PLC与微机通讯.pdf

湖北三峡职业技术学院机电系通讯及网络技术知识点库 第 1 页 共 9 页 PLCPLCPLC PLC 通讯及网络技术通讯及网络技术通讯及网络技术 通讯及网络技术 1 1 1 1 PLCPLCPLC PLC 与计算机通讯与计算机通讯与计算机通讯 与计算机通讯 为了适应 PLC 网络化要求 扩大联网功能 几乎所有的 PLC 为了适应可编程 控制器网络化的要求 扩大联网功能 几乎所有的可编程控制器厂家 都为可编 程控制器开发了与上位机通讯的接口或专用通讯模块 一般在小型可编程控制器 上都设有 RS422 通讯接口或 RS232C 通讯接口 在中大型可编程控制器上都设 有专用的通讯模块 如 三菱F F1 F2 系列都设有标准的 RS422接口 FX 系列设有 FX 232AW 接口 RS232C 用通讯适配器 FX 232ADP 等 可编程控制 器与计算机之间的通讯正是通过可编程控制器上的 RS422 或 RS232C 接口和计 算机上的 RS232C 接口进行的 可编程控制器与计算机之间的信息交换方式 一 般采用字符串 双工或半 异步 串行通信方式 因此可以这样说 凡具有RS232C 口并能输入输出字符串的计算机都可以用于和可编程控制器的通讯 运用 RS232C 和 RS422 通道 可容易配置一个与外部计算机进行通讯的系 统 该系统中可编程控制器接受控制系统中的各种控制信息 分析处理后转化为 可编程控制器中软元件的状态和数据 可编程控制器又将所有软元件的数据和状 态送入计算机 由计算机采集这些数据 进行分析及运行状态监测 用计算机可 改变可编程控制器的初始值和设定值 从而实现计算机对可编程控制器的直接控 制 1 通讯方式通讯方式通讯方式 通讯方式 面对众多生产厂家的各种类型PLC 它们各有优缺点 能够满足用户的各 种需求 但在形态 组成 功能 编程等方面各不相同 没有一个统一的 标准 各厂家制订的通信协议也千差万别 目前 人们主要采用以下三种方 式实现PLC与PC的互联通信 1 通过使用PLC开发商提供的系统协议和网络适配器 来实现PLC与PC机的 互联通信 但是由于其通信协议是不公开的 因此互联通信必须使用PLC 开发商提供的上位机组态软件 并采用支持相应协议的外设 可以说这 种方式是PLC开发商为自己的产品量身定作的 因此难以满足不同用户的 需求 2 使用目前通用的上位机组态软件 如组态王 InTouch WinCC 力控等 来实现PLC与PC机的互连通信 组态软件以其功能强大 界面友好 开发 简洁等优点目前在PC监控领域已经得到了广泛的应用 但是一般价格比 较昂贵 组态软件本身并不具备直接访问PLC寄存器或其它智能仪表的能 力 必须借助I O驱动程序来实现 也就是说 I O驱动程序是组态软件与 PLC或其它智能仪表等设备交互信息的桥梁 负责从设备采集实时数据并 将操作命令下达给设备 它的可靠性将直接影响组态软件的性能 但是 在大多数情况下 I O驱动程序是与设备相关的 即针对某种PLC的驱动 程序不能驱动其它种类的PLC 因此组态软件的灵活性也受到了一定的限 湖北三峡职业技术学院机电系通讯及网络技术知识点库 第 2 页 共 9 页 制 3 3 利用PLC厂商所提供的标准通信端口和由用户自定义的自由口通信 方式来实现PLC与PC机的互连通信 这种方式由用户定义通信协议 不需 要增加投资 灵活性好 特别适合于小规模的控制系统 通过上述分析不难得出 掌握如何利用PLC厂商提供的标准通信端口 和自由口通信方式以及大家所熟悉的编程语言来实现PC与PLC之间的实 时通信是非常必要的 2 采用采用采用 采用 RS232RS232RS232 RS232 实现三菱实现三菱实现三菱 实现三菱 FXFXFX FX 系列系列系列 系列 PLCPLCPLC PLC 与与与 与 PCPCPC PC 之间的通讯之间的通讯之间的通讯 