PLC的通信方法

1、PLC的通信方法1通信方法一通信的類別在旦£及英網(wǎng)絡(luò)中存在兩類通信：一類是并行通信,另一類是串行通信,并行通信一般 發(fā)生在可編程序控制器的內(nèi)部，它指的是多處理器PLC中多臺處理器之間的通信，以及PLC 中CPU單元與智能模板的CPU之間的通信。前者是在協(xié)處理器的控制與管理下，通過共享存 儲區(qū)實現(xiàn)多處理器之間的數(shù)據(jù)交換；后者則是經(jīng)過背板總線（公用總線）通過雙口 RAM實現(xiàn) 通信。PLC的并行通信由于發(fā)生在PLC內(nèi)部，對應(yīng)用設(shè)計人員不必多加研究，重要的是了解 PLC網(wǎng)絡(luò)中的串行通信。2通信方法的含義網(wǎng)絡(luò)是由幾級子網(wǎng)復(fù)合而成，每級子網(wǎng)中都配置不同的協(xié)議，其中大部分是各公司的 專用通信協(xié)議。

2、各級子網(wǎng)的通信過程是由通信協(xié)議決泄的，從根本上講，要搞淸楚某級子網(wǎng)的通信就 必須徹底剖析它采用的通信協(xié)議，這個工作量很大，更何況大多數(shù)又都是各個公司的專用 協(xié)議，繁瑣的協(xié)議規(guī)左常會掩蓋問題的本質(zhì)，通常會遇到這樣的情況：兩個公司的兩種專 用協(xié)議，從協(xié)議的規(guī)定、幀格式等表而現(xiàn)象看可能有明顯得不同，然而他們關(guān)于如何實現(xiàn) 通信的思路卻極為相似，如岀一轍：抓住他們的同一性，就會把表面上孤立無關(guān)的事務(wù)串 聯(lián)起來，正是基于這樣一種思想，我們引入了 “通信方法”這一概念.網(wǎng)絡(luò)的各級子網(wǎng)無論采用總線結(jié)構(gòu)、還是環(huán)形結(jié)構(gòu)，他的通信介質(zhì)是共享資源。掛在 共享介質(zhì)上的各站要想通信，首先要解決共享通信介質(zhì)使用權(quán)的分配問題

3、，這就是常說的 存取控制或稱訪問控制。一個站取得了通信介質(zhì)使用權(quán)，并不等用完成了通信過程，還有怎樣傳送數(shù)據(jù)的問題， 這就是常說的數(shù)據(jù)傳送方式，比如說采用的數(shù)據(jù)傳送方式是否先建立一種邏輯連接，然后 再傳送？所采用的數(shù)據(jù)傳送方式發(fā)給對方的數(shù)據(jù)是否要對方應(yīng)答？發(fā)出去的數(shù)據(jù)是由一個 站收，或者多個站收，還是全體接收？諸如此類就是所謂的數(shù)據(jù)傳送方式。這里所謂的通信方法就是存取控制方式+數(shù)據(jù)傳送方式。本來存取控制方式與數(shù)據(jù)傳 送方式都是通信協(xié)議有關(guān)層次的內(nèi)容，這里專門把他們抽出來加以介紹。是因為用它們來 描述一種通信過程與人們意念上有關(guān)的概念非常接近。對于局域網(wǎng)來說，存取控制方式與 數(shù)據(jù)傳送方式是其通信協(xié)

4、議最核心的內(nèi)容。3工業(yè)局域網(wǎng)實時性的含義工業(yè)局域網(wǎng)對實時性是有要求的，各級子網(wǎng)對實時性的的要求不同，通常越靠底層的 子網(wǎng)對實時性要求越髙，越靠近上層的子網(wǎng)對實時性的要求越低。實時性通常采用響應(yīng)時間來立量描述。響應(yīng)時間是指某一系統(tǒng)對輸入作出響應(yīng)所需的 時間，以ms、s、min, h為計量單位。u向應(yīng)時間很短，就標(biāo)志著系統(tǒng)的實時性越好。PLC網(wǎng)絡(luò)中，站通過通信子網(wǎng)互聯(lián)在一起，當(dāng)某站對子網(wǎng)請求通信時，它對響應(yīng)是 時間是有要求的，不同站對實時性的要求可能不同，同一站不同通信任務(wù)對實時性的要求 也可能不同。一項通信任務(wù)的實時性得到滿足是指其響應(yīng)時間小于規(guī)定的時限：一個站的 實時性合乎要求是指該站提出的所

