可编程控制器PLC课件07(1)

1、 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系1页 3 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系2页 一、一、 计算机通信方式及传输速率计算机通信方式及传输速率1.并行通信与串行通信并行通信与串行通信 并行通信并行通信是指以是指以字节或字字节或字为单位、同时将多个数据在多个并行为单位、同时将多个数据在多个并行信道上同时进行传输，如图所示信道上同时进行传输，如图所示 图1 8位数据并行传输的示意图 PLC除了用于单机控制系统外，还能与其它除了用于单机控制系统外，还能与其它PLC、计算机或者、计算机或者可编程设备如变频器、打印机、机器人等连接，构成数据交换的可编程设备如变频器、

2、打印机、机器人等连接，构成数据交换的通信网络，实现网络控制与管理系统通信网络，实现网络控制与管理系统 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系3页 串行通信是指以二进制的位串行通信是指以二进制的位(bit)为单位，为单位，一条一条信息的各位数据信息的各位数据被逐位按顺序传送被逐位按顺序传送的通信传输方式的通信传输方式 。图。图2是是8位数据串行传输的位数据串行传输的示意图示意图 。图2 8位数据串行传输示意图2、串行异步通信与同步通信串行异步通信与同步通信 串行通讯收发双方尽管是理论上是同速率传输数据，但实际上总串行通讯收发双方尽管是理论上是同速率传输数据，但实际上总有差别，为避免

3、收发双方出现数据错位，需要两者对采用的有差别，为避免收发双方出现数据错位，需要两者对采用的信息格信息格式式进行约定来实现同步，按同步方式不同，可分为进行约定来实现同步，按同步方式不同，可分为串行异步通信与串行异步通信与同步通信。同步通信。（1）异步串行通信）异步串行通信 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系4页 数据按字符传送，每一个字符均按固定的字符格式传送，数据按字符传送，每一个字符均按固定的字符格式传送，称为帧：包含字符的起始位、数据位、校验位、停止位四个部称为帧：包含字符的起始位、数据位、校验位、停止位四个部分。分。图图4是异步串行通信的数据传送格式是异步串行通信的数据

4、传送格式 图图4 异步串行通信的数据传送格式异步串行通信的数据传送格式 信息约定格式：信息约定格式： 一个起始位、一个起始位、78位数据位、位数据位、1个奇偶校验位（可以没有）和个奇偶校验位（可以没有）和12位停止位组成。位停止位组成。 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系5页 偶校验：偶校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，“1”的个数为偶数，奇偶校验位值为的个数为偶数，奇偶校验位值为0。如：。如：1 01000101；0 01000001标志：标志：当串行传输在线不传送数据时，他所处的状态称为标志状态。当串行传输在线不

5、传送数据时，他所处的状态称为标志状态。用于告知对方目前是处于用于告知对方目前是处于待机闲置待机闲置的状态下。的状态下。此信号一直保持在此信号一直保持在高电平高电平。起始位：起始位： 在真正传送数据位前，会先发送一个在真正传送数据位前，会先发送一个低电平低电平的位，用来告的位，用来告知接收端马上就要发送数据。知接收端马上就要发送数据。 标志信号一直保持在高电平，一旦发送起始位低电平后，标志信号一直保持在高电平，一旦发送起始位低电平后，在这状态变化的瞬间，接受端与发送端便获得了同步。在这状态变化的瞬间，接受端与发送端便获得了同步。数据位：数据位：起始位发送后，便开始逐位发送数据。起始位发送后，便开

6、始逐位发送数据。数据长度：数据长度：58位。位。英文文本文件：英文文本文件：7位。位。8位可以传送任何数据文件。位可以传送任何数据文件。奇偶校验：奇偶校验：用来检查数据传送过程中是否发生错误用来检查数据传送过程中是否发生错误 奇校验：奇校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，“1”的个数为奇数，奇偶校验位值为的个数为奇数，奇偶校验位值为1。如：。如：1 01100101（5位位“1”）；）；0 01100001（3位位“1”） 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系6页 （2）同步串行通信）同步串行通信 同步传输时，一个信息帧

7、中包含多个字符，每个信息帧用同步字同步传输时，一个信息帧中包含多个字符，每个信息帧用同步字符作为开始符作为开始 停止位：停止位：数据传送的最后一位是停止位。数据传送的最后一位是停止位。停止位可以是：停止位可以是：1个、个、1.5个、个、2个。个。起始位和停止位主要是为了收发两端获得同步。即接收方检测起始位和停止位主要是为了收发两端获得同步。即接收方检测到停止位或标志空闲位与起始位间的下降沿作为接收到停止位或标志空闲位与起始位间的下降沿作为接收 的起点。的起点。同步字符同步字符数据数据数据数据数据数据校验校验同步字符同步字符数据格式：每个数据块前加数据格式：每个数据块前加12个同步字符（同步头）

