可编程控制器的通信及网络ppt课件

1、第八章可编程逻辑控制器的通信与网络，81通信网络基础知识，82可编程逻辑控制器的通信与网络，三菱公司的可编程逻辑控制器网络系统，根据其连接方式和结构可分为：上层连接系统；下部连接系统；奇偶连接系统；复合网络连接系统。本章首先介绍了通信网络、可编程控制器网络的基本知识，最后介绍了三菱PLC网络系统。81通信网络的基本知识811基本数据通信是指通过适当的传输线将数据信息从一台机器传输到另一台机器。数据通信系统的任务是将计算机与不同地理位置的可编程逻辑控制器和其他数字设备连接起来，高效地完成数据传输、信息交换和通信处理三项任务。数据通信系统一般由传输设备、传输控制设备、传输协议和通信软件组成。1数据

2、传输模式(1)并行通信和串行通信有两种基本模式：并行通信传输的每一位数据同时发送或接收；串行通信传输的数据按顺序一点一点地发送或接收。并行通信传输速度很快，但并行数据需要的位数与二进制数一样多。第八章可编程逻辑控制器通信和网络、根传输线和通信线路复杂且昂贵，通常用于短距离通信。串行通信只需要一两条传输线。对于长距离传输，通信线路简单，成本低，但是传输速度慢，所以经常用在长距离传输不需要高速的地方。(2)同步和异步传输串行通信采用两种同步技术：异步传输和同步传输。异步传输，也称为启停传输，使用启停方法来实现同步传输和接收。在异步传输中，传输的数据被编码成一系列脉冲。字节的传输从起始位“0”开始；

3、然后是编码字节，通常规定低位在前，高位在后；接下来是奇偶校验位(可以省略)；最后，停止位“1”(可以是1位、1.5位或2位)表示字节的结束。格式如图8-1所示.图8-1串行通信异步传输异步传输模式硬件结构简单，但每个字节必须添加起始位和停止位。第八章可编程控制器的通信和网络传输效率低，主要用于中低速通信。同步传输由数据开头的同步字符(通常为l-2)表示。发送端的同步通过定时信号(时钟)实现。一旦检测到它与指定的同步字符一致，数据将按顺序连续传输。数据在一组数据(数据块)中传输，数据块中不需要每个字节的起始位和终止位。它通常用于数据传输速率超过2000bps的系统。(3)基带传输和频带传输基带传

4、输是指电信号的基本频带。计算机或数字设备产生的“0”和“1”的电信号脉冲序列是基带信号。基带传输是指数据传输系统不经任何调制直接传输信号的数据传输方式。频带传输是一种将信号调制到特定频带的传输模式。当执行频带传输时，二进制信号被调制器调制成音频信号(模拟信号)，该信号在通信线路上传输。信号传输到接收端后，由解调器解调，将音频信号恢复为二进制电信号。基带传输模式的整个频带用于传输某个数字信号，即单通道。常用，第八章PLC通信和网络，半双工通信。在传输频带时，可以通过在传输线上进行频带划分的方法将频带划分成几个信道，并且可以同时传输多个信号。2根据数据传输方向，数据传输方向可分为单工、半双工和全双

5、工通信模式(2)半双工通信是指信息流可以在两个方向上传输，但同时只能在一个方向上传输，如图8-2(b)所示，其中A和B都具有发送和接收功能。图8-2通信方向(3)全双工通信是指全双工通信可以同时在两个方向发送和接收，如图8-2(c)所示。第八章可编程逻辑控制器的通信和网络。双方都可以发送和接收数据。3传输介质常用的传输介质包括同轴电缆、双绞线和光缆。双绞线(带屏蔽):成本低，安装简单；光缆：体积小，重量轻，传输距离长，但成本高，安装和维护需要专用仪器。具体性能见表8-1(P287)。串行通信接口标准(1)RS-232C串行接口标准RS-232C是E1电子工业协会于1969年公布的串行通信接口标

6、准。“RS”是英文“推荐标准”的缩写，“232”是识别号，“C”表示本标准的修订号。它不仅是一种协议标准，也是一种电气标准，它规定了终端和通信设备之间信息交换的方式和功能。通过RS-232标准接口实现了可编程控制器与上位机的通信。接口的机械特性RS-232C的标准连接器是25针d型连接器。机械尺寸和外观如图8-3所示。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5V-15V范围内。这样，线路上的传输电平可以高达12V。第八章可编程逻辑控制器的通信和网络，图8-325针D-连接器RS-232C标准也规定最大传输距离为15米(实际高达约30米)，最