5、有通信任務(wù)在指左的時限內(nèi)都能獲得響應(yīng)。整個通信子 網(wǎng)的實時性符合要求是指分布在子網(wǎng)上每一個站的每項通信任務(wù)的實時性均得到保證。要保證PLC網(wǎng)絡(luò)的實時性必須滿足下列三個時間約朿條件：1、必須限左每個站每次取得通信權(quán)的時間上限制，以防止某一站長時間霸占子網(wǎng)而 導(dǎo)致其他各站實時性惡化。2、應(yīng)當(dāng)保證在某一固左的時間周期內(nèi)，通信子網(wǎng)上的每個站都有機(jī)會取得通信權(quán)， 這將為每個站提供基本實時性。3、對于重要的站可優(yōu)先服務(wù)，對某項緊急通信任務(wù)應(yīng)當(dāng)給予優(yōu)先處理，應(yīng)當(dāng)可以用 靜態(tài)（固N(yùn)）的方式賦予某站以較髙的優(yōu)先權(quán)，應(yīng)當(dāng)可以用動態(tài)（臨時）方式賦予某些緊 急任務(wù)以較高的優(yōu)先權(quán)。PLC網(wǎng)絡(luò)的實時性首先是由它所選用的存

6、取控制方式來保證的。此外提高實時性還可 以通過減少通信協(xié)議的層數(shù)來實現(xiàn)，一般靠近底層的子網(wǎng)采用只包含3層通信協(xié)議的他塌 縮結(jié)構(gòu)。這正是為了提髙實時性。另外選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)傳送方式對于提高實時性有明顯的 效果，發(fā)送數(shù)據(jù)要求對方答應(yīng)，比無應(yīng)答服務(wù)慢的多，要求連接又要有應(yīng)答的服務(wù)則更慢, 而廣播式通信最快。當(dāng)然不能只考慮實時性，還要考慮可靠性。發(fā)送區(qū)的數(shù)據(jù)在PLC網(wǎng)絡(luò)上廣播,PLC1,PLC3接收到后把它接收下來存入各自的2#接收區(qū)中， PLC3把3#發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)在PLC網(wǎng)上廣播，PLCI, PLC2把它接收下來存入各自的3#接收區(qū)中。顯然通過上述廣播通信過程，PLCI, PLC2, PLC3的各區(qū)中數(shù)

7、據(jù)是相同的，這個過程稱為 等值變化過程，通過等值化通信使得PLC網(wǎng)絡(luò)中的每臺PLC區(qū)中的數(shù)據(jù)保持一致。它既包含 著自己送出去的數(shù)據(jù)，也包含著其它PLC送來的數(shù)據(jù)。由于每臺PLC區(qū)大小一樣，占用的地 址段相同，每臺PLC只要訪問自己的區(qū)，就等于訪問了其它PLC的區(qū)，也就相當(dāng)與其他PLC 交換了數(shù)據(jù)。這樣區(qū)就變成了名副英實的共享存儲，共享區(qū)成為各PLC交換數(shù)據(jù)的中介。當(dāng)然這里的共享存儲區(qū)與并行總線的共享存儲區(qū)在結(jié)構(gòu)上有些差別，它把物理上分布在 各站的區(qū)，通過等值化通信使英好像重疊在一起，在邏輯上變成一個存儲區(qū)，大小與一個區(qū) 一樣，這種共享存儲區(qū)稱為串行共享存儲區(qū)。區(qū)可以采用異步方式刷新（等值化），

