字符幀起始字 符幀內(nèi)容幀結(jié)束字 符(b)第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.1.2 線路通信方式線路通信方式 (1) 單工通信方式。單工通信是指信息的傳送始終保持同一單工通信方式。單工通信是指信息的傳送始終保持同一個(gè)方向，而不能進(jìn)行反向傳送，如圖個(gè)方向，而不能進(jìn)行反向傳送，如圖7.3(a)所示。所示。 (2) 半雙工通信方式。半雙工通信是指信息流可以在兩個(gè)方半雙工通信方式。半雙工通信是指信息流可以在兩個(gè)方向上傳送

5、，但同一時(shí)刻只限于一個(gè)方向傳送，如圖向上傳送，但同一時(shí)刻只限于一個(gè)方向傳送，如圖7.3(b)所示。所示。 (3) 全雙工通信方式。全雙工通信能在兩個(gè)方向上同時(shí)發(fā)送全雙工通信方式。全雙工通信能在兩個(gè)方向上同時(shí)發(fā)送和接收，如圖和接收，如圖7.3(c)所示。所示。A端和端和B端雙方都可以一面發(fā)送數(shù)據(jù)，端雙方都可以一面發(fā)送數(shù)據(jù)，一面接收數(shù)據(jù)。一面接收數(shù)據(jù)。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)圖圖7.3 線路通信方式線路通信方式(a) 單工示意圖；單工示意圖；(b) 半雙工示意圖；半雙工示意圖；(c) 全雙工示意圖全雙工示意圖AB(a )AB(b )AB(c )第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.1.3

6、 傳輸速率傳輸速率 傳輸速率是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，在?shù)據(jù)傳輸中定義傳輸速率是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚跀?shù)據(jù)傳輸中定義有三種速率：調(diào)制速率、數(shù)據(jù)信號(hào)速率和數(shù)據(jù)傳輸速率。有三種速率：調(diào)制速率、數(shù)據(jù)信號(hào)速率和數(shù)據(jù)傳輸速率。 (1) 調(diào)制速率。通常用于表示調(diào)制解調(diào)器之間傳輸信號(hào)的速率。調(diào)制速率。通常用于表示調(diào)制解調(diào)器之間傳輸信號(hào)的速率。 (2) 數(shù)據(jù)信號(hào)速率。數(shù)據(jù)信號(hào)速率是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)信道的信息數(shù)據(jù)信號(hào)速率。數(shù)據(jù)信號(hào)速率是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)信道的信息量，單位是比特量，單位是比特/秒秒(Bit Per Second)，用，用b/s表示。表示。(3) 數(shù)據(jù)傳輸速率。數(shù)據(jù)傳輸速率是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)

7、據(jù)量，數(shù)據(jù)傳輸速率。數(shù)據(jù)傳輸速率是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，通常以字符通常以字符/分鐘為單位。分鐘為單位。 第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.1.4 差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制 由于通信設(shè)備部分可以達(dá)到較高的可靠性，因此一般認(rèn)為數(shù)由于通信設(shè)備部分可以達(dá)到較高的可靠性，因此一般認(rèn)為數(shù)據(jù)通信的差錯(cuò)主要來(lái)自于數(shù)據(jù)傳輸信道。以下將簡(jiǎn)單介紹差錯(cuò)控?fù)?jù)通信的差錯(cuò)主要來(lái)自于數(shù)據(jù)傳輸信道。以下將簡(jiǎn)單介紹差錯(cuò)控制的常用方式和編碼。制的常用方式和編碼。 1. 差錯(cuò)控制方式差錯(cuò)控制方式 是對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)錯(cuò)誤和糾正錯(cuò)誤。有以下四種：是對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)錯(cuò)誤和糾正錯(cuò)誤。有以下四種： (1) 自動(dòng)檢錯(cuò)重傳自動(dòng)檢錯(cuò)

8、重傳(ARQ)。(2) 前向糾錯(cuò)前向糾錯(cuò)(FEC)。 (3) 混合糾錯(cuò)混合糾錯(cuò)(HEC)。 (4) 不用編碼的差錯(cuò)控制。不用編碼的差錯(cuò)控制。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 2. 常用的幾種檢錯(cuò)碼常用的幾種檢錯(cuò)碼 (1) 奇偶校驗(yàn)碼。它是以字符為單位的校驗(yàn)方法。一個(gè)字符奇偶校驗(yàn)碼。它是以字符為單位的校驗(yàn)方法。一個(gè)字符一般由一般由8位組成，低位組成，低7位是信息字符的位是信息字符的ASCII代碼，最高位是奇偶代碼，最高位是奇偶校驗(yàn)位，由于奇偶校驗(yàn)碼只需附加一位奇偶校驗(yàn)位編碼，效率較校驗(yàn)位，由于奇偶校驗(yàn)碼只需附加一位奇偶校驗(yàn)位編碼，效率較高，因而得到了廣泛的應(yīng)用。高，因而得到了廣泛的應(yīng)用。 (2

9、) 循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)碼。采用碼。采用CRC碼時(shí)，通常在信息長(zhǎng)碼時(shí)，通常在信息長(zhǎng)度為度為k位的二進(jìn)制序列之后，附加上位的二進(jìn)制序列之后，附加上r(r=n-k)位監(jiān)督位，組成一位監(jiān)督位，組成一個(gè)碼長(zhǎng)為個(gè)碼長(zhǎng)為n的循環(huán)碼。的循環(huán)碼。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.1.5 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 目前，普遍使用的傳輸介質(zhì)有同軸電纜、雙絞線、光纜，目前，普遍使用的傳輸介質(zhì)有同軸電纜、雙絞線、光纜，其他介質(zhì)如無(wú)線電、紅外線、微波等在其他介質(zhì)如無(wú)線電、紅外線、微波等在PLC網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用很少。網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用很少。其中雙絞線其中雙絞線(帶屏蔽帶屏蔽)成本低，安裝簡(jiǎn)單；光纜尺寸小，重量輕，成本低，安裝