之间的通讯 三菱FX系列PLC提供了4种通讯方式 N网络通讯 无协议串口通讯 平行 网络通讯 程序口通讯 如果传输的数据量少 大多数PLC与计算机之间通 信均可采用串行通信 通信接口均为PLC 与工业控制计算机上的RS232 接 口 由于RS232 采用非平衡方式传输数据 传输距离近 对于大功率 长距 离 且单机监测信息量多 控制要求复杂的PLC通讯 直接采用RS232 方式 不能满足传输距离要求 因此 可采用RS485 方式 因为RS485 采用平衡差 动式进行数据传输 适合于远距离传输 并具有较强抗干扰能力 图1是采 用RS232 RS485通信转换器实现运距离通讯的示意图 3 PLCPLCPLC PLC 与与与 与 PCPCPC PC 通讯应用实例通讯应用实例通讯应用实例 通讯应用实例 1 通讯系统的连接 图中是采用 FX 232ADP 接口单元 将一台通用计算机与一台 FX2 系列 plc 连接进行通讯的示意图 2 通讯操作 FX2 系列 plc 与通讯设备间的数据交换 由特殊寄存器 D8120的内容指定 交换数据的点数 地址用 RS 指令设置 并通过 plc 的数据寄存器和文件寄存 器实现数据交换 下面对其使用做一简要介绍 1 通讯参数的设置 在两个串行通讯设备进行任意通讯之前 必须设置相互可辨认的参数 只有 设置一致 才能进行可靠通讯 这些参数包括波特率 停止位和奇偶校验等 它 图16 1 RS232转RS485通讯结构 图 湖北三峡职业技术学院机电系通讯及网络技术知识点库 第 3 页 共 9 页 们通过位组合方式来选择 这些位存放在数据寄存器 D8120 中 具体规定如下 表 16 1 所示 表 16 1 串行通讯数据格式 使用说明如下 1 如 D8120 0F9EH 则选择下列参数 E 7 位数据位 偶校验 2 位停止位 9 波特率为 19200bps F 起始字符 结束字符 硬件 1 型 H W1 握手信号 单线模式控制 0 硬件 2 型 H W2 握手信号为 OFF D8120 的位说明 位状态 0 OFF 1 ON bo数据长度7 位8 位 b1 b2 校验 b2 b1 00 无校验 01 奇校验 11 偶校验 b3停止位1 位2 位 b4 b5 b6 b7 波特率 b7 b6 b5 b4 0011 300bps 0100 600bps 0101 1200bps 0110 2400bps 0111 4800bps 1000 9600bps 1001 19200bps b8起始字符无D8124 b9结束字符无D8125 b10握手信号类型 1无H W1 b11模式 控制线 常规单控 b12握手信号类型 2无H W2 b13 b15可取代 b8 b12 用于 FX 485 网络 湖北三峡职业技术学院机电系通讯及网络技术知识点库 第 4 页 共 9 页 2 起始字符和结束字符可以根据用户的需要自行修改 3 起始字符和结束字符在发送时自动加到发送的信息上 在接收信息过程中 除 非接收到起始字符 不然数据将被忽略 数据将被连续不断地读进直到接到结束 字符或接收缓冲区全部占满为为止 因此 必须将接收缓冲区的长度与所要接收 的最长信息的长度设定的一样 2 串行通讯指令 该指令的助记符 指令代码 操作数 程序步如下表所示 RS 指令用于对 FX 系列 PLC 的通讯适配器 FX 232ADP 进行通讯控制 实 现 PLC 与外围设备间的数据传送和接收 RS 指令在梯形图中使用的情况如下 图所示 S 指定传送缓冲区的首地址 m 指定传送信息长度 D 指定接收缓冲区的首地址 n 指定接收数据长度 即接收信息的最大长度 1 RS 指令使用说明 a 发送和接收缓冲区的大小决定了每传送一次信息所允许的最大数据 量 缓冲区的大小在下列情况下可加以修改 发送缓冲区 在发送之前 即 M8122 置 ON 之前 接收缓冲区 信息接收完后 且 M8123 