8、进行帧同步，个同步字符（同步头）进行帧同步，一般采用一般采用CRC循环冗余校验码循环冗余校验码 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系7页 双方使用同一时钟（双方使用同一时钟（主控方提供主控方提供时钟，被控方接收时钟时钟，被控方接收时钟）外同步：外同步：时钟信号另外安排一根传输线时钟信号另外安排一根传输线自同步：自同步：发送时将时钟信号与数据混合编码，接收时译码出时发送时将时钟信号与数据混合编码，接收时译码出时钟钟 同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比较复杂同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比较复杂串行同步通信主要应用在网络当中，最常使用的同步通信协议

9、有串行同步通信主要应用在网络当中，最常使用的同步通信协议有高级数据链路控制协议（高级数据链路控制协议（HDLC）3单工与双工串行通信单工与双工串行通信 按照信息在设备间的传输方向，串行通信还可分为单工与双工通按照信息在设备间的传输方向，串行通信还可分为单工与双工通信，双工通信又分为半双工和全双工两种方式，分别如图中的信，双工通信又分为半双工和全双工两种方式，分别如图中的(a)、(b)、（、（c）所示）所示 (a)单工通信方式；单工通信方式；(b)半双工通信方式；半双工通信方式；(c)全双工通信方式全双工通信方式 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系8页 双工通信方式双工通信方式

10、的信息可以沿两个方向传送，每一个站既可发送的信息可以沿两个方向传送，每一个站既可发送数据，也可接收数据数据，也可接收数据 。可进一步分为：。可进一步分为： 半双工方式：半双工方式：用同一组线接收和发送数据，通信的双方在同一用同一组线接收和发送数据，通信的双方在同一时刻只能发送数据或只能接收数据时刻只能发送数据或只能接收数据 。 全双工方式：全双工方式：数据的发送和接收分别由两根或两组不同的数据数据的发送和接收分别由两根或两组不同的数据线传送，通信的双方都能在同一时刻接收和发送信息线传送，通信的双方都能在同一时刻接收和发送信息 单工方式：单工方式：单工方式采用一根数据传输线，只允许数据按照固单工

11、方式采用一根数据传输线，只允许数据按照固定的方向传送。图（定的方向传送。图（a）中数据只能从发送器传送到接收器，）中数据只能从发送器传送到接收器，不能从接收器传送到发送器。不能从接收器传送到发送器。4串行传输速率串行传输速率 在串行通信中，用在串行通信中，用“波特率波特率”来描述数据的传输速率。波特率即来描述数据的传输速率。波特率即每秒传送的二进制位数，其符号为每秒传送的二进制位数，其符号为bps (bits per second)。常用的标。常用的标准传输速率为准传输速率为30038400bps等。等。 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系9页 u不同的串行通信网络的传输速率

12、差别极大，有的只有数百不同的串行通信网络的传输速率差别极大，有的只有数百bps，高速串行通信网络的传输速率可达高速串行通信网络的传输速率可达1000M(1G)bps 通讯协议：例：通讯协议：例：9600,8,N,1表示：表示：波特率波特率9600bit/s数据位为数据位为8位位没有奇偶校验没有奇偶校验1位停止位位停止位起始位一直存在。起始位一直存在。传送速度：传送速度：9600/10=960byte/s在串行通信过程中存在不同程度的噪声干扰，这些干扰有时会导在串行通信过程中存在不同程度的噪声干扰，这些干扰有时会导致在传输过程中出现差错。因此在串行通信中对数据进行校验是致在传输过程中出现差错。因

13、此在串行通信中对数据进行校验是非常重要的，也是衡量通信系统质量的重要指标。检错，就是如非常重要的，也是衡量通信系统质量的重要指标。检错，就是如何发现数据传输过程中出现的错误，而纠错就是在发现错误后，何发现数据传输过程中出现的错误，而纠错就是在发现错误后，如何采取措施纠正错误。如何采取措施纠正错误。误码率误码率5、串行通信的检错和纠错串行通信的检错和纠错 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系10页 误码率是指数据经传输后误码率是指数据经传输后发生错误的位数与总传输位数之比发生错误的位数与总传输位数之比。在计。在计算机通信中，一般要求误码率达到算机通信中，一般要求误码率达到10-6