10、簡(jiǎn)單；光纜尺寸小，重量輕，傳輸距離遠(yuǎn)，但成本高，安裝維修需專用儀器。具體性能比較傳輸距離遠(yuǎn)，但成本高，安裝維修需專用儀器。具體性能比較見(jiàn)表見(jiàn)表7.1。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)表表7.1 傳輸介質(zhì)性能比較傳輸介質(zhì)性能比較第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.1.6 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) 串行通信的連接接口與連線電纜是直觀可見(jiàn)的，它們的相互串行通信的連接接口與連線電纜是直觀可見(jiàn)的，它們的相互兼容是通信得以保證的第一要求。兼容是通信得以保證的第一要求。 1. RS-232C串行接口標(biāo)準(zhǔn)串行接口標(biāo)準(zhǔn) “RS”是英文是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)推薦標(biāo)準(zhǔn)”一詞的縮寫，一詞的縮寫，“232”是標(biāo)識(shí)

11、號(hào)，是標(biāo)識(shí)號(hào)，“C”表示此標(biāo)準(zhǔn)修改的次數(shù)。它既是一種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，又是一種電表示此標(biāo)準(zhǔn)修改的次數(shù)。它既是一種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，又是一種電氣標(biāo)準(zhǔn)。氣標(biāo)準(zhǔn)。PLC與上位計(jì)算機(jī)之間是通過(guò)與上位計(jì)算機(jī)之間是通過(guò)RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。的。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 1) 接口的機(jī)械特性接口的機(jī)械特性 RS-232C的標(biāo)準(zhǔn)接插件是的標(biāo)準(zhǔn)接插件是25針的針的D型連接器，頂行針編號(hào)型連接器，頂行針編號(hào)從左到右為從左到右為113，底行針編號(hào)從左到右為，底行針編號(hào)從左到右為1425。最簡(jiǎn)單的。最簡(jiǎn)單的通信只需通信只需3根引線，最多的也不過(guò)用到根引線，最多的也不過(guò)用到22根。所以在上位計(jì)算根。所

12、以在上位計(jì)算機(jī)與機(jī)與PLC的通信中，使用的連接器有的通信中，使用的連接器有25針的，也有針的，也有9針的。針的。 2) 接口的電氣特性接口的電氣特性 RS-232C采用負(fù)邏輯，規(guī)定邏輯采用負(fù)邏輯，規(guī)定邏輯“1”電平在電平在155 V范范圍內(nèi)，邏輯圍內(nèi)，邏輯“0”在在515 V范圍內(nèi)。這樣在線路上傳送的范圍內(nèi)。這樣在線路上傳送的電平可高達(dá)電平可高達(dá)12 V，較之小于，較之小于5 V的的TTL電平來(lái)說(shuō)有更強(qiáng)的電平來(lái)說(shuō)有更強(qiáng)的抗干擾性能。最大傳送距離為抗干擾性能。最大傳送距離為15 m(實(shí)際上可達(dá)約實(shí)際上可達(dá)約30 m)，最高，最高傳輸速率為傳輸速率為20 kb/s。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)

13、絡(luò) 3) RS-232的不足之處的不足之處 盡管盡管RS-232C是目前廣泛應(yīng)用的串行通信的接口，然而是目前廣泛應(yīng)用的串行通信的接口，然而RS-232還存在著一系列不足之處：還存在著一系列不足之處： (1) 傳送速率和距離有限；傳送速率和距離有限； (2) 沒(méi)有規(guī)定連接器，因而產(chǎn)生沒(méi)有規(guī)定連接器，因而產(chǎn)生25針不同的設(shè)計(jì)方案，這些針不同的設(shè)計(jì)方案，這些方案有時(shí)不兼容；方案有時(shí)不兼容； (3) 每根信號(hào)線只有一根導(dǎo)線、兩個(gè)傳送方向，僅有一根信每根信號(hào)線只有一根導(dǎo)線、兩個(gè)傳送方向，僅有一根信號(hào)地線，發(fā)送器與接收器之間存在潛在的地線回流不平衡的問(wèn)號(hào)地線，發(fā)送器與接收器之間存在潛在的地線回流不平衡的問(wèn)

14、題，可能在信號(hào)成分間產(chǎn)生干擾。題，可能在信號(hào)成分間產(chǎn)生干擾。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 2. RS-449及及RS-422A/423A標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 為了解決為了解決RS-232C標(biāo)準(zhǔn)中的不足，于標(biāo)準(zhǔn)中的不足，于1977年制定了年制定了RS-449標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。 RS-449標(biāo)準(zhǔn)定義了標(biāo)準(zhǔn)定義了RS-232C中所沒(méi)有的中所沒(méi)有的10種電路功能，規(guī)定種電路功能，規(guī)定用用37腳的連接器。實(shí)際上腳的連接器。實(shí)際上RS-449是將三種標(biāo)準(zhǔn)集于一身。是將三種標(biāo)準(zhǔn)集于一身。 EIA RS-422A標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電氣接口是差分平衡式的，它能在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電氣接口是差分平衡式的，它能在較長(zhǎng)的距離內(nèi)明顯地提高傳輸速率

15、，例如，較長(zhǎng)的距離內(nèi)明顯地提高傳輸速率，例如，1200 m的距離，速的距離，速率可以達(dá)到率可以達(dá)到100 kb/s，而在，而在12 m等較短的距離內(nèi)則可提高到等較短的距離內(nèi)則可提高到10 Mb/s。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 3. RS-485標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 在許多工業(yè)環(huán)境中，要求在許多工業(yè)環(huán)境中，要求用最少的信號(hào)用最少的信號(hào)連線來(lái)完成通信任連線來(lái)完成通信任務(wù)。目前廣泛應(yīng)用的務(wù)。目前廣泛應(yīng)用的RS-485串行接口總線正是適應(yīng)這種需要而串行接口總線正是適應(yīng)這種需要而出現(xiàn)的，它幾乎已經(jīng)在所有新設(shè)計(jì)的裝置或儀表中出現(xiàn)。出現(xiàn)的，它幾乎已經(jīng)在所有新設(shè)計(jì)的裝置或儀表中出現(xiàn)。RS-485實(shí)際上是實(shí)際上是R