7、大传输速率为20千比特/秒。接口的信号功能RS-232C在25针连接器中定义了20条连接线。可编程控制器和主机之间的连接器所用的信号线见表8-2(P288)。RS-232C的缺点是传输速率和距离有限；没有指定的连接器，因此有不同的25针设计方案，有时是不兼容的；每条信号线只有一条线，两个传输方向，只有一条信号地线，存在潜在的地线回流问题；该接口使用不平衡的发射机和接收机，这可能导致信号分量之间的干扰。第八章可编程控制器的通信和网络，(3)RS-422A、RS-423A和RS-449、RS-485RS-449 EIA于1977年制定了新的标准RS-449，其特点是支持更高的数据传输速率；支持长距

8、离传输；制定连接器的技术规范；提供平衡电路以改善接口电气特性。EIA RS-449标准定义了RS-232C中没有的10种电路功能，并规定应使用37针连接器。环境影响评价推荐的串行通信主要性能参数见表8-3(P289)。目前广泛应用于可编程逻辑控制器局域网的RS-422A和RS-485及其应用RS-485串行接口总线实际上是RS-422A的一种变体。RS-422A和RS-422A的区别在于，RS-422A是全双工的，RS-485是半双工的，RS-422a使用两对平衡差分信号线，而RS-485只需要一对。RS-422A485的互连方案如图8-4所示。该电路可以形成RS-422A串行接口(根据图中的

9、虚线连接)或RS-485接口(根据图中的实线连接)。第八章可编程控制器的通信和网络，图8-4RS-422A485互连方案多站互连的RS-485串行接口原理如图8所示。图8-5带多站互连的RS-485(多达32对驱动器和接收器)。RS-422A和RS-485的比较见表8-4(P290)。(4)RS-232C422A转换电路，第8章可编程逻辑控制器的通信和网络。两台或两台以上带RS-232C接口的设备连接在一起进行远距离(如百米)通信或形成分布式系统，不能通过RS-232C串行接口直接连接，但可以通过RS-232C422A转换电路连接，如图8-6所示。图8-6 RS-232 C422a转换装置电气

10、原理图8.1.2工业局域网基础：多台不同地理位置的计算机第八章可编程逻辑控制器的通信和网络，广域网(也称为远程网络):它的站点广泛分布在几公里到几千公里的范围内。局域网：地理范围有限，通常从几十米到几千米。数据通信具有高传输速率和低误码率；网络拓扑比较规则。1.局域网的四大要素：网络拓扑、介质访问控制、信道利用模式和传输介质是局域网的四大要素。(1)网络拓扑是指网络中通信线路和节点的几何排列，用来表示网络的整体结构外观，反映各模块之间的结构关系。星型网络是由以中心节点为中心的各节点连接而成，网络中的任何两个节点都必须由中心节点控制进行通信。其网络结构如图8-7(a)所示。环形网络中的每个节点通

11、过环形通信接口或适配器连接到端对端连接的封闭环形通信线路。循环中的任何节点都可以请求发送信息，一旦请求被批准，它就可以向循环发送信息。环形网络中的数据主要沿一个方向传输，也可以沿两个方向传输。环形网络结构如图8-7(b)所示。第8章可编程控制器的通信和网络，图8-7网络拓扑图总线形网络通过总线连接所有节点。这些节点共享总线，并对总线拥有平等的访问权限。总线网络结构如图8-7(c)所示。(2)媒体访问控制是指对网络渠道的管理和控制。在局域网上交换信息有两种方式：一种是线路交换，即在发送节点和接收节点之间有一个固定的物理信道，该信道一直保持到呼叫结束，如电话系统。第二种是“消息交换”或“分组交换”