14、数量级。误码率与通信过程数量级。误码率与通信过程中的线路质量、干扰、波特率等因素有关。中的线路质量、干扰、波特率等因素有关。奇偶校验奇偶校验 奇偶校验是常用的一种检错方式。奇偶校验就是在发送数据位最奇偶校验是常用的一种检错方式。奇偶校验就是在发送数据位最后一位添加一位后一位添加一位奇偶校验位（奇偶校验位（0或或1），以保证数据位和奇偶校验位，以保证数据位和奇偶校验位中中1的总和为奇数或偶数。若采用偶校验，则应保证的总和为奇数或偶数。若采用偶校验，则应保证1的总数为偶数；的总数为偶数；若采用奇校验，则应保证若采用奇校验，则应保证1的总和为奇数。在接受数据时，的总和为奇数。在接受数据时，CPU应应

15、检测数据位和奇偶校验位中检测数据位和奇偶校验位中1的总数是否符合奇偶校验规则，的总数是否符合奇偶校验规则，如果如果出现误码，则应转去执行相应的错误处理服务程序，进行后续纠错出现误码，则应转去执行相应的错误处理服务程序，进行后续纠错。纠错纠错在基本通信规程中一般采用奇偶校验或方阵码检错，以重发方式进在基本通信规程中一般采用奇偶校验或方阵码检错，以重发方式进行纠错。在高级通信中一般采用循环冗余码（行纠错。在高级通信中一般采用循环冗余码（CRC）检错，以自动）检错，以自动纠错方式来纠错。一般说来，附加的冗余位越多，检测、纠错能力纠错方式来纠错。一般说来，附加的冗余位越多，检测、纠错能力就越强，但通信

16、效率也就越低。就越强，但通信效率也就越低。 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系11页 二、串行通信接口标准二、串行通信接口标准 1. RS-232C接口标准接口标准(1) RS-232C的电气特性的电气特性 RS-232在在1962年发布，命名为年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容，证不同厂家产品之间的兼容，建议标准建议标准以以“RS”作为前缀。作为前缀。 RS-232-C是美国电子工业协会是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）1969年公布的一种串行物理接口标准。

17、年公布的一种串行物理接口标准。RS是英文是英文“推荐标准推荐标准”的缩写，的缩写，232为标识号，为标识号，C表示修改次数。表示修改次数。RS-232-C总线标准设有总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。在多条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。 目前目前RS-232是是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定

18、义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。它的全名是采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。它的全名是“数据终端设备（数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制）之间串行二进制数据交换接口技术标准数据交换接口技术标准”。 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系12页 传输电平：传输电平： 典型的典型的RS-232信号在正负电平之间摆动。信号在正负电平之间摆动。 在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5

19、+15V，负电，负电平在平在-5-15V电平。当无数据传输时，线上为电平。当无数据传输时，线上为TTL电平，从开始电平，从开始传送数据到结束，线上电平从传送数据到结束，线上电平从TTL电平到电平到RS-232电平再返回电平再返回TTL电平。（比较：电平。（比较：与与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同以高低电平表示逻辑状态的规定不同） 接收器典型的工作电平在接收器典型的工作电平在+3+12V与与-3-12V。 在在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系负逻辑关系。逻逻 辑辑“1”：-5 -15V；逻辑逻辑“0” ：+5 +15V 。噪声容限为。噪声容限

20、为2V。即。即 要求接收器能识别低至要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑的信号作为逻辑“0”，高到，高到-3V的信号的信号 作为逻辑作为逻辑“1” 。 传输距离：传输距离： 由于发送电平与接收电平的差仅为由于发送电平与接收电平的差仅为2V至至3V左右，所左右，所以其以其共模抑制共模抑制能力差，再加上双绞线上的能力差，再加上双绞线上的分布电容分布电容，其传送距离，其传送距离最大为约最大为约15米，最高速率为米，最高速率为20kb/s。 RS-232-C标准规定，驱动标准规定，驱动器允许有器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采

21、用采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系13页 (2) RS-232C的标准接口的标准接口 如图所示为如图所示为RS-232C的标准接口，共有的标准接口，共有25条线，其中条线，其中4条数据条数据线、线、11条控制线、条控制线、3条定时线、条定时线、7条备用和未定义线，其管脚定条备用和未定义线，其管脚定义如下表所示义如下表所示 传输速率：传输速率：RS-232-C标准规

22、定的数据传输速率为每秒标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200比特比特RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于题，因此一般用于20m以内的通信。以内的通信。 信号连接：信号连接：RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为设计的，其驱动器负载为37k。所以。所以RS-232适合本地设备之适合本地设备之间的通信。间的通信。 通常的应用系统中，它们的连接只需要

23、使用三根线通常的应用系统中，它们的连接只需要使用三根线即可，即即可，即RXD,TXD和和GND，连接方式见图。，连接方式见图。 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系14页 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系15页 表表 25针针D型连接器的管脚定义表型连接器的管脚定义表RS-232C引脚名 称说 明 1保护地设备外壳接地 2(3)发送数据发送方将数据传给Modem3(2)接收数据Modem发送数据给发送方 4(7)请求发送在半双工时控制发送方的开和关5(8)允许发送 Modem允许发送6(6)数据终端准备好 Modem已经准备好7(5)信号地信号公共地8(1)