16、S-422A的簡(jiǎn)化變形，它與的簡(jiǎn)化變形，它與RS-422A的不同之處在的不同之處在于：于：RS-422A支持全雙工通信，支持全雙工通信，RS-485僅支持半雙工通信僅支持半雙工通信。RS-485串行口在串行口在PLC局域網(wǎng)中應(yīng)用很普遍，如西門子局域網(wǎng)中應(yīng)用很普遍，如西門子S7系列系列PLC采采用的就是用的就是RS-485串行口。串行口。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.2 工業(yè)局域網(wǎng)基礎(chǔ)工業(yè)局域網(wǎng)基礎(chǔ)7.2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和局部網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和局部網(wǎng)絡(luò) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同且具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同且具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，由功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟

17、件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享。計(jì)機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，由功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信鏈路和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成。算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信鏈路和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成。 按所覆蓋的地域范圍大小，即通信距離遠(yuǎn)近，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可按所覆蓋的地域范圍大小，即通信距離遠(yuǎn)近，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為遠(yuǎn)程網(wǎng)、局域網(wǎng)和分布式多處理機(jī)三類。分為遠(yuǎn)程網(wǎng)、局域網(wǎng)和分布式多處理機(jī)三類。 決定局域網(wǎng)絡(luò)特性的主要技術(shù)有：用以傳輸數(shù)據(jù)的傳輸介質(zhì)，決定局域網(wǎng)絡(luò)特性的主要技術(shù)有：用以傳輸數(shù)據(jù)的傳輸介質(zhì)，用以連接各種設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用以共享資源的介質(zhì)訪問(wèn)控制方用以連接各種設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用以共享資源的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。法。第7章 可編程

18、序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 1. 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間連接方式的幾何抽象稱為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間連接方式的幾何抽象稱為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?Topology)。局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常有三種類型：星型、環(huán)型和總線型。局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常有三種類型：星型、環(huán)型和總線型。(c)(b)(a)圖圖7.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖(a) 星型；星型；(b) 環(huán)型；環(huán)型；(c) 總線型總線型第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 2. 介質(zhì)訪問(wèn)控制技術(shù)介質(zhì)訪問(wèn)控制技術(shù) 介質(zhì)訪問(wèn)控制是指對(duì)網(wǎng)絡(luò)通道占有權(quán)的管理和控制。局域介質(zhì)訪問(wèn)控制是指對(duì)網(wǎng)絡(luò)通道占有權(quán)的管理和控制。局域網(wǎng)絡(luò)上的信息交換方式有兩種：網(wǎng)絡(luò)上的信息交

19、換方式有兩種： 一種是線路交換，有固定的物理通道，如電話系統(tǒng)；一種是線路交換，有固定的物理通道，如電話系統(tǒng)； 第二種是第二種是“報(bào)文交換報(bào)文交換”或或“包交換包交換”。無(wú)固定的物理通道。無(wú)固定的物理通道。如果某節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，則通過(guò)其他通道把數(shù)據(jù)組送到目的節(jié)點(diǎn)。如果某節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，則通過(guò)其他通道把數(shù)據(jù)組送到目的節(jié)點(diǎn)。有些像傳遞郵包或電報(bào)的方式。有些像傳遞郵包或電報(bào)的方式。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 介質(zhì)訪問(wèn)控制主要有以下兩種方式：介質(zhì)訪問(wèn)控制主要有以下兩種方式： (1) 令牌傳送方式。這種方式對(duì)介質(zhì)訪問(wèn)的控制權(quán)是以令牌為令牌傳送方式。這種方式對(duì)介質(zhì)訪問(wèn)的控制權(quán)是以令牌為標(biāo)志的。只有得到令

20、牌的節(jié)點(diǎn)才有權(quán)控制和使用網(wǎng)絡(luò)，一般常用標(biāo)志的。只有得到令牌的節(jié)點(diǎn)才有權(quán)控制和使用網(wǎng)絡(luò)，一般常用總線型和環(huán)型結(jié)構(gòu)，尤以總線型和環(huán)型結(jié)構(gòu)，尤以“Token Bus”頗受工業(yè)界青睞。頗受工業(yè)界青睞。 (2) 爭(zhēng)用方式。這種方式允許網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)自由發(fā)送信息。爭(zhēng)用方式。這種方式允許網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)自由發(fā)送信息。但若兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送則會(huì)出現(xiàn)線路沖突，故需要加以約但若兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送則會(huì)出現(xiàn)線路沖突，故需要加以約束，目前常用的是束，目前常用的是CSMA/CD規(guī)約規(guī)約(以太網(wǎng)規(guī)約以太網(wǎng)規(guī)約)，這種控制方式在，這種控制方式在輕負(fù)載時(shí)優(yōu)點(diǎn)突出，控制分散，效率高，但重負(fù)載時(shí)沖突增加，輕負(fù)載時(shí)優(yōu)點(diǎn)突出，控

21、制分散，效率高，但重負(fù)載時(shí)沖突增加，則傳送效率大大降低。而令牌方式恰恰在重負(fù)載時(shí)效率高。則傳送效率大大降低。而令牌方式恰恰在重負(fù)載時(shí)效率高。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.2.2 通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)所有通信設(shè)備或站點(diǎn)來(lái)說(shuō)，它們?cè)谟?jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)所有通信設(shè)備或站點(diǎn)來(lái)說(shuō)，它們都要共享網(wǎng)絡(luò)中的資源。但是由于接到網(wǎng)上的設(shè)備或計(jì)算機(jī)可都要共享網(wǎng)絡(luò)中的資源。但是由于接到網(wǎng)上的設(shè)備或計(jì)算機(jī)可能出自不同的生產(chǎn)廠，型號(hào)也不盡相同，硬件和軟件上的差異能出自不同的生產(chǎn)廠，型號(hào)也不盡相同，硬件和軟件上的差異給通信帶來(lái)障礙。所以，一個(gè)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)必須有一套全網(wǎng)給通信帶來(lái)障礙。所