8、也可以采用同步方式刷新。異步方式刷新與PLC 中用戶程序無關(guān)，由各PLC所帶的通信處理器按順序進(jìn)行廣播通信，周而復(fù)始，使苴所有區(qū) 保持等值化，同步方式刷新是由用戶程序中對區(qū)的發(fā)送指令啟動一次刷新，這種方式只有當(dāng) 區(qū)的發(fā)送數(shù)據(jù)變化時才刷新（等值化），這樣事半功倍。全局I/O方式中的區(qū)是從PLC的I/O區(qū)劃分出來的，經(jīng)過等值化通信變成所有PLC共享 （全局共享），因此稱為“全局I/O方式”。這種方式下PLC直接用讀寫指令對區(qū)進(jìn)行讀寫 操作，簡單、方便、快速，但應(yīng)注意在一臺PLC中對某地址的寫操作在其他PLC中對同一地 址只能進(jìn)行讀操作。與周期I/O方式一樣，全局I/O方式也要占用PLC的I/O區(qū)，

9、因而這適 用于少量數(shù)據(jù)的通信。PLC1PLC2璉接區(qū)1 #接收區(qū)2#發(fā)迸區(qū)3#接收區(qū)圖1全局I/O方式的工作原理4.3主從總線通信方式主從總線通信方式又稱為1：N通信方式，這是在PLC通信網(wǎng)絡(luò)上采用的一種通信方式。 在總線結(jié)構(gòu)的PLC子網(wǎng)上有N個站，其中只有一個主站，其他皆是從站，也就是因為這個原 因主從總線通信方式又稱為1：N通信方式。主從總線通信方式采用集中式存取控制技術(shù)分配總線使用權(quán)，通常采用輪詢表法，所謂 輪詢表是一X從機(jī)號排列順序表，該表配置在主站中，主站按照輪詢表的排列順序?qū)恼具M(jìn) 行詢問，看它是否使用總線，從而達(dá)到分配總線使用權(quán)的目的。為了保證實時性，要求輪詢表包含每個從站號不能

10、少于一次，這樣在周期輪詢時，每個 從站在一個周期中至少有一次機(jī)會取得總線使用權(quán)，從而保證了每個站的基本實時性，對于 實時性要求比較髙的站，可以在輪詢表中讓苴從機(jī)號多現(xiàn)幾次，這樣就用靜態(tài)的方式，賦予 該站較髙的通信優(yōu)先權(quán)。在有些主從總線中輪詢表法與中斷法結(jié)合使用，讓緊急任務(wù)可以打 斷正常的周期輪詢而插入，獲得優(yōu)先服務(wù)，這就是用動態(tài)賦予某項緊急任務(wù)以較髙優(yōu)先權(quán)。存取控制只解決了誰使用總線的問題，獲得總線的從站還有如何使用總線的問題，即采 用什么樣的數(shù)據(jù)傳送方式。主從總線通信方式中有兩種基本的數(shù)據(jù)傳送方式，一種是只允許 主從通信，不允許從從通信，從站與從站要交換數(shù)據(jù)，必須經(jīng)主站中轉(zhuǎn)。另一種是既允許主

11、 從通信也允許從從通信，從站獲得總線使用權(quán)后安排主從通信，再安排自己與苴他從站（即 從從）之間的通信。4.4令牌總線通信方式令牌總線通信方式又稱為N： N通信方式是指在總線結(jié)構(gòu)的PLC子網(wǎng)上有N個站，它們 地位平等沒有主站與從站之分，也可以說N個站都是主站。N： N通信方式采用令牌總線存取控制技術(shù)。在物理總線上組成一個邏輯環(huán)，讓一個令 牌在邏輯環(huán)中按一立方向依次流動，獲得令牌的站就取得了總線使用權(quán)。令牌總線存取控制 方式限定每個站的令牌持有時間，保證在令牌循環(huán)一周時每個站都有機(jī)會獲得總線使用權(quán)， 并提供優(yōu)先級服務(wù)，因此令牌總線存取控制方式具有較好的實時性。取得令牌的站有兩種數(shù)據(jù)傳送方式，即無應(yīng)

