可编程序控制器通信及网络
随着计算机网络技术的发展以及各企业对工厂自动化程度要求的不断提高，自动控 制也从传统的集中式向多级分布式方向发展。为了适应这种形势的发展世界各PL C生产 厂家纷纷给自己的产品增加通信及联网的功能，研制开发出自己的PLC网络系统，如三 菱的MELSEC NET网；西门子的SINEC HI局域网等等、现在即便是微型和小型的PLC 也都具有网络通信接口。今后网络总的发展趋势是向高速、多层次、大信息吞吐量、高 可靠性和开放式（即通信协议向国际标准或地区通用工业标准靠拢）的方向发展。 OMRON公司PLC网络系统根据其连接方式和结构可以分为： 上位连接系统； 下位连接系统； 同位连接系统；
SYSMAC网络连接系统。
PLC网络系统十分丰富，涉及面广。本章先介绍通信网络基础知识，再分别介绍上述四种系统。
通过对OMRON网络系统的学习可以使读者学会PLC的网络技术，以便在今后通过有关技术手册对PLC网络进行设计和应用。
第一节
一．数据通信基础
无论是计算机，还是PLC它们都是数字设备。它们之间交换的信息是由“0”和“1”表示的数字信号。通常把具有一定编码、格式和位长要求的数字信号称为数据信息。
数据通信就是将数据信息通过适当的传送线路从一台机器传送到另一台机器。这里的机器可以是计算机、PLC或是有数据通信功能的其它数字设备。
数据通信系统的任务是把地理位置不同的计算机和PLC及其它数字设备连接起来，高效率地完成数据的传送、信息交换和通信处理三项任务。
数据通信系统一般由传送设备、传送控制设备和传送协议及通信软件等组成。 1．数据传送方式
（1）并行通信与串行通信。数据通信有两种基本的方式： 并行通信——所传送数据的各位同时发送或接收；
串行通信——所传送数据按顺序一位一位地发送或接收。
并行通信传送速度快，但由于一个并行数据有多少位二进制数，就需要多少根传送线，常用于近距离的通信，在远距离传送的情况下，导致通信线路复杂，成本高。穿行通信仅需一根到两根传送线，在长距离传送时，通信线路简单成本低，但与并行通信相比传送速度慢，故常用于长距离传送而速度要求不高的场合。但近年来串行通信有了很快的发展甚至可达到近Mbit/s的数量级，因此在分布式控制系统中得到广泛应用。
（2）同步和异步传送。发送端与接收端之间的同步问题是数据通信中的一个重要问题。同步不好轻者导致误码增加，重者使整个系统不能正常工作。传送过程中为了解决这一问题，在串行通信中采用了两种同步技术——异步传送和同步传送。
①异步传送。异步传送也称起止式传送，它是利用起止法来达到收发同步的。
在异步传送中，被传送的数据编码成一串脉冲。字节的传送由起始位“0”开始；然后是被编码的字节，通常规定低位在前，高位在后；接下来是校验位（可忽略）；最后是停止位“1”（可以是1位、1.5位、或2位）表示字节的结束。例如，传送一个ASCII字符（每
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个字符有7位），若选用2位停止位，那么传送这个七位的ASCII字符就需要11位，其中起始位1位，校验位1位，停止位2位。其格式如图3－1所示。
图3-1异步传送
异步传送就是按照上述约定好的固定格式，一顿一帧地传送，因此采用异步传送的方式硬件结构简单，但是传送每一个字节就要加起始位、停止位、因而传送效率低，主要用于中、低速的通信。
②同步传送。同步传送在数据开始处就用同步字符（通常为1-2个）来指示。由定时信号（时钟）来实现发送端同步，一旦检测到与规定的同步字符相符合，接下去就连续按顺序传送数据。在这种传送方式中数据以一组数据（数据块）为单位传送，数据块中每字节不需要起始位和停止位，因而就克服了异步传送效率低的缺点，但同步传送所需的软、硬件价格是异步的8-12倍。因此通常在数据传送速率超过2000bps的系统中才采用同步传送。
（3）基带传送和频带传送：
①基带传送。基带是指电信号的基本频带。计算机或数字设备产生的“0”和“1”的电信号脉冲序列就是基带信号。基带传送是指数据传送系统对信号不做任何调制，直接传送的数据传送方式。例如，对二进制数字信号不进行任何调制，按照它们原有的波形（以脉冲形式）直接传送。在PLC网络中，大多数是采用基带传送。但若传送距离较大时，则可以考虑采用调制解调器进行频带传送。
在基带传送方式中，为了避免当存在许多个连续的“0”和“1”时系统无同步参考，多采用曼彻斯特编码。曼彻斯特编码原理是发送“1”时前半周期为低电平，后半周为高电平。在发送“0”时前半周期为高电平，后半周期为低电平。如图3-2所示。
图3-2曼彻斯特码
可以看出在“l”或“0”的中心位置电平跃变，具有“内含时钟”性质。即使连续多个“0”或“1”时，波形也有跃变。因此PLC采用曼彻斯特编码方式比较多。
②频带传送。是把信号调制到某一频带上的传送方式。当进行频带传送时，用调制器把二进制信号调制成能在公共电话线上传送的音频信号《模拟信号》在通信线路上进行传送。信号传送到接收端后，再经过解调器的解调，把音频信号还原成二进制的电信号。这种以调制信号的形式进行数据传送的方式就称之为频带传送。调制可采用三种方式：
