PLC的通信方法

1、PLC的通信方法1通信方法一通信的類(lèi)別在旦£及英網(wǎng)絡(luò)中存在兩類(lèi)通信：一類(lèi)是并行通信,另一類(lèi)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(tái)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(guò)共享存 儲(chǔ)區(qū)實(shí)現(xiàn)多處理器之間的數(shù)據(jù)交換；后者則是經(jīng)過(guò)背板總線（公用總線）通過(guò)雙口 RAM實(shí)現(xiàn) 通信。PLC的并行通信由于發(fā)生在PLC內(nèi)部，對(duì)應(yīng)用設(shè)計(jì)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(jí)子網(wǎng)復(fù)合而成，每級(jí)子網(wǎng)中都配置不同的協(xié)議，其中大部分是各公司的 專(zhuān)用通信協(xié)議。

2、各級(jí)子網(wǎng)的通信過(guò)程是由通信協(xié)議決泄的，從根本上講，要搞淸楚某級(jí)子網(wǎng)的通信就 必須徹底剖析它采用的通信協(xié)議，這個(gè)工作量很大，更何況大多數(shù)又都是各個(gè)公司的專(zhuān)用 協(xié)議，繁瑣的協(xié)議規(guī)左常會(huì)掩蓋問(wèn)題的本質(zhì)，通常會(huì)遇到這樣的情況：兩個(gè)公司的兩種專(zhuān) 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(shí)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(huì)把表面上孤立無(wú)關(guān)的事務(wù)串 聯(lián)起來(lái)，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(jí)子網(wǎng)無(wú)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(wèn)題

3、，這就是常說(shuō)的 存取控制或稱(chēng)訪問(wèn)控制。一個(gè)站取得了通信介質(zhì)使用權(quán)，并不等用完成了通信過(guò)程，還有怎樣傳送數(shù)據(jù)的問(wèn)題， 這就是常說(shuō)的數(shù)據(jù)傳送方式，比如說(shuō)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(duì)方的數(shù)據(jù)是否要對(duì)方應(yīng)答？發(fā)出去的數(shù)據(jù)是由一個(gè) 站收，或者多個(gè)站收，還是全體接收？諸如此類(lèi)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(lái)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(zhuān)門(mén)把他們抽出來(lái)加以介紹。是因?yàn)橛盟鼈儊?lái) 描述一種通信過(guò)程與人們意念上有關(guān)的概念非常接近。對(duì)于局域網(wǎng)來(lái)說(shuō)，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(shí)時(shí)性的含義工業(yè)局域網(wǎng)對(duì)實(shí)時(shí)性是有要求的，各級(jí)子網(wǎng)對(duì)實(shí)時(shí)性的的要求不同，通常越靠底層的 子網(wǎng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求越髙，越靠近上層的子網(wǎng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求越低。實(shí)時(shí)性通常采用響應(yīng)時(shí)間來(lái)立量描述。響應(yīng)時(shí)間是指某一系統(tǒng)對(duì)輸入作出響應(yīng)所需的 時(shí)間，以ms、s、min, h為計(jì)量單位。u向應(yīng)時(shí)間很短，就標(biāo)志著系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性越好。PLC網(wǎng)絡(luò)中，站通過(guò)通信子網(wǎng)互聯(lián)在一起，當(dāng)某站對(duì)子網(wǎng)請(qǐng)求通信時(shí)，它對(duì)響應(yīng)是 時(shí)間是有要求的，不同站對(duì)實(shí)時(shí)性的要求可能不同，同一站不同通信任務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求 也可能不同。一項(xiàng)通信任務(wù)的實(shí)時(shí)性得到滿(mǎn)足是指其響應(yīng)時(shí)間小于規(guī)定的時(shí)限：一個(gè)站的 實(shí)時(shí)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(shí)限內(nèi)都能獲得響應(yīng)。整個(gè)通信子 網(wǎng)的實(shí)時(shí)性符合要求是指分布在子網(wǎng)上每一個(gè)站的每項(xiàng)通信任務(wù)的實(shí)時(shí)性均得到保證。要保證PLC網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性必須滿(mǎn)足下列三個(gè)時(shí)間約朿條件：1、必須限左每個(gè)站每次取得通信權(quán)的時(shí)間上限制，以防止某一站長(zhǎng)時(shí)間霸占子網(wǎng)而 導(dǎo)致其他各站實(shí)時(shí)性惡化。2、應(yīng)當(dāng)保證在某一固左的時(shí)間周期內(nèi)，通信子網(wǎng)上的每個(gè)站都有機(jī)會(huì)取得通信權(quán)， 這將為每個(gè)站提供基本實(shí)時(shí)性。3、對(duì)于重要的站可優(yōu)先服務(wù)，對(duì)某項(xiàng)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(dòng)態(tài)（臨時(shí)）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(shí)時(shí)性首先是由它所選用的存

6、取控制方式來(lái)保證的。此外提高實(shí)時(shí)性還可 以通過(guò)減少通信協(xié)議的層數(shù)來(lái)實(shí)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(shí)時(shí)性。另外選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)傳送方式對(duì)于提高實(shí)時(shí)性有明顯的 效果，發(fā)送數(shù)據(jù)要求對(duì)方答應(yīng)，比無(wú)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(shí)時(shí)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(lái)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(lái)存入各自的3#接收區(qū)中。顯然通過(guò)上述廣播通信過(guò)程，PLCI, PLC2, PLC3的各區(qū)中數(shù)