24、载波信号检测Modem正在接收另一端送来的数据9未定义 10未定义 11未定义12接收信号检测(2)在第二信道检测到信号13允许发送(2) 第二信道允许发送 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系16页 续表续表14发送数据(2) 第二信道发送数据 15发送方定时为Modem提供发送方的定时信号16接收数据(2) 第二信道接收数据17接收方定时为接口和终端提供定时18未定义 19请求发送(2) 连接第二信道的发送方20(4)数据终端准备好 数据终端已做好准备2l未定义22(9)振铃指示表明另一端有进行传输连接的请求23数据率选择 选择两个同步数据率 24发送方定时为接口和终端提供

25、定时25未定义 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系17页 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系18页 （3）FX系列系列PLC RS-232C模块模块 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系19页 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系20页 2RS-422A接口标准接口标准RS-422A采用平衡驱动、差分接收电路，取消了信号地线采用平衡驱动、差分接收电路，取消了信号地线 （1）、平衡传输）、平衡传输 RS-422、RS-485与与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对

26、双绞线，将其中一线定义为式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为另一线定义为B，如图如图。 发送电平：发送电平：发送驱动器发送驱动器A、B之间的之间的正电平在正电平在+2+6V，是一个，是一个逻辑状态，逻辑状态，负电平在负电平在-2-6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号，是另一个逻辑状态。另有一个信号地地C，在，在RS-485中还有一中还有一“使能使能”端，而在端，而在RS-422中这是可用可中这是可用可不用的。不用的。“使能使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当当“使能使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻

27、状态，即端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，即“第三态第三态” 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系21页 即有别于逻辑即有别于逻辑“1”与与“0” 。 接收电平：接收电平：接收器也作与发送端相接收器也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞对的规定，收、发端通过平衡双绞线将线将AA与与BB对应相连，当在对应相连，当在收端收端AB之间有大于之间有大于+200mV的电平时，的电平时，输出正逻辑电平输出正逻辑电平，小于小于-200mV时，时，输出负逻辑电平。输出负逻辑电平。接收器接收平衡接收器接收平衡线上的线上的电平范围通常在电平范围通常在200mV至至6V之间，之间，见图。见图

28、。（2）RS-422电气规定电气规定 RS422接口标准全称是接口标准全称是“平衡电平衡电压数字接口电路的电气特性压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。它定义了接口电路的特性。 如图所示，发送与接收信道分开，如图所示，发送与接收信道分开，是一种全双工的串行通信方式。是一种全双工的串行通信方式。 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系22页 RS422接口四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必接口四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（X

29、ON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）。实际上还握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）。实际上还有一根信号地线，共有一根信号地线，共5根线。根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点个节点。即一个主设备（。即一个主设备（Master），其余为从设备（），其余为从设备（Salve），从设备之间），从设备之间不能通信，所以不能通信，所以RS422接口支持点对多的双向通信。接收器输入阻接口支持点对多的双向通信

30、。接收器输入阻抗为抗为4k，故发端最大负载能力是，故发端最大负载能力是104k+100（终接电阻）。（终接电阻）。RS422接口的最大传输距离为接口的最大传输距离为4000英尺（约英尺（约1219米），最大传输米），最大传输速率为速率为10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离速率以下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为大传输速率仅为1Mb/s。RS

31、422接口需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性接口需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离一般在阻抗。在矩距离一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传米以下不需终接电阻。终接电阻接在传 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系23页 输电缆的最远端。输电缆的最远端。（3）FX2N系列系列PLC RS-422 模块模块 编程口采用的就是编程口采用的就是RS-422标准标准 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系24页 传输速率为传输速率为100kbps时，最大通信距离为时，最大通信距离为1200m，一台驱动器，一台驱动器可以连接可以连

32、接10台接收器台接收器 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系25页 3RS-485接口标准接口标准 RS-485与与RS-422A的区别仅在于的区别仅在于RS-485的工作方式是半双工，的工作方式是半双工，RS-422A为全双工，两对平衡差分信号线分别用于发送和接收。为全双工，两对平衡差分信号线分别用于发送和接收。RS-485为半双工，只有一对平衡差分信号线，不能同时发送和接为半双工，只有一对平衡差分信号线，不能同时发送和接收收 RS-422接口是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，接口是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为被命名为TIA/EIA-422

33、-A标准。为扩展应用范围，标准。为扩展应用范围，EIA又于又于1983年在年在RS422接口基础上制定了接口基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于标准。由于EIA提出的建议标准都是以提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以在通讯工业领域，仍然习惯将上