复位前 b 在信息接收过程不能发送数据 发送将被延迟 M8121 为 ON c 在程序中可以有多条 RS 指令 但在任一时刻只能有一条被执行 2 2 2 2 PLCPLCPLC PLC 网络技术网络技术网络技术 网络技术 在工业控制中 对于控制任务的复杂控制系统 不可能单靠增大 PLC 的输入 输出点数或改进机型来实现复杂的控制功能 于是便想到将多台 PLC 相互连接形 成网络 要想使多台 PLC 能联网工作 其硬件和软件都要符合一定的要求 硬件 上 一般要增加通信模块 通讯接口 终端适配器 网卡 集线器 调制解调器 缆线等设备或器件 软件上 要按特定的协议 开发具有一定功能的通讯程序和 网络系统程序 对 PLC 的软件 硬件资源进行统一管理和调度 一 一 一 一 PLCPLCPLC PLC 网络系统网络系统网络系统 网络系统 根据 PLC 网络的连接方式 可将其网络机构分为总线结构 环形结构和星形 湖北三峡职业技术学院机电系通讯及网络技术知识点库 第 5 页 共 9 页 结构三种基本形式 如图 2 所示 每种结构都有各自得优点和缺点 可根据具体 情况选择 总线结构 以其结构简单 可靠性高 易于扩展 被广泛应用 主 站 从 站 从 站 主 站 从 站 从 站 从 站 从 站 总 线 总 线 主 站 从 站 从 站 从 站 从 站 从 站 主 站 从 站 从 站 从 站 从 站 图 16 2 PLC 总线结构 二 三菱 二 三菱 二 三菱 二 三菱 PLCPLCPLC PLC 网络网络网络 网络 三菱公司 PLC 网络继承了传统使用的 MELSEC 网络 并使其在性能 功能 使用简便等方面更胜一筹 Q 系列 PLC 提供层次清晰的三层网络 针对各种用途 提供最合适的网络产品 如图 5 所示 图 3 环形结构 结构 图 4 星形结构 结构 湖北三峡职业技术学院机电系通讯及网络技术知识点库 第 6 页 共 9 页 图 16 3三菱公司的 PLC 网络 1 信息层 Ethernet 以太网 信息层为网络系统中最高层 主要是在 PLC 设备控制器以及生产管理用 PC 之间传输生产管理信息 质量管理信息及设 备的运转情况等数据 信息层使用最普遍的 Ethernet 它不仅能够连接 windows 系统的 PC UNIX 系统的工作站等 而且还能连接各种 FA 设备 Q 系列 PLC 系列的 Ethernet 模块具有了日益普及的因特网电子邮件收发功能 使用户无论在世界的任何地方都可以方便地收发生产信息邮件 构筑远程监 视管理系统 同时 利用因特网的 FTP 服务器功能及 MELSEC 专用协议可以 很容易的实现程序的上传 下载和信息的传输 2 控制层 MELSECNET 10 H 是整个网络系统的中间层 在是 PLC CNC 等控制设备之间方便且高速地进行处理数据互传的控制网络 作为 MELSEC 控制网络的 MELSECNET 10 以它良好的实时性 简单的网络设定 无程序的 网络数据共享概念 以及冗余回路等特点获得了很高的市场评价 被采用的 设备台数在日本达到最高 在世界上也是屈指可数的 而MELSECNET H 不仅 继承了 MELSECNET 10 优秀的特点 还使网络的实时性更好 数据容量更大 进一步适应市场的需要 但目前 MELSECNET H 只有 Q 系列 PLC 才可使用 3 设备层 现场总线 CC Link设备层是把 PLC 等控制设备和传感器以及驱 动设备连接起来的现场网络 为整个网络系统最低层的网络 采用 CC Link 现场总线连接 布线数量大大减少 提高了系统可维护性 而且 不只是 ON OFF 等开关量的数据 还可连接 ID 系统 条形码阅读器 变频器 人机 界面等智能化设备 从完成各种数据的通信 到终端生产信息的管理均可实 湖北三峡职业技术学院机电系通讯及网络技术知识点库 第 7 页 共 9 页 现 