7、據(jù)是相同的，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為 等值變化過(guò)程，通過(guò)等值化通信使得PLC網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)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(lái)的數(shù)據(jù)。由于每臺(tái)PLC區(qū)大小一樣，占用的地 址段相同，每臺(tái)PLC只要訪問(wèn)自己的區(qū)，就等于訪問(wèn)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(shí)的共享存儲(chǔ)，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(chǔ)區(qū)與并行總線的共享存儲(chǔ)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(guò)等值化通信使英好像重疊在一起，在邏輯上變成一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，大小與一個(gè)區(qū) 一樣，這種共享存儲(chǔ)區(qū)稱(chēng)為串行共享存儲(chǔ)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(hù)程序無(wú)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(hù)程序中對(duì)區(qū)的發(fā)送指令啟動(dòng)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(shí)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(lái)的，經(jīng)過(guò)等值化通信變成所有PLC共享 （全局共享），因此稱(chēng)為“全局I/O方式”。這種方式下PLC直接用讀寫(xiě)指令對(duì)區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě) 操作，簡(jiǎn)單、方便、快速，但應(yīng)注意在一臺(tái)PLC中對(duì)某地址的寫(xiě)操作在其他PLC中對(duì)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(chēng)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(gè)站，其中只有一個(gè)主站，其他皆是從站，也就是因?yàn)檫@個(gè)原 因主從總線通信方式又稱(chēng)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(xún)表法，所謂 輪詢(xún)表是一X從機(jī)號(hào)排列順序表，該表配置在主站中，主站按照輪詢(xún)表的排列順序?qū)恼具M(jìn) 行詢(xún)問(wèn)，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(shí)時(shí)性，要求輪詢(xún)表包含每個(gè)從站號(hào)不能

10、少于一次，這樣在周期輪詢(xún)時(shí)，每個(gè) 從站在一個(gè)周期中至少有一次機(jī)會(huì)取得總線使用權(quán)，從而保證了每個(gè)站的基本實(shí)時(shí)性，對(duì)于 實(shí)時(shí)性要求比較髙的站，可以在輪詢(xún)表中讓苴從機(jī)號(hào)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(xún)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(xún)而插入，獲得優(yōu)先服務(wù)，這就是用動(dòng)態(tài)賦予某項(xiàng)緊急任務(wù)以較髙優(yōu)先權(quán)。存取控制只解決了誰(shuí)使用總線的問(wèn)題，獲得總線的從站還有如何使用總線的問(wèn)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(chēng)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(gè)站，它們 地位平等沒(méi)有主站與從站之分，也可以說(shuō)N個(gè)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(gè)邏輯環(huán)，讓一個(gè)令 牌在邏輯環(huán)中按一立方向依次流動(dòng)，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(gè)站的令牌持有時(shí)間，保證在令牌循環(huán)一周時(shí)每個(gè)站都有機(jī)會(huì)獲得總線使用權(quán)， 并提供優(yōu)先級(jí)服務(wù)，因此令牌總線存取控制方式具有較好的實(shí)時(shí)性。取得令牌的站有兩種數(shù)據(jù)傳送方式，即無(wú)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(wú)應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式時(shí)，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(guò)程 也就完成了：而采用有應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式時(shí)，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(gè)通信過(guò)程才結(jié)朿。后者比前 者的響應(yīng)時(shí)間明顯增長(zhǎng)，實(shí)時(shí)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(hù)選擇。4.5浮動(dòng)主站通信方式浮動(dòng)主站通信方式又稱(chēng)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(gè)站，其中N (NVM=個(gè)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(gè)主站組成 邏輯環(huán)，通過(guò)令牌在邏輯環(huán)中依次流動(dòng)，在N個(gè)主站之間分配總線使用權(quán)，這就是浮動(dòng)主站 的含義。獲得總線使用權(quán)的主站再按照主從方式來(lái)確怎在自己的令牌持有時(shí)間內(nèi)與哪些站通 信。 一般在主站中配置有一 X輪詢(xún)表，可按輪詢(xún)表上排列的其它主站號(hào)及從站號(hào)進(jìn)行輪 詢(xún)。獲得令牌的主站對(duì)于用戶(hù)隨機(jī)提岀的通信任務(wù)可按優(yōu)先級(jí)安排在輪詢(xún)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(wú)應(yīng)答無(wú)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(méi)有主從之分，采用CSMA/CD存取

14、控制方式，即“先聽(tīng)后講，邊講邊聽(tīng)”。CSMA/CD存取控制方式不能保i正在一定時(shí)間周期內(nèi)，PLC網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)站都可獲得總線使 用權(quán)，因此這是一種不能保證實(shí)時(shí)性的存取控制方式。但是它采用隨機(jī)方式，方法簡(jiǎn)單，而 且見(jiàn)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(wú)連接、有應(yīng)答、無(wú)應(yīng)答及廣播通 信中的每一種，可按對(duì)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(shí)時(shí)性。圖1表示了令牌工作過(guò)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(yàn)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(shí),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(duì)此幀信息作差錯(cuò)校驗(yàn)，并把校驗(yàn) 結(jié)果以肯圧應(yīng)答或否泄應(yīng)答填在ACK段中。同時(shí)把此幀信息復(fù)制下來(lái)，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