34、述标准以RS作前缀称谓。作前缀称谓。 RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。个结点。（1）RS-485与与RS-422的区别的区别 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系26页 RS-485与与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是是-7

35、V至至+12V之间，而之间，而RS-422在在-7V至至+7V之间。之间。二线制二线制可实现真正的多可实现真正的多点双向通信：点双向通信：采用采用四线四线连接时，与连接时，与RS-422一一样只能实现点对多的通信，即只样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（能有一个主（Master）设备，其）设备，其余为从设备：余为从设备： 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系27页 （2）FX2N系列系列PLC RS-485模块模块 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系28页 为实现不同厂家智能设备之间的通信，需要建立一些通用的为实现不同厂家智能设备之间的通信，需要建立一些通

36、用的计算机网络通信标准。不同的应用层面，有不同的标准，从计算机网络通信标准。不同的应用层面，有不同的标准，从PLC应用角度，主要是与现场总线、以太网相关的一些标准。应用角度，主要是与现场总线、以太网相关的一些标准。一、开放系统互连模型一、开放系统互连模型 OSI Open Source Initiative（简称（简称OSI，有译作，有译作开放源代码促开放源代码促进会进会、开放原始码组织）是一个旨在推动开源软件发展的非盈利、开放原始码组织）是一个旨在推动开源软件发展的非盈利组织。组织。OSI参考模型（参考模型（OSI/RM）的全称是开放系统互连参考模型）的全称是开放系统互连参考模型（Open

37、System Interconnection Reference Model，OSI/RM），它是由国际标准化组织），它是由国际标准化组织ISO提出的一个网络系统互连提出的一个网络系统互连模型。它是网络技术的基础，也是分析、评判各种网络技术的依模型。它是网络技术的基础，也是分析、评判各种网络技术的依据。据。 为了促进为了促进计算机网络计算机网络的发展，国际标准化组织的发展，国际标准化组织ISO于于1977年成立年成立了一个委员会，在现有网络的基础上，提出了不基于具体机型、操了一个委员会，在现有网络的基础上，提出了不基于具体机型、操作系统或公司的网络体系结构，称为作系统或公司的网络体系结构，称为

38、开放系统互联开放系统互联模型（模型（OSI参考参考，open system interconnection）：）： 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系29页 开放系统互连模型（开放系统互连模型（7层结构）：层结构）： 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系30页 模型把网络通信的工作分为模型把网络通信的工作分为7层。层。1至至4层被认为是低层，这些层层被认为是低层，这些层与数据移动密切相关。与数据移动密切相关。5至至7层是高层，包含应用程序级的数据。层是高层，包含应用程序级的数据。每一层负责一项具体的工作，然后把数据传送到下一层。由低到每一层负责一项具体的工作，

39、然后把数据传送到下一层。由低到高具体分为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、高具体分为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。表示层和应用层。第第7层应用层层应用层直接对应用程序提供服务，应用程序可以变化，直接对应用程序提供服务，应用程序可以变化，但要包括电子消息传输但要包括电子消息传输第第6层表示层层表示层格式化数据，以便为应用程序提供通用接口。这格式化数据，以便为应用程序提供通用接口。这可以包括加可以包括加密服务密服务第第5层会话层层会话层在两个节点之间建立端连接。此服务包括建立连在两个节点之间建立端连接。此服务包括建立连接是以全双工还是以半双工的方式进行设

40、置，尽管可以在层接是以全双工还是以半双工的方式进行设置，尽管可以在层4中处中处理双工方式理双工方式第第4层传输层层传输层常规数据递送面向连接或无连接。包括全双工常规数据递送面向连接或无连接。包括全双工或半双工、流控制和错误恢复服务或半双工、流控制和错误恢复服务 第第3层网络层层网络层本层通过寻址来建立两个节点之间的连接，它包本层通过寻址来建立两个节点之间的连接，它包括通过互连网络来路由和中继数据括通过互连网络来路由和中继数据 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系31页 第第2层数据链路层层数据链路层在此层将数据分帧，并处理流控制。本层指定在此层将数据分帧，并处理流控制。本层指定

41、拓扑结构并提供硬件寻址拓扑结构并提供硬件寻址第第1层物理层层物理层原始比特流的传输原始比特流的传输 电子信号传输和硬件接口数据电子信号传输和硬件接口数据发送时，从第七层传到第一层，接发送时，从第七层传到第一层，接受方则相反。受方则相反。各层对应的典型设备如下：各层对应的典型设备如下：应用层应用层 .计算机：应用程序，如计算机：应用程序，如FTP，SMTP，HTTP表示层表示层 .计算机：编码方式，图像编解码、计算机：编码方式，图像编解码、URL字字 段传输编码段传输编码会话层会话层 .计算机：建立会话，计算机：建立会话，SESSION认证、断点认证、断点续传续传传输层传输层 .计算机：进程和端