22、以，一個(gè)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)必須有一套全網(wǎng)“成員成員”共同遵守的約定，以便實(shí)現(xiàn)彼此通信和資源共享，通共同遵守的約定，以便實(shí)現(xiàn)彼此通信和資源共享，通常把這種約定稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。常把這種約定稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制定了信息處理領(lǐng)域內(nèi)最重要的標(biāo)準(zhǔn)，制定了信息處理領(lǐng)域內(nèi)最重要的標(biāo)準(zhǔn)，提出了開(kāi)放系統(tǒng)互連提出了開(kāi)放系統(tǒng)互連(OSI)的理由，下面對(duì)的理由，下面對(duì)OSI模型作簡(jiǎn)單介紹。模型作簡(jiǎn)單介紹。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 1. OSI模型結(jié)構(gòu)分層模型結(jié)構(gòu)分層 OSI按系統(tǒng)功能分為七層，每層都有相對(duì)的獨(dú)立功能，相對(duì)按系統(tǒng)功能分為七層，每層都有相對(duì)的獨(dú)立功能，相對(duì)的兩層之間有清晰

23、的接口，因而系統(tǒng)層次分明，便于設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)的兩層之間有清晰的接口，因而系統(tǒng)層次分明，便于設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和修改補(bǔ)充。和修改補(bǔ)充。OSI模型的低四層對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠的透明傳輸，模型的低四層對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠的透明傳輸，另外的高三層分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、解釋、轉(zhuǎn)換和利用。另外的高三層分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、解釋、轉(zhuǎn)換和利用。OSI參參考模型如圖考模型如圖7.5所示。所示。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)圖圖7.5 OSI參考模型參考模型H2 H3 H4 H5 H6 H7 數(shù)據(jù) T21. 物理層2. 數(shù)據(jù)鏈路層3. 網(wǎng)絡(luò)層4. 傳輸層5. 會(huì)話層6. 表示層7. 應(yīng)用層S1協(xié)議層S2H2 H3 H4 H5 H

24、6 H7 數(shù)據(jù)H3 H4 H5 H6 H7 數(shù)據(jù)H4 H5 H6 H7 數(shù)據(jù)H5 H6 H7 數(shù)據(jù)H6 H7 數(shù)據(jù)H7 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)H2H3H4H5H6H7數(shù)據(jù)T2H2H3H4H5H6H7數(shù)據(jù)T2H3H4H5H6H7數(shù)據(jù)H4H5H6H7數(shù)據(jù)H5H6H7數(shù)據(jù)H6H7數(shù)據(jù)H7數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)通信線路T21. 物理層2. 數(shù)據(jù)鏈路層3. 網(wǎng)絡(luò)層4. 傳輸層5. 會(huì)話層6. 表示層7. 應(yīng)用層第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 2. 物理層物理層(PL)協(xié)議協(xié)議 物理層是通信網(wǎng)上各設(shè)備之間的物理接口，直接把數(shù)據(jù)從一物理層是通信網(wǎng)上各設(shè)備之間的物理接口，直接把數(shù)據(jù)從一臺(tái)設(shè)備傳送到另一臺(tái)設(shè)備。物理層協(xié)議規(guī)定了以下四個(gè)

25、特性：臺(tái)設(shè)備傳送到另一臺(tái)設(shè)備。物理層協(xié)議規(guī)定了以下四個(gè)特性： (1) 機(jī)械特性。規(guī)定了連接器或插件的規(guī)格和安裝。機(jī)械特性。規(guī)定了連接器或插件的規(guī)格和安裝。 (2) 電氣特性。規(guī)定了傳輸線上數(shù)字信號(hào)的電平、傳輸距離和電氣特性。規(guī)定了傳輸線上數(shù)字信號(hào)的電平、傳輸距離和傳輸速率等。傳輸速率等。 (3) 功能特性。定義了連接器內(nèi)各插腳的功能。功能特性。定義了連接器內(nèi)各插腳的功能。 (4) 過(guò)程特性。規(guī)定了信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，以便正確地發(fā)送過(guò)程特性。規(guī)定了信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，以便正確地發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 3. 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層(DLL)協(xié)議協(xié)議 D

26、LL保證物理鏈路的可靠性，并提供建立和釋放鏈路的保證物理鏈路的可靠性，并提供建立和釋放鏈路的方法，它把發(fā)送的數(shù)據(jù)組成幀，進(jìn)行差錯(cuò)控制和介質(zhì)訪問(wèn)控制。方法，它把發(fā)送的數(shù)據(jù)組成幀，進(jìn)行差錯(cuò)控制和介質(zhì)訪問(wèn)控制。 4. 局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(LAN)協(xié)議協(xié)議 LAN的地理范圍較小，一般只有的地理范圍較小，一般只有100250 m，是得到廣泛，是得到廣泛使用的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。參照使用的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。參照OSI模型，模型，LAN采用總線型或環(huán)型采用總線型或環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，沒(méi)有中間交換點(diǎn)，不需要選擇路徑。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，沒(méi)有中間交換點(diǎn)，不需要選擇路徑。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)

27、總線技術(shù) 1. 概述概述 在傳統(tǒng)的自動(dòng)化工廠中，位于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的許多設(shè)備和裝置，在傳統(tǒng)的自動(dòng)化工廠中，位于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的許多設(shè)備和裝置，當(dāng)這些裝置和設(shè)備相距較遠(yuǎn)、分布較廣時(shí)，人們迫切需要一種可當(dāng)這些裝置和設(shè)備相距較遠(yuǎn)、分布較廣時(shí)，人們迫切需要一種可靠、快速、能經(jīng)受工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的低廉的通信總線，將分散于現(xiàn)靠、快速、能經(jīng)受工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的低廉的通信總線，將分散于現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備連接起來(lái)，對(duì)其實(shí)施監(jiān)控。現(xiàn)場(chǎng)總線場(chǎng)的各種設(shè)備連接起來(lái)，對(duì)其實(shí)施監(jiān)控。現(xiàn)場(chǎng)總線(Field Bus)就就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。是在這樣的背景下產(chǎn)生的。 現(xiàn)場(chǎng)總線是現(xiàn)場(chǎng)總線是“安裝在過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝在過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/儀表與控制