12、答數(shù)據(jù)傳送方式和有應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式。采 用無應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式時，取得令牌的站可以立即向目的站發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送結(jié)朿，通信過程 也就完成了：而采用有應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式時，取得令牌的站向目的站發(fā)送完數(shù)據(jù)后并不算通 信完成，必須等目的站獲得令牌并把應(yīng)答幀發(fā)給發(fā)送站后，整個通信過程才結(jié)朿。后者比前 者的響應(yīng)時間明顯增長，實時性下降。有些令牌總線型PLC網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳送方式固左為一種, 有些則可由用戶選擇。4.5浮動主站通信方式浮動主站通信方式又稱N： M通信方式，適用于總線結(jié)構(gòu)的PLC網(wǎng)絡(luò)，是指在總線上有 M個站，其中N (NVM=個為主站，其余為從站。N： H通信方式采用令牌總線與主從總線相結(jié)合的存取控制技

13、術(shù)。首先把N個主站組成 邏輯環(huán)，通過令牌在邏輯環(huán)中依次流動，在N個主站之間分配總線使用權(quán)，這就是浮動主站 的含義。獲得總線使用權(quán)的主站再按照主從方式來確怎在自己的令牌持有時間內(nèi)與哪些站通 信。 一般在主站中配置有一 X輪詢表，可按輪詢表上排列的其它主站號及從站號進(jìn)行輪 詢。獲得令牌的主站對于用戶隨機(jī)提岀的通信任務(wù)可按優(yōu)先級安排在輪詢之前或之后進(jìn)行。獲得總線使用權(quán)的主站可以采用多種數(shù)據(jù)傳送方式與目的站通信，英中以無應(yīng)答無連接 方式速度最快。4.6 CSMA/CD通信方式CSMA/CD通信方式是一種隨機(jī)通信方式，適用于總線結(jié)構(gòu)的PLC網(wǎng)絡(luò)，總線上各站地位 平等，沒有主從之分，采用CSMA/CD存取

14、控制方式，即“先聽后講，邊講邊聽”。CSMA/CD存取控制方式不能保i正在一定時間周期內(nèi)，PLC網(wǎng)絡(luò)上每個站都可獲得總線使 用權(quán)，因此這是一種不能保證實時性的存取控制方式。但是它采用隨機(jī)方式，方法簡單，而 且見縫插針，只要總線空閑就搶著上網(wǎng)，通信資源利用率高，因而在PLC網(wǎng)絡(luò)中CSMA/CD 通信法適用于上層生產(chǎn)管理子網(wǎng)。CSMA/CD通信方式的數(shù)據(jù)傳送方式可以選用有連接、無連接、有應(yīng)答、無應(yīng)答及廣播通 信中的每一種，可按對通信速度及可靠性的要求進(jìn)行選擇。4.7令牌環(huán)通信方式有少量的PLC網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其存取控制采用令牌法，具有較好的實時性。圖1表示了令牌工作過程及其幀結(jié)構(gòu)。(a)令牌

15、環(huán)皙停位目的地址源地址控制信息DATA差諸檢驗ACK令牌(b)幀結(jié)構(gòu)圖(令牌環(huán)通信方式)在圖(a)中，令牌在物理環(huán)中按箭頭指向，一站接一站的傳送，獲得令牌的站才有權(quán) 發(fā)送數(shù)據(jù)，設(shè)B站要向D站發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)令牌傳送到B站時,B站把令牌變?yōu)闀和ＷC，然后 把待發(fā)送數(shù)據(jù)按圖(b)表示的格式加在暫停證后面從B站發(fā)送出去，最后再加上令牌一起 發(fā)往C站。此幀信息經(jīng)C站中轉(zhuǎn)后到達(dá)D站，D站把自己的本站地址與幀格式中目的地址相 比較，發(fā)現(xiàn)兩者相同，表明此幀信息事發(fā)給D站的，然后對此幀信息作差錯校驗，并把校驗 結(jié)果以肯圧應(yīng)答或否泄應(yīng)答填在ACK段中。同時把此幀信息復(fù)制下來，再把帶有應(yīng)答的幀繼 續(xù)向下傳送，經(jīng)A站中轉(zhuǎn)到達(dá)B站。B站用自己的本站地址與幀中源地址相比較，發(fā)現(xiàn)兩者 相同，表明此幀是自己發(fā)出的，再檢查ACK段。若為否泄應(yīng)答，要有組織重發(fā)，若為肯泄應(yīng) 答，則耙此幀從環(huán)上吸收掉