42、口计算机：进程和端口网络层网络层网络：路由器，防火墙、多层交换机网络：路由器，防火墙、多层交换机数据链路层数据链路层 .网络：网卡，网桥，交换机网络：网卡，网桥，交换机物理层物理层网络：中继器，集线器、网线、网络：中继器，集线器、网线、HUB 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系32页 美国电气电子工程师协会美国电气电子工程师协会IEEE 802委员会首先制定了委员会首先制定了局域网的局域网的体系结构体系结构，即著名的，即著名的IEEE 802参考模型，许多参考模型，许多802标准现已成为标准现已成为ISO国际标准。国际标准。IEEE 802委员会从委员会从1980年开始研究局

43、域网的标准，年开始研究局域网的标准，1985年公布年公布IEEE 802标准的五项标准文本，同年标准的五项标准文本，同年ANSI采用作为美采用作为美国国家标准，国国家标准，ISO也将其作为局域网的国际标准，对应标准为也将其作为局域网的国际标准，对应标准为ISO 8802。后来又扩充了多项标准文本。后来又扩充了多项标准文本。二、二、IEEE 802参考模型参考模型 802协议标准定义的是协议标准定义的是计算机局域网计算机局域网，不存在路由问题不存在路由问题，而且只，而且只有有ISO/RM的最低的的最低的物理层和数据链路层物理层和数据链路层这两个层次。在数据链这两个层次。在数据链路层又分为路层又分

44、为介质访问控制介质访问控制MAC和逻辑链路控制（和逻辑链路控制（LLC）两个子层。两个子层。 802.1 ：高层局域网协议：高层局域网协议Higher Layer LAN Protocols 802.2 ：逻辑链路控制：逻辑链路控制Logical Link Control 802.3 ：以太网：以太网Ethernet （CSMA/CD）简单说一下简单说一下802系列如下：系列如下： 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系33页 802.4 ：令牌总线：令牌总线Token Bus 802.5 ：令牌环：令牌环Token Ring 802.6 ：城域网：城域网 802.7 ：宽带技术

45、：宽带技术 802.8 ：光纤技术：光纤技术 802.9 ：语音与数据综合局域网：语音与数据综合局域网 802.11：无线局域网：无线局域网Wireless LAN 802.12 ：100VG AnyLAN 802.15：无线个域网：无线个域网 Wireless Personal Area Network （蓝牙）（蓝牙） 802.16：宽带无线接入：宽带无线接入 Broadband Wireless Access （WiMAX） 802.17：弹性分组环：弹性分组环 Resilient Packet Ring 802.18：无线管制：无线管制 Radio Regulatory TAG 802

46、.19：共存：共存 Coexistence TAG 802.20：移动宽带无线接入：移动宽带无线接入 Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系34页 802.21：媒质无关切换：媒质无关切换 Media Independent Handoff IEEE 802 标准实际上是标准实际上是IEEE 对于对于局域网技术局域网技术制定的一系列标准制定的一系列标准的集合，它主要包括的集合，它主要包括IEEE 802.3、IEEE 802.4、IEEE 802.5三个局三个局域网标准域网标准，这些标准分别描述了，这

47、些标准分别描述了CSMA/CD、令牌总线和令牌环、令牌总线和令牌环网网络类型。络类型。1IEEE 802.3相关技术规范相关技术规范 IEEE 802.3 标准是针对标准是针对CSMA/CD 访问方法和物理规范。采用此访问方法和物理规范。采用此技术的典型网络是以太网（技术的典型网络是以太网（Ethernet）。它是美国施乐公司）。它是美国施乐公司（Xerox）于）于20 世纪世纪70 年代开发的。这种网络最初采用总线型拓年代开发的。这种网络最初采用总线型拓扑结构进行实现，现在以太网也采用星型拓扑结构，使数据传输速扑结构进行实现，现在以太网也采用星型拓扑结构，使数据传输速率最高可达到率最高可达到

48、1000Mbps。IEEE 802.3 类型网络采用的介质访问控制方法即类型网络采用的介质访问控制方法即CSMA/CD（Carries Sense Multiple Access/Collision Detect），其中文），其中文解释为：解释为：带有冲突检测的载波侦听多路访问（方法）带有冲突检测的载波侦听多路访问（方法）。主要用来控。主要用来控制设备对共享传输介质的访问策略。制设备对共享传输介质的访问策略。（一）一） IEEE 802.3类型的网络类型的网络 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系35页 IEEE 802.3的特点如下：的特点如下：优点：优点：使用最为广泛；算法