28、室內(nèi)儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置的自動(dòng)控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線據(jù)總線”。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 2. 現(xiàn)場(chǎng)總線的主要特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線的主要特點(diǎn) (1) 全數(shù)字化通信。只用一條通信電纜就可以將控制器與現(xiàn)場(chǎng)全數(shù)字化通信。只用一條通信電纜就可以將控制器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了檢錯(cuò)、糾錯(cuò)功能，提高了可靠性。設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了檢錯(cuò)、糾錯(cuò)功能，提高了可靠性。 (2) 可以實(shí)現(xiàn)徹底的分散性和分布性。可以實(shí)現(xiàn)徹底的分散性和分布性。 (3) 有較強(qiáng)的信息集成能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)故障、參數(shù)信息有較強(qiáng)的信息集成能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)故障、

29、參數(shù)信息的一體化傳送。的一體化傳送。 (4) 節(jié)省連接導(dǎo)線，降低安裝和維護(hù)費(fèi)用。節(jié)省連接導(dǎo)線，降低安裝和維護(hù)費(fèi)用。 (5) 具有互操作性和互換性。不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)具有互操作性和互換性。不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備都可以進(jìn)行互換。備都可以進(jìn)行互換。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 3. 現(xiàn)場(chǎng)總線的類型現(xiàn)場(chǎng)總線的類型 目前，國(guó)際上有多種現(xiàn)場(chǎng)總線的企業(yè)、集團(tuán)、國(guó)家和國(guó)際性目前，國(guó)際上有多種現(xiàn)場(chǎng)總線的企業(yè)、集團(tuán)、國(guó)家和國(guó)際性組織，并有相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)和配套的專用集成電路供用戶組織，并有相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)和配套的專用集成電路供用戶開(kāi)發(fā)產(chǎn)品。現(xiàn)今較流行的現(xiàn)場(chǎng)總線主要有：開(kāi)發(fā)產(chǎn)品?，F(xiàn)今較流行的

30、現(xiàn)場(chǎng)總線主要有： * 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(Foundation Fieldbus，F(xiàn)F) * 過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線(Process Field Bus，PROFIBUS) * 控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network，CAN)。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) PROFIBUS(過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線) PROFIBUS在世界市場(chǎng)上所占的份額高達(dá)在世界市場(chǎng)上所占的份額高達(dá)21.5，居于所，居于所有現(xiàn)場(chǎng)總線之首。有現(xiàn)場(chǎng)總線之首。 PROFIBUS是一種開(kāi)放式的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，由主站和從站是一種開(kāi)放式的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，由主站和從站組成，主站能夠控制

31、總線，當(dāng)主站獲得總線控制權(quán)后，可以主組成，主站能夠控制總線，當(dāng)主站獲得總線控制權(quán)后，可以主動(dòng)發(fā)送信息。從站通常為傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)器和變送器。動(dòng)發(fā)送信息。從站通常為傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)器和變送器。它們可以接收信號(hào)并給予響應(yīng)，但沒(méi)有控制總線的權(quán)力。當(dāng)主它們可以接收信號(hào)并給予響應(yīng)，但沒(méi)有控制總線的權(quán)力。當(dāng)主站發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，從站回送給主站相應(yīng)的信息。站發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，從站回送給主站相應(yīng)的信息。PROFIBUS除了除了支持這種主從模式外，還支持多主多從的模式。支持這種主從模式外，還支持多主多從的模式。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)PROFIBUS的組成。的組成。PROFIBUS包括包括3個(gè)相互兼容的部

32、分：個(gè)相互兼容的部分： PROFIBUS-DP(Distributed Periphery)。它可以用于。它可以用于PLC與與分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通信。分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通信。 PROFIBUS-PA(Process Automation)。它是專為過(guò)程自。它是專為過(guò)程自動(dòng)化所設(shè)計(jì)的協(xié)議，可用于安全性要求較高的場(chǎng)合。動(dòng)化所設(shè)計(jì)的協(xié)議，可用于安全性要求較高的場(chǎng)合。 PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)。可以。可以用于車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于用于車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于FMS而言，它考慮的主要是系統(tǒng)功而言，它考慮的主要是系統(tǒng)功能而不是響應(yīng)時(shí)間，能而不是響應(yīng)

33、時(shí)間，F(xiàn)MS通常用于大范圍、復(fù)雜的通信系統(tǒng)。通常用于大范圍、復(fù)雜的通信系統(tǒng)。 第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) (2) PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)。協(xié)議結(jié)構(gòu)。 PROFIBUS協(xié)議以協(xié)議以ISO/OSI參考模型為基礎(chǔ)，第參考模型為基礎(chǔ)，第1層為物理層為物理層，定義了物理的傳輸特性；第層，定義了物理的傳輸特性；第2層為數(shù)據(jù)鏈路層；第層為數(shù)據(jù)鏈路層；第36層層PROFIBUS未使用；第未使用；第7層為應(yīng)用層，定義了應(yīng)用的功能。這種層為應(yīng)用層，定義了應(yīng)用的功能。這種簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)確保了簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)確保了PROFIBUS -DP的快速、高效的數(shù)據(jù)傳輸。的快速、高效的數(shù)據(jù)傳輸。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)