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调幅、调频和调相。这三种调制方式的信号关系如图3-3图示。
图3-3三种调制形式的比较
调幅是根据数字信号的变化改变载波信号的幅度。“1”时波形幅度高，“0”时幅度低。载波信号的频率、相位均未改变。
调频是根据数字信号的变化改变载波信号的频率。“1”时频率高，“0”时频率低。 载波信号的幅度、相位不变。
调相是根据数字信号的变化改变载波信号的相位。图9-3中数字信号从“0”变为“1” 或从“l”变为“0”时载波信号相位改变180O。频率和幅度均不改变。
基带传送方式整个频带范围都用来传送某一数字信号，即单信道。常用于半双工通信。频带传送时，在一条传送线上可用频带分割的方法奖频带划分为几个信道，同时传送多路信号。例如传送两种信号：数据发送和传送使用高频信道，各站间的应答响应使用低频道，常用于全双工通信。 2．数据传送方向
在通信线路上按照数据传送的方向可以划分为单工、半双工和全双工通信方式。
（l）单工通信方式。单工通信就是指信息的传送始终保持同一个方向，而不能进行反向传送，如图3-4（a）所示。其中A端只能作为发送端，B端只能作为接收端接收数据。 （2）半双工通信方式。半双工通信就是指信息流可以在两个方向上传送，但同一时刻只限于一个方向传送，如图3-4（b）所示，其中A端和B端都具有发送和接收的功能，但传送线路只有一条，或者A端发送B端接收，或者B端发送A端接收。
（3）全双工通信方式。全双工通信能在两个方向上同时发送和接收，如图3-4（c）所示。A端和B端双方都可以一面发送数据，一面接收数据。
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图3-4通信方向
3．传送介质 目前普遍使用的传送介质有：同轴电缆、双绞线、光缆。其它介质如无线电、红外、微波等在PLC网络中应用很少。其中双绞线（带屏蔽）：成本低、安装简单；光缆：尺寸小、重量轻、传送距离远，但成本高、安装维修需专用仪器。具体性能如表3-1。
表3-1传送介质性能比较
性 能 传送速率 传 送 介 质 双 绞 线 9.6kbit/s-2Mbit/s 点到点 多点 1.5km不用中继器 数字、调制信号、纯模拟信号（基带） 星形、环形、小型交换机 好（需外屏蔽） 好 同 轴 电 缆 1-450Mbit/s 点到点 多点 1.5km不用中继器（宽带） 1-3km不用中继器（基带） 光 缆 10-500Mbit/s 点到点 50km不用中继器 连接方法 传送信号 支持网络 抗干扰 抗恶劣环境 调制信号，数字（基带） -调制信号（基带） 数字、声音、图像（宽带） 数字、声音、图像（宽带） 总线型、环形 很好 好，但必须将电缆与腐蚀物隔开 总线型、环形 极好 极好，耐高温和其它恶劣环境 - 46 -
4．串行通信接口标准
（1）RS-232C串行接口标准。RS-232C是1969年由美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）所公布的串行通信接口标准。“RS”是英文“推荐标准”一词的缩写，“232”是标识号，“C”表示此标准修改的次数。它即是一种协议标准，又是一种电气标准，它规定了终端和通信设备之间信息交换的方式和功能。PLC与上位计算机间的通信就是通过RS-232C标准接口来实现的。
①接口的机械特性。RS-232C的标准接插件是25针的D型连接器。其机械尺寸和外形如图3-5所示
图3-5 25针D型连接器
尽管RS-232C规定的是25针的连接器，但实际应用中未将25个引脚全部用满，最简单的通信只需3根引线，最多的也不过用到22根。所以在上位计算机与PLC的通信中，使用的连接器有25针的，也有9针的，具体采用哪一种，用户可根据实际需要自行配置。
②接口的电气特性。RS-232C采用负逻辑。规定逻辑“1”电平在－5V～－15V范围内，逻辑“0”在十5V～＋15V范围内。这样在线路上传送的电平可高达±12 V，较之小于十5V的TIL电平来说有更强的抗干扰性能。
RS-232C标准中还规定：最大传送距离为15m（实际上可达约30 m），最高传送速率为 20Kbps（Kbit/s）
③接口的信号功能。RS-232C定义了25针连接器中的20条连接线。其中在PLC与上位计算机连接器中用到的信号线见表3-2。
表3-2 RS-232C引脚及信号定义
引 脚 1 2 3 4 5 6 7 8 20 22 信 号 保护地 TXD RXD RTS CTS DSR 信号地 DCD DTR 振铃指示 说 明 （可以不用） 发送数据 接收数据 请求发送 允许发送 数据装置准备好 信号地 载波检测 数据终端准备好 响铃信号 （2）RS-232C在PLC系统中的应用．为满足用户的要求，目前各公司的各种型号的PLC大多都有RS-232C接口。现以OMRON公司的CQMl例说明RS-232C在PLC系统中
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