49、简单；站点可以在网络运行中安装；使使用最为广泛；算法简单；站点可以在网络运行中安装；使用无源电缆；轻负载时，延迟为用无源电缆；轻负载时，延迟为0。缺点：缺点：使用模拟设备，每个站点在发送的同时要检测冲突；最短帧使用模拟设备，每个站点在发送的同时要检测冲突；最短帧长长64 字节，对于短数据来讲开销太大；无优先级，何时发送是非字节，对于短数据来讲开销太大；无优先级，何时发送是非确定性的，不适合于实时工作；电缆最长确定性的，不适合于实时工作；电缆最长2500 米（使用中继器）；米（使用中继器）；重负载时，冲突严重。重负载时，冲突严重。2.CSMA/CD介质访问控制方法介质访问控制方法 以太网一般采用

50、总线型拓扑结构。虽然在组建以太网的过程中以太网一般采用总线型拓扑结构。虽然在组建以太网的过程中其物理拓扑结构使用星型拓扑，但是其逻辑上任然是总线型结构其物理拓扑结构使用星型拓扑，但是其逻辑上任然是总线型结构（如图所示）。（如图所示）。 在以太网中，由于它是共享总线介质的访问控制方法，因而任在以太网中，由于它是共享总线介质的访问控制方法，因而任何节点都没有可预约的发送时间，他们的数据发送是随机的。所何节点都没有可预约的发送时间，他们的数据发送是随机的。所有节点都是平等的争用发送时间。所以有节点都是平等的争用发送时间。所以CSMA/CD技术是一种随机技术是一种随机争用的方法。争用的方法。 华侨大学

51、电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系36页 a 物理与逻辑统一的总线结构物理与逻辑统一的总线结构 b物理星型结构与逻辑总线结构物理星型结构与逻辑总线结构 图以太网中物理结构和逻辑结构的理解图以太网中物理结构和逻辑结构的理解 CSMA/CD 的工作原理的工作原理可概述为可概述为“先听后发，边听边发，冲突停先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发发，随机重发” 。它不仅体现在以太网中数据的发送过程中，同时。它不仅体现在以太网中数据的发送过程中，同时也体现在数据的接收过程中。也体现在数据的接收过程中。 以数据的发送过程为例：首先需要将发送的数据组织到一起，然以数据的发送过程为例：首先需要将发送

52、的数据组织到一起，然后侦听总线的工作状态，如果总线上已经有数据信号传输，那么它后侦听总线的工作状态，如果总线上已经有数据信号传输，那么它必须等待，直到总线空闲下来，节点便再次启动发送过程。当然，必须等待，直到总线空闲下来，节点便再次启动发送过程。当然，在以太网中会存在两个甚至多个节点在同一时刻发送数据的可能在以太网中会存在两个甚至多个节点在同一时刻发送数据的可能性，一旦发生这种情况，冲突就会产生。所以，性，一旦发生这种情况，冲突就会产生。所以，CSMA/CD 在发送在发送 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系37页 的过程中，一直需要检测信道的状态，当冲突发生时，立即停止的过程

53、中，一直需要检测信道的状态，当冲突发生时，立即停止发送，并且在随机的下一个时间点，再次进行发送尝试。发送，并且在随机的下一个时间点，再次进行发送尝试。（二）（二）IEEE 802.4 类型的网络类型的网络 IEEE 802.4标准定义了令牌总线（标准定义了令牌总线（Token Bus）介质访问控制）介质访问控制方法与相应的物理规范。方法与相应的物理规范。 令牌总线网络采用了在一个广播总线网上传递令牌，并以此来控令牌总线网络采用了在一个广播总线网上传递令牌，并以此来控制节点访问公共传输介质的方法。制节点访问公共传输介质的方法。 令牌从一个站点传到网络上的下一个站点，并且令牌从一个站点传到网络上的

54、下一个站点，并且只有拥有令牌的只有拥有令牌的站才能发送数据。站才能发送数据。令牌是以令牌是以基于节点地址基于节点地址的逻辑顺序传递的，这个的逻辑顺序传递的，这个顺序可能与节点的物理地址相关，类似令牌环网的规则。顺序可能与节点的物理地址相关，类似令牌环网的规则。 这种方式和这种方式和CSMA/CD方式一样，采用总线网络拓扑，但不同的方式一样，采用总线网络拓扑，但不同的是是网上各工作站按一定顺序形成一个逻辑环。网上各工作站按一定顺序形成一个逻辑环。每个工作站在环中均每个工作站在环中均有一个指定逻辑位置，末站的后站就是首站（即有一个指定逻辑位置，末站的后站就是首站（即首尾相连首尾相连），每站），每站