34、絡(luò)7.3 西門子西門子PLC網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)代大型工業(yè)企業(yè)中，一般采用多級(jí)網(wǎng)絡(luò)的形式?？删幀F(xiàn)代大型工業(yè)企業(yè)中，一般采用多級(jí)網(wǎng)絡(luò)的形式。可編程序控制器制造商經(jīng)常用生產(chǎn)金字塔結(jié)構(gòu)來(lái)描述其產(chǎn)品可實(shí)程序控制器制造商經(jīng)常用生產(chǎn)金字塔結(jié)構(gòu)來(lái)描述其產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)的功能。這種金字塔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：上層負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理，現(xiàn)的功能。這種金字塔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：上層負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理，底層負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制，中間層負(fù)責(zé)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控與優(yōu)底層負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制，中間層負(fù)責(zé)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控與優(yōu)化。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織化。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)對(duì)企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)確立了初步的模對(duì)企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)確立了初步的模型，如圖型，如圖7. 6所示。所示。第7章 可編

35、程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)圖圖7.6 ISO企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)模型企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)模型企業(yè)長(zhǎng)期生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策規(guī)劃企業(yè)短期生產(chǎn)計(jì)劃及業(yè)務(wù)管理車間在線作業(yè)管理過(guò)程控制及 監(jiān) 控設(shè)備控制參數(shù)檢測(cè)與執(zhí)行器控制1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)5級(jí)6級(jí)管理控制第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.3.1 西門子西門子PLC網(wǎng)絡(luò)概述網(wǎng)絡(luò)概述 從從1997年開(kāi)始注冊(cè)商標(biāo)改為年開(kāi)始注冊(cè)商標(biāo)改為SIMATIC NET。它是一個(gè)對(duì)外。它是一個(gè)對(duì)外開(kāi)放的通信網(wǎng)絡(luò)，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。圖開(kāi)放的通信網(wǎng)絡(luò)，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。圖7.7為其生產(chǎn)金字塔為其生產(chǎn)金字塔ISO網(wǎng)絡(luò)模型。網(wǎng)絡(luò)模型。 西門子的西門子的PLC網(wǎng)絡(luò)是為滿足不同控制需要制定的，也為各網(wǎng)

36、絡(luò)是為滿足不同控制需要制定的，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)。滿足各種應(yīng)用需求的控制管理網(wǎng)絡(luò)。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)圖圖7.7 西門子的西門子的ISO網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型生產(chǎn)管理計(jì) 算 機(jī)工業(yè)以太網(wǎng)(Ethernet)S7-400S7-300S7-300現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS多點(diǎn)鏈路MPIS7-200S7-200S7-200S7-200智能模塊執(zhí)行器級(jí)總線AS-I過(guò)程監(jiān)控級(jí)傳感器及執(zhí)行部件n54321工廠與過(guò)程管理級(jí)公司管理級(jí)過(guò)程測(cè)量與控制級(jí)第7章 可編程序控制器的通信及

37、網(wǎng)絡(luò)表表7.2 西門子西門子PLC 網(wǎng)絡(luò)性能表網(wǎng)絡(luò)性能表第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.3.2 網(wǎng)絡(luò)部件網(wǎng)絡(luò)部件 1. 通信口通信口 西門子公司西門子公司PLC的的CPU模塊上的通信口是與模塊上的通信口是與RS-485兼容的兼容的9針針D型連接器，表型連接器，表7.3給出了通信口的引腳分配。給出了通信口的引腳分配。 2. 網(wǎng)絡(luò)連接器網(wǎng)絡(luò)連接器 利用西門子公司提供的兩種網(wǎng)絡(luò)連接器可以把多個(gè)設(shè)備很容利用西門子公司提供的兩種網(wǎng)絡(luò)連接器可以把多個(gè)設(shè)備很容易地連到網(wǎng)絡(luò)中。兩種連接器都有兩組螺釘端子，可以連接網(wǎng)易地連到網(wǎng)絡(luò)中。兩種連接器都有兩組螺釘端子，可以連接網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出。一種連接器僅提供連接

38、到絡(luò)的輸入和輸出。一種連接器僅提供連接到CPU的接口，而另的接口，而另一種連接器增加了一個(gè)編程器接口一種連接器增加了一個(gè)編程器接口(見(jiàn)圖見(jiàn)圖7.8)。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)表表7.3 S7系列系列CPU通信口引腳分配通信口引腳分配第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)圖圖7.8 網(wǎng)絡(luò)連接器網(wǎng)絡(luò)連接器 帶編程器接口的網(wǎng)絡(luò)連接器網(wǎng)絡(luò)連接器網(wǎng)絡(luò)連接器連接電纜ABABABABABABONOFFON第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 3. PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)電纜網(wǎng)絡(luò)電纜 表表7.4列出了列出了PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)電纜的總規(guī)范。表網(wǎng)絡(luò)電纜的總規(guī)范。表7.5列出了傳列出了傳輸速率與網(wǎng)絡(luò)段的最大電纜

39、長(zhǎng)度之間的關(guān)系。輸速率與網(wǎng)絡(luò)段的最大電纜長(zhǎng)度之間的關(guān)系。表表7.4 總規(guī)范總規(guī)范表表7.5 最大電纜長(zhǎng)度最大電纜長(zhǎng)度 第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 4. 網(wǎng)絡(luò)中繼器網(wǎng)絡(luò)中繼器 利用中繼器可以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)距離，增加接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，并利用中繼器可以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)距離，增加接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，并且提供了一個(gè)隔離不同網(wǎng)絡(luò)段的方法。波特率為且提供了一個(gè)隔離不同網(wǎng)絡(luò)段的方法。波特率為9600 b/s時(shí)，時(shí)，PROFIBUS允許一個(gè)網(wǎng)絡(luò)段最多有允許一個(gè)網(wǎng)絡(luò)段最多有32個(gè)設(shè)備，最長(zhǎng)距離是個(gè)設(shè)備，最長(zhǎng)距離是1200 m，每個(gè)中繼器允許給網(wǎng)絡(luò)增加另外，每個(gè)中繼器允許給網(wǎng)絡(luò)增加另外32個(gè)設(shè)備，最多可以使用個(gè)設(shè)備，最多可以使

