FX系列PLC编程及应用(廖常初)第6章

第6章PLC的通信与计算机通信网络

6.1计算机通信方式与串行通信接口6.1.1计算机通信方式与传输速率1．并行通信与串行通信

并行通信以字节或字为单位传输数据，已很少使用。串行通信每次只传送二进制数的一位。最少只需要两根线就可以组成控制网络。2．异步通信与同步通信

接收方和发送方的传输速率的微小差异产生的积累误差，可能使发送和接收的数据错位。异步通信采用字符同步方式（见图6-1），通信双方需要对采用的信息格式（数据位、奇偶校验位和停止位）和传输速率作相同的约定。接收方将停止位和起始位之间的下降沿作为接收的起始点，在每一位的中点接收信息。

奇偶校验用硬件保证发送方发送的每一个字符的数据位和奇偶校验位中“1”的个数为偶数或奇数。接收方用硬件对接收到的每一个字符的奇偶性进行校验，如果奇偶校验出错，SM3.0为ON。

同步通信的发送方和接收方使用同一个时钟脉冲。接收方可以通过调制解调方式得到与发送方同步的接收时钟信号。

3．单工通信与双工通信

单工通信只能沿单一方向传输数据，双工通信每一个站既可以发送数据，也可以接收数据。

全双工方式通信的双方都能在同一时刻接收和发送数据。

半双工方式通信的双方在同一时刻只能发送数据或只能接收数据。4．传输速率的单位为bit/s或bps。6.1.2串行通信的端口标准1．RS-232CRS-232C的最大通信距离为15m，最高传输速率为20kbit/s，只能进行一对一的通信。RS-232C使用单端驱动、单端接收电路，容易受到公共地线上的电位差和外部引入的干扰信号的影响。2．RS-422ARS-422A采用平衡驱动、差分接收电路，因为接收器是差分输入，两根线上的共模干扰信号互相抵消。在最大传输速率10Mbit/s时，允许的最大通信距离为12m。传输速率为100kbit/s时，最大通信距离为1200m，一台驱动器可以连接10台接收器。3．RS-485RS-422A是全双工，用4根导线传送数据。RS-485是RS-422A的变形，为半双工，使用双绞线可以组成串行通信网络。6.2计算机通信的国际标准6.2.1开放系统互连模型

物理层的下面是物理媒体，例如双绞线、同轴电缆和光纤等。物理层定义了传输媒体端口的机械、电气功能和规程的特性。

数据链路层的数据以帧为单位传送，每一帧包含数据和同步信息、地址信息和流量控制信息等。通过校验、确认和要求重发等方法实现差错控制。

应用层为用户的应用服务提供信息交换，为应用接口提供操作标准。6.2.2IEEE802通信标准1．CSMA/CD（带冲突检测的载波侦听多路访问）的基础是以太网。

每个站都是平等的，采用竞争方式发送信息到传输线上，“先听后讲”和“边听边讲”。其控制策略是竞争发送、广播式传送、载体监听、冲突检测、冲突后退和再试发送。以太网越来越多地在底层网络使用。2．令牌总线

令牌绕站点组成的逻辑环周而复始地传送。要发送报文的站等到空令牌传给自己，才能发送报文。令牌沿环网循环一周后返回发送站时，如果报文已被接收站复制，发送站将令牌置为“空”，送上环网继续传送，以供其他站使用。3．令牌环用得少4．主从通信方式

主从通信并非标准，其网络有一个主站和若干个从站。主站向某个从站发送请求帧，该从站接收到后才能向主站返回响应帧。主站按事先设置好的轮询表的排列顺序对从站进行周期性的查询。6.2.3现场总线及其国际标准1．现场总线IEC对现场总线的定义：“安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线”。2．现场总线的国际标准

（1）IEC61158IEC61158第4版采纳了经过市场考验的20种现场总线（见表6-1）。其中约一半是实时以太网。

（2）IEC62026IEC62026是供低压开关设备与控制设备使用的控制器电气接口标准。6.3FX系列PLC的通信功能6.3.1数据链接与无协议通信1．并联链接