12、。在这种交换模式下，被寻址的数据组从一个交换节点传输到另一个交换节点，直到目的站。媒体访问控制主要有两种方法：令牌传输模式，媒体访问的控制权由令牌来标记。令牌是一组二进制代码。网络上的节点按照一定的规则进行排序，令牌依次从一个节点传输到下一个节点。只有获得第8章可编程控制器的通信和网络，令牌节点才有权控制和使用网络。竞争允许网络中的每个节点自由发送信息。当两个以上的节点同时发送时，会出现线路冲突，需要进行调整和抑制。目前，通常使用CSMACD协议(以太网协议)，即具有冲突检测的载波侦听多路访问协议。2.由国际标准化组织(ISO)于1979年提出的开放系统互连OSI/RM(开放系统互连/参考模型

13、)定义了七个功能层，每一层使用自己的协议，其结构如图8-8所示。(1)1)OSI层次结构的物理层在信道上传输未处理的信息，该层的协议涉及通信双方的机械、电气和连接规则。数据链路层任务是将可能有错误的物理链路转换成网络层无错误的传输线路。网络层，也称为数据包层，负责在网络中传输数据包。第八章可编程控制器的通信和网络。传输层的基本功能是从会话层接收数据，将其传输到网络层，并确保这些数据正确到达目的地。会话层控制通信会话过程的建立和结束。表示层实现了不同信息格式和代码之间的转换。应用层的内容取决于系统的不同需求。图8-8网络协议分层结构图(2)IEEE802参考模型美国电气和电子工程学会(IEEE)

14、于1980年2月提出了一个局域网协议草案(称为802协议)。目前，应用最广泛的工业局域网。该协议将OSI模型的最低两层分为三层，即物理信号层、介质访问控制层和逻辑链路控制层。它们的对应关系如图8-9所示。802协议中定义了三种媒体访问技术，即802.3(CSMACD)、802.4(令牌总线)和802.5(令牌环)。第八章通信和网络图8-10总线局域网为了防止信息的传输和接收相互冲突，有必要制定一个传输控制程序，CSMACD(载波侦听)(第8章，可编程控制器的通信和网络，多路访问/通信检测)。本程序下的工作流程如图8-11所示。图8-11CSMACD工作流IEEE802.4令牌总线协议。其内容包

15、括媒体访问控制方法和令牌传输总线的物理规范。基本特征是在物理总线上实现逻辑环。如图8-12所示。IEEE802.5令牌环协议。其内容包括令牌环介质访问控制方法和物理层规范。拓扑结构是环状的。如图8-13所示。第8章可编程控制器的通信和网络图8-12令牌总线相当于一个逻辑环图8-13三种网络性能的比较曲线如图8-14所示。3选择工业局域网的考虑(1)拓扑结构，第8章可编程控制器的通信和网络，图8-14比较了三种网络的性能。直接控制级主要完成自动调节和程序控制，可靠性和实时性要求较高。监控和优化阶段根据某些优化指标指定直接控制阶段的设定值，有时识别系统模型。管理层采用综合管理，即生产控制工作站根据

16、系统的总体目标不断调整监控层的模型结构和控制策略。第八章，可编程逻辑控制器的通信和网络。(2)令牌传递将在媒体访问控制和通信协议中日益占据主导地位。与其他工业控制局域网相比，基于821PLC的网络PLC网络具有性价比高、可靠性高的特点。821可编程逻辑控制器网络的拓扑结构和各级子网通信协议配置的原则：1PP结构、NBS模型、ISO模型(1)PP结构图8-15(a)显示了A-B公司的PP结构，图8-15(b)显示了MODICON公司的PP结构，图8-。虽然它们有不同的层次和不同的功能，但它们都表明了PLC及其网络在工厂自动化系统中自上而下的每一层都发挥着作用。共同特点：上层负责生产管理，中间层负

17、责监控生产过程，下层负责现场控制和测量。(NBS模型是国家标准局为工厂计算机控制系统提出的，它有6个层次，每一个层次都规定了应完成的功能。如图8-16所示，NBS模型已得到国际认可。第8章可编程控制器的通信和网络，图8-15公司的聚丙烯结构示意图图8-16NBS模型(3)国际标准化组织为企业自动化系统建立的模型，与NBS模型一样，也是第6级。下层3主要负责生产控制和现场任务监控，上层3负责运行管理，如图8-17所示。第八章可编程控制器的通信和网络，图8-17国际标准化组织2PLC网络的拓扑结构，图8-18显示了一个典型的三级复杂拓扑结构，最高层是信息管理网络，选择以太网或MAP网络；中间层是高速数据通道，负责过程监控，一般配置令牌总线通信