40、用9個(gè)中繼器，網(wǎng)絡(luò)總長(zhǎng)度可增加至個(gè)中繼器，網(wǎng)絡(luò)總長(zhǎng)度可增加至9600 m。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.3.3 S7-300通信模塊通信模塊 S7-300有廣泛的應(yīng)用范圍，用有廣泛的應(yīng)用范圍，用MPI接口可構(gòu)成低成本的接口可構(gòu)成低成本的MPI網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上各網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上各S7 PLC間的數(shù)據(jù)共享。采用專用的通信處間的數(shù)據(jù)共享。采用專用的通信處理器模塊可組成不同層次的網(wǎng)絡(luò)，與理器模塊可組成不同層次的網(wǎng)絡(luò)，與S5/S7 PLC、外部設(shè)備或、外部設(shè)備或其它廠家的其它廠家的PLC進(jìn)行通信。進(jìn)行通信。 1. MPI接口接口 S7-300系列系列PLC的的CPU模塊內(nèi)置有模塊內(nèi)置有MPI接口，接口，

41、MPI網(wǎng)在內(nèi)網(wǎng)在內(nèi)置的置的S7協(xié)議協(xié)議(S7 Protocol)的支持下工作，在的支持下工作，在S7系統(tǒng)內(nèi)對(duì)編程器、系統(tǒng)內(nèi)對(duì)編程器、CPU和和I/O等進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)交換。等進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)交換。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 2. S7-300通信處理器模塊通信處理器模塊 1) CP340 CP340是一種經(jīng)濟(jì)型的串行通信處理器模塊，適合于點(diǎn)到點(diǎn)是一種經(jīng)濟(jì)型的串行通信處理器模塊，適合于點(diǎn)到點(diǎn)設(shè)備的連接。通過(guò)設(shè)備的連接。通過(guò)CP340不僅能實(shí)現(xiàn)不僅能實(shí)現(xiàn)S5/S7系列系列PLC的互連，而的互連，而且能與來(lái)自其它制造商的系統(tǒng)或設(shè)備互連。且能與來(lái)自其它制造商的系統(tǒng)或設(shè)備互連。 CP340通信模塊的技術(shù)

42、數(shù)據(jù)如下：通信模塊的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：(1) 一個(gè)一個(gè)RS-232C接口，信號(hào)對(duì)接口，信號(hào)對(duì)S7電源隔離；電源隔離；(2) 數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率(波特率波特率)：2.44.89.6 kb/s，可選；，可選；(3) 數(shù)據(jù)傳輸距離：數(shù)據(jù)傳輸距離：15 m；(4) 通信協(xié)議：通信協(xié)議：ASCII或或3964(R)。 第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 2) CP342-5 DP CP342-5 DP是為把是為把S7-300系列系列PLC連接到西門子連接到西門子SINEC L2網(wǎng)絡(luò)上而設(shè)計(jì)的成本優(yōu)化的通信模塊。它是一個(gè)智能化的通信網(wǎng)絡(luò)上而設(shè)計(jì)的成本優(yōu)化的通信模塊。它是一個(gè)智能化的通信模塊，能大大減輕模塊，

43、能大大減輕CPU的負(fù)擔(dān)，也支持很多其它通信電路。的負(fù)擔(dān)，也支持很多其它通信電路。 CP342-5 DP主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下：主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下： (1) 用戶存儲(chǔ)器用戶存儲(chǔ)器(Flash EPROM)128 KB； (2) SINEC L2 LAN標(biāo)準(zhǔn)符合標(biāo)準(zhǔn)符合DIN 19245； (3) RS-485傳輸方式，波特率為傳輸方式，波特率為9.61500 kb/s； (4) 可連接的設(shè)備數(shù)量達(dá)可連接的設(shè)備數(shù)量達(dá)127個(gè)。個(gè)。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.4 MPI網(wǎng)絡(luò)與全局?jǐn)?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)與全局?jǐn)?shù)據(jù)通信7.4.1 MPI網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 1. MPI網(wǎng)概述網(wǎng)概述 MPI用于連接多個(gè)不同的用于連接多個(gè)不同

44、的CPU或設(shè)備。或設(shè)備。MPI符合符合RS-485標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)，具有多點(diǎn)通信的性質(zhì)。不分段的具有多點(diǎn)通信的性質(zhì)。不分段的MPI網(wǎng)最多可以有網(wǎng)最多可以有32個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。 用用PG可以為設(shè)備分配需要的可以為設(shè)備分配需要的MPI地址，修改最高地址，修改最高M(jìn)PI地址。地址。在一個(gè)分支網(wǎng)絡(luò)中，在一個(gè)分支網(wǎng)絡(luò)中，MPI地址不能重復(fù)，并且不超過(guò)設(shè)定的最大地址不能重復(fù)，并且不超過(guò)設(shè)定的最大MPI地址；同一分支網(wǎng)中，所有的節(jié)點(diǎn)都應(yīng)設(shè)置相同最高地址；同一分支網(wǎng)中，所有的節(jié)點(diǎn)都應(yīng)設(shè)置相同最高M(jìn)PI地地址；為提高址；為提高M(jìn)PI網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通信速度，最高網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通信速度，最高M(jìn)PI地址應(yīng)當(dāng)較小。地址應(yīng)當(dāng)較小。第7

45、章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)2. MPI網(wǎng)組建網(wǎng)組建圖圖7.9 MPI網(wǎng)絡(luò)示意圖網(wǎng)絡(luò)示意圖S7-30065PGS7-3004S7-30031OPS7-300*2S7-30078OPS7-300910OPS7-30011PG*0* 用分支線連接僅用于啟動(dòng)/維護(hù)* 也可接到MPI網(wǎng)絡(luò)上0，1，x為節(jié)點(diǎn)的MPI地址第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 連接連接MPI網(wǎng)絡(luò)時(shí)常用到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)部件：網(wǎng)絡(luò)插頭和網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)時(shí)常用到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)部件：網(wǎng)絡(luò)插頭和網(wǎng)絡(luò)中繼器，網(wǎng)絡(luò)插頭分為兩種，一種帶繼器，網(wǎng)絡(luò)插頭分為兩種，一種帶PG接口，一種不帶接口，一種不帶PG接口。接口。為了保證網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)插頭或中繼器上都設(shè)計(jì)