并联链接使用RS-485通信适配器或功能扩展板，实现同一子系列的两台FX系列PLC之间的信息自动交换，一台作为主站，另一台作为从站。2．PLC之间的简易链接（N﹕N链接）

使用RS-485通信适配器或功能扩展板，实现最多8台FX系列PLC之间的信息自动交换。一台是主站，其余的为从站。各PLC之间通过共享数据区自动交换数据。3．计算机链接

计算机链接用于一台计算机与一台配有RS-232C通信接口的PLC通信，计算机也可以通过RS-485通信网络与最多16台PLC通信，RS-485网络与计算机的RS-232C通信接口之间需要使用FX-485PC-IF转换器。

计算机链接与Modbus通信协议中的ASCII模式相似，由计算机发出读、写PLC中的数据的命令帧，PLC收到后自动生成和返回响应帧。4．变频器通信

通过RS-485，FX2N、FX2NC最多可以与8台三菱的500系列变频器通信。FX3U、FX3UC和FX3G最多可以与8台三菱的500/700系列变频器通信。5．I/O链接I/O链接中远程I/O与CPU单元之间的信息交换是自动进行的，只需要很少几根通信线。使用远程I/O时需要增加通信接口模块。FX2N系列PLC通过FX2N-16LNK-MMELSECI/O链接主站模块，用双绞线直接连接16个远程I/O站，网络总长为200m，最多支持128点，I/O点刷新时间约5.4ms，传输速率为38400bit/s。6．无协议通信

无协议通信方式可以实现PLC与各种有RS-232C接口或RS-485接口的设备之间的通信。PLC与远程设备之间可以使用用户自定义的通信规约。7．编程通信功能FX3G内置的USB接口和FX3U和FX3UC的通信用功能扩展板FX3U-USB-BD可以与计算机的USB接口通信。所有的FX系列PLC都集成有RS-422接口，可通过USB编程电缆与计算机的USB接口通信。9．通信的硬件1）通信用功能扩展板的价格便宜，安装在PLC的内部，没有光电隔离。有RS-232、RS-422、RS-485功能扩展板和FX3U-USB-BD。2）RS-232和RS-485通信用适配器。3）FX2N-232-IF是RS-232C通信接口模块，有光电隔离。4）FX-485PC-IF-SET是RS-232C和RS-485信号转接器，有光电隔离。

在网络的两端，应设置110Ω的终端电阻。FX3U-485-BD、FX3G-485-BD和FX3U-485ADP内置终端电阻，用终端电阻切换开关设置是否使用终端电阻。6.3.2开放式通信网络

大型控制系统一般采用3层网络结构，最高层是以太网，第2层是三菱的CC–Link。底层是现场总线，例如AS-i。1．CC–Link通信网络

除了FX1S外，FX系列PLC可以接入CC–Link和AS-i网络。FX3U、FX3UC和FX3G做主站时，可以连接智能设备站。CC–Link的最高传输速率为10Mbit/s，最长距离1200m（与传输速率有关）。

使用CC–Link接口模块的FX系列PLC可以做CC–Link的远程站，安装了CC–Link主站模块后，FX系列PLC在CC-Link网络中可以作主站。2．现场总线AS-i网络AS-i（执行器传感器接口）网络已被纳入IEC62026标准，响应时间小于5ms，由总线提供电源。AS-i用两芯电缆连接现场的传感器和执行器。

三菱的FX2N-32ASI-M是AS-i网络的主站模块，最长通信距离100m，使用两个中继器可以扩展到300m。波特率为167kbit/s，最多可以接31个从站。6.4计算机链接通信协议6.4.1串行通信的参数设置1．用PLC参数设置对话框设置通信参数