加上对机器动作状态的集中管理 使维修保养的工作效率也大有提高 在 Q 系列 PLC 中使用 CC Link 的功能更好 而且使用更简便 在三菱的 PLC 网络中进行通信时 不会感觉到有网络种类的差别和间断 可进行跨网络间的数据通信和程序的远程监控 修改 调试等工作 而无需 考虑网络的层次和类型 MELSECNET H 和 CC Link 使用循环通信的方式 周期性自动地收发信息 不需要专门的数据通信程序 只需简单的参数设定即可 MELSECNET H 和 CC Link 是使用广播方式进行循环通信发送和接收的 这样就可做到网络上的数 据共享 对于 Q 系列 PLC 使用的 Ethernet MELSECNET H CC Link 网络 可以在 GX Developer 软件画面上设定网络参数以及各种功能 简单方便 另外 Q 系列 PLC 除了拥有上面所提到的网络之外 还可支持 PROFIBUS Modbus DeviceNet ASi 等其它厂商的网络 还可进行 RS 232 RS 422 RS 485 等串行通信 通过数据专线 电话线进行数据传送等多种通信方式 四 四 四 四 SIEMENSSIEMENSSIEMENS SIEMENS 公司的公司的公司的 公司的 PLCPLCPLC PLC 网络网络网络 网络 西门子 PLC 的网络是适合不同的控制需要制定的 也为各个网络层次之间提 供了互连模块或装置 利用它们可以设计出满足各种应用需求的控制管理网络 西门子 S7 系列 PLC 网络如图 7 25 所示 它采用 3 级总线复合型结构 最底一级 为远程 I O 链路 负责与现场设备通信 在远程 I O 链路中配置周期 I O 通信机 制 中间一级为 Profibus 现场总线或主从式多点链路 前者是一种新型现场总 线 可承担现场 控制 监控三级的通信 采用令牌方式与主从轮询相结合的存 取控制方式 后者为一种主从式总线 采月主从轮询式通信 最高一层为工业以 太网 它负责传送生产管理信息 在工业以太网通信协议的下层中配置以 802 3 为核心的以太网协议 在上层向用户提供 TF 接口 实现 AP 协议与 MMS 协议 图 16 5SIEMENS 公司的 PLC 网络 五 五 OMRONOMRON 公司的公司的 PLCPLC 网络网络 OMRON PLC 网络类型较多 功能齐全 可以适用各种层次工业自动化网络的 不同需要 如图 7 27 所示为 OMRON 公司的 PLC 网络系统的结构体系示意图 湖北三峡职业技术学院机电系通讯及网络技术知识点库 第 8 页 共 9 页 图 16 6OMRON 公司的 PLC 网络 OMRON 的 PLC 网络结构体系大体分为三个层次 信息层 控制层和器件层 信息层是最高层 负责系统的管理与决策 除了 Ethemet 网外 HOST Link 网也 可算在其中 因为 HOST Link 网主要用于计算机对 PLC 的管理和监控 控制层是 中间层 负责生产过程的监控 协调和优化 该层的网络有 SYSMAC NET SYSMAC Link Controller Link 和 PLC Link 网 器件层是最低层 为现场总线网 直 接面对现场器件和设备 负责现场信号的采集及执行元件的驱动 有 CompoBus D CompoBus S 和 Remote I O 网 Ethernet 属于大型网 它的信息处理功能很强 支持 FINS 通信 TCP IP 和 UDP IP 的 Socket 接驳 服务 FTP 服务 HOST Link 网是 OMRON 推出较早 使 湖北三峡职业技术学院机电系通讯及网络技术知识点库 第 9 页 共 9 页 用较广的一种网 上位计算机使用 HOST 通信协议与 PLC 通信 可以对网中的各 台 PLC 进行管理与监控 SYSMAC NET 网属于大型网 是光纤环网 主要是实现有大容量数据链接和节