46、了終端匹為了保證網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)插頭或中繼器上都設(shè)計(jì)了終端匹配電阻。配電阻。 對(duì)于對(duì)于MPI網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)間的連接距離是有限制的，從第一個(gè)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)間的連接距離是有限制的，從第一個(gè)節(jié)點(diǎn)到最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)最長(zhǎng)距離僅為點(diǎn)到最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)最長(zhǎng)距離僅為50 m，對(duì)于一個(gè)要求較大區(qū)域的，對(duì)于一個(gè)要求較大區(qū)域的信號(hào)傳輸或分散控制的系統(tǒng)，采用兩個(gè)中繼器可以將兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)傳輸或分散控制的系統(tǒng)，采用兩個(gè)中繼器可以將兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離增大到距離增大到1000 m，但是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間不應(yīng)再有其它節(jié)點(diǎn)。如圖，但是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間不應(yīng)再有其它節(jié)點(diǎn)。如圖7.10所示。所示。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)圖圖7.10 采用中繼器延長(zhǎng)

47、網(wǎng)絡(luò)連接距離采用中繼器延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)連接距離S7-300 50 mRS-485轉(zhuǎn)發(fā)器1000 mSINEC L2 LAN電纜50 m第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.4.2 全局?jǐn)?shù)據(jù)通信全局?jǐn)?shù)據(jù)通信 全局?jǐn)?shù)據(jù)全局?jǐn)?shù)據(jù)(GD)通信方式以通信方式以MPI分支網(wǎng)為基礎(chǔ)，是為循環(huán)地傳送分支網(wǎng)為基礎(chǔ)，是為循環(huán)地傳送少量數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的。少量數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的。GD通信方式僅限于同一分支網(wǎng)的通信方式僅限于同一分支網(wǎng)的S7系列系列PLC的的CPU之間，在一個(gè)之間，在一個(gè)MPI分支網(wǎng)絡(luò)中，最多有分支網(wǎng)絡(luò)中，最多有5個(gè)個(gè)CPU能通過(guò)能通過(guò)GD通通信交換數(shù)據(jù)。信交換數(shù)據(jù)。 1. GD通信原理通信原理 在在MPI分支網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)全

48、局?jǐn)?shù)據(jù)共享的至少有一個(gè)是數(shù)據(jù)的發(fā)分支網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)全局?jǐn)?shù)據(jù)共享的至少有一個(gè)是數(shù)據(jù)的發(fā)送方，有一個(gè)或多個(gè)是數(shù)據(jù)的接收方。發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)稱為全送方，有一個(gè)或多個(gè)是數(shù)據(jù)的接收方。發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)稱為全局?jǐn)?shù)據(jù)局?jǐn)?shù)據(jù) (GD塊塊)。 在在PLC操作系統(tǒng)的作用下，發(fā)送操作系統(tǒng)的作用下，發(fā)送CPU在它的掃在它的掃描循環(huán)的末尾發(fā)送描循環(huán)的末尾發(fā)送GD，接收，接收CPU在它的掃描循環(huán)的開(kāi)頭接收在它的掃描循環(huán)的開(kāi)頭接收GD。形成了全局?jǐn)?shù)據(jù)通信。形成了全局?jǐn)?shù)據(jù)通信。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò) 2. GD通信的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通信的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 全局?jǐn)?shù)據(jù)可以由位、字節(jié)、字、雙字或相關(guān)數(shù)組組成，它們?nèi)謹(jǐn)?shù)據(jù)可以由位、字節(jié)、字、

49、雙字或相關(guān)數(shù)組組成，它們被稱為全局?jǐn)?shù)據(jù)的元素。被稱為全局?jǐn)?shù)據(jù)的元素。 一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)塊一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)塊(GD塊塊)由一個(gè)或幾個(gè)由一個(gè)或幾個(gè)GD元素組成，最多不元素組成，最多不能超過(guò)能超過(guò)24 B。例如，一個(gè)。例如，一個(gè)GD塊定義了如下塊定義了如下GD元素：元素：* 4個(gè)字長(zhǎng)的數(shù)組，占個(gè)字長(zhǎng)的數(shù)組，占10 B。* 1個(gè)單獨(dú)的雙宇，占個(gè)單獨(dú)的雙宇，占6 B。以上定義了總計(jì)以上定義了總計(jì)16 B長(zhǎng)的長(zhǎng)的GD通信數(shù)據(jù)塊。通信數(shù)據(jù)塊。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)7.5 S7系列系列PLC與其他計(jì)算機(jī)的通信與其他計(jì)算機(jī)的通信7.5.1 CP340的工作原理的工作原理 CP340通信處理器模塊有一個(gè)通信處

50、理器模塊有一個(gè)RS-232C串行通信接口，它使串行通信接口，它使S7-300 PLC能與通信伙伴以點(diǎn)到點(diǎn)通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。任能與通信伙伴以點(diǎn)到點(diǎn)通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。任何具有何具有RS-232C接口的設(shè)備都可以成為通信伙伴，一般這里稱它接口的設(shè)備都可以成為通信伙伴，一般這里稱它們?yōu)橛?jì)算機(jī)。們?yōu)橛?jì)算機(jī)。 CP340是是PLC與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的橋梁和紐帶，如圖與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的橋梁和紐帶，如圖7.11所示。所示。CP340模塊上的處理器既受控制又有自主性，它根據(jù)模塊上的處理器既受控制又有自主性，它根據(jù)CPU模塊的命令自主管理串行口的收發(fā)工作。模塊的命令自主管理串行口的收發(fā)工作。第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)圖圖7.11 CP340連接連接S7-300CPUCP340RS-232CSMSM背板總線計(jì)算機(jī)第7章 可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)1. CPU模塊與模塊與CP340 CP340模塊上有接收緩沖存儲(chǔ)器和發(fā)送緩沖存儲(chǔ)器，依靠接收模塊上有接收緩沖存儲(chǔ)器和發(fā)送緩沖存儲(chǔ)器，依靠接收