55、都了解其先行站和后继站的地址都了解其先行站和后继站的地址, 总线上各站的物理位置与逻辑位总线上各站的物理位置与逻辑位置无关，如下图所示：置无关，如下图所示： 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系38页 图图 令牌总线网的逻辑运行图令牌总线网的逻辑运行图1.环初始化环初始化，即生成一个顺序访问的次序。网络开始启动时，或，即生成一个顺序访问的次序。网络开始启动时，或由于某种原因，在运行中所有站点不活动的时间超过规定的时间，由于某种原因，在运行中所有站点不活动的时间超过规定的时间，都需要进行逻辑环的初始化。初始化的过程是一个争用的过程，都需要进行逻辑环的初始化。初始化的过程是一个争用

56、的过程，争用结果只有一个站能取得令牌，其它的站点用争用结果只有一个站能取得令牌，其它的站点用“站插入算法站插入算法”插入。插入。令牌总线网的主要操作过程如下：令牌总线网的主要操作过程如下：2.令牌传递算法。令牌传递算法。逻辑环按递减的站地址次序组成，刚发完帧的站逻辑环按递减的站地址次序组成，刚发完帧的站 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气工程与自动化系39页 点将令牌传递给后继站，后继站应立即发送数据或令牌帧，原先点将令牌传递给后继站，后继站应立即发送数据或令牌帧，原先释放令牌的站监听到总线上的信号，便可确认后继站已获得令牌。释放令牌的站监听到总线上的信号，便可确认后继站已获得令牌。3.插

57、队入环算法。插队入环算法。必须周期性地给未加入环的站点以机会，将它必须周期性地给未加入环的站点以机会，将它们插入到逻辑环的适当位置中。如果同时有几个站要插入时，可们插入到逻辑环的适当位置中。如果同时有几个站要插入时，可采用带有响应窗口的争用处理算法。采用带有响应窗口的争用处理算法。4.退出环算法。退出环算法。可以通过将其前趋站和后继站连到一起的办法，可以通过将其前趋站和后继站连到一起的办法，使不活动的站退出逻辑环，并修正逻辑环递减的站地址次序。使不活动的站退出逻辑环，并修正逻辑环递减的站地址次序。5.故障处理。故障处理。网络可能出现错误，这包括令牌丢失引起断环，重网络可能出现错误，这包括令牌丢

58、失引起断环，重复地址、产生多个令牌等。网络需对这些故障做出相应的处理。复地址、产生多个令牌等。网络需对这些故障做出相应的处理。优点：发送具有确定性，支持优先级，可处理短帧；使用宽带电优点：发送具有确定性，支持优先级，可处理短帧；使用宽带电缆，支持多信道；重负载时，吞吐量和效率较高。缆，支持多信道；重负载时，吞吐量和效率较高。缺点缺点:使用大量的模拟装置；协议复杂；轻负载时，延迟大；很难使用大量的模拟装置；协议复杂；轻负载时，延迟大；很难用光纤实现。用光纤实现。IEEE 802.4的特点如下：的特点如下：（三）三）IEEE 802.5 类型的网络类型的网络 华侨大学电气工程与自动化系华侨大学电气

59、工程与自动化系40页 1.IEEE 802.5相关技术规范相关技术规范 IEEE 802.5 标准通常指标准通常指令牌环网令牌环网。它规定了物理层和数据链路。它规定了物理层和数据链路层的层的MAC 子层的信息传递过程。子层的信息传递过程。IEEE 802.5 采用传递令牌的方采用传递令牌的方法在法在STP或或UTP 电缆以及光纤上以较高速率进行存取，其在功能电缆以及光纤上以较高速率进行存取，其在功能和运行上与和运行上与IBM 令牌环网相同。令牌环网相同。 令牌环网令牌环网基本工作原理基本工作原理如下：如下： 网上传输一个称为令牌的传输比特模型。当网上所有站点都处网上传输一个称为令牌的传输比特模

60、型。当网上所有站点都处于空闲时，令牌就沿环绕行。当某一个站点要求发送数据时，必于空闲时，令牌就沿环绕行。当某一个站点要求发送数据时，必须等待，直到须等待，直到捕获捕获到经过该站的令牌为止。这时，该站点可以改到经过该站的令牌为止。这时，该站点可以改变令牌中一个特殊字段，把令牌标记成已被使用，并把令牌作为变令牌中一个特殊字段，把令牌标记成已被使用，并把令牌作为数据帧的数据帧的帧头和数据帧一起发送到环上帧头和数据帧一起发送到环上。与此同时，环上不再有。与此同时，环上不再有令牌，因此有发送要求的站点必须等待。环上每一个站点检测并令牌，因此有发送要求的站点必须等待。环上每一个站点检测并转发环上的数据帧，