在使用计算机链接、变频器通信、无协议通信功能时，可以用D8120设置串行通信的参数，也可以用编程软件来设置。双击左边工程数据列表的“参数”文件夹中的“PLC参数”，在打开的对话框的“PLC系统（2）”选项卡，选中“通信设置操作”多选框，设置通信的参数。2．用D8120设置串行通信的参数的方法见表6-2和表6-3。3．计算机链接通信用的特殊软元件见表6-4。2．计算机读取PLC数据的数据传输格式

以控制协议格式4为例，计算机从PLC中读数据的过程分为3步：1）计算机向PLC发送以控制代码ENQ（请求）开始的读数据命令报文，数据按从左至右的顺序发送。2）PLC接收到命令后，向计算机发送以控制代码STX开始、包含要求读取的数据的报文。计算机向PLC发送的命令有错误时，或在通信过程中产生错误，PLC将向计算机发送以NAK（无法确认）开始的、有错误代码的报文。3）计算机在接收到PLC返回的数据后，向PLC发送以ACK开始的确认报文。计算机接收到PLC发来的有错误的报文时，向PLC发送以NAK开始的无法确认的报文。NAK错误代码见表6-8。3．计算机向PLC写数据的数据传输格式

计算机首先向PLC发送写数据命令报文，PLC收到计算机的命令后，执行相应的操作，执行完成后向计算机发送以ACK开头的确认报文，表示写操作已执行。

若计算机发送的写命令有错误，或者在通信过程中出现了错误，PLC将向计算机发送以NAK（不能确认）开始的、有错误代码的报文。6.4.3控制协议各组成部份的说明

计算机链接的命令帧和响应帧均由ASCII码组成，使用ASCII码的优点是控制代码（包括结束字符）不会和需要传送的数据的ASCII码混淆。一个字节的十六进制数对应两个字节的ASCII码，因此ASCII码的传送效率较低。1．控制代码见表6-5。2．同一网络中各PLC的站号不能重复，用D8121来设定站号（00H～0FH）。3．FX系列PLC的标识号为十六进制数FFH对应的ASCII字符46H和46H。4．计算机链接的命令（ASCII字符）用来指定操作的类型（见表6-6）。5．报文等待时间是计算机在接收和发送状态之间切换的延迟时间。以10ms为单位，可以在十六进制数0～F之间选择，用ASCII码表示。6．数据字符即需要发送的数据信息。7．校验和代码

校验和代码用来校验接收到的信息中的数据是否正确。将报文的第一个控制代码与校验和代码之间所有字符的十六进制数形式的ASCII码求和，把和的最低两位十六进制数作为校验和代码，以ASCII码的形式放在报文的末尾。接收方收到校验和后，根据接收到的字符计算出校验和代码，并与接收到的校验和代码比较，可以检查出接收到的数据是否出错。D8120的b13位为1时，要求有校验和代码。8．控制代码CR/LF

选择控制协议格式4时，PLC会在它发出的报文的最后面自动加上回车和换行符，即控制代码CR/LF，对应的十六进制数为0DH和0AH。11．计算机链接通信的错误诊断

有通信错误时，无法确认（NAK）的响应报文中的错误代码见表6-8。PLC的错误不是用NAK报文发送出去，错误代码储存在D8063中。6.5计算机链接通信协议中的命令

命令见表6-6，本节的例子均采用协议格式1，报文末尾无回车、换行符。报文中的ASCII码均用以H结束的十六进制数的形式表示。6.5.1计算机读写PLC软元件的命令1．读取位软元件组数据的命令

（1）计算机向PLC发送读命令BR，请求读取X4～X7的状态。

（2）PLC返回读取的数据

设X4～X6为ON，X7为OFF，PLC正确地接收到命令后，返回报文：PLC检测到有校验和错误时，返回下面的报文，错误代码的意义见表6-8。

（3）计算机发送确认报文

计算机正确地接收到要读取的数据后，向PLC发送确认报文：

如果计算机检测到通信错误，向PLC发送的报文为：

其他命令的具体情况见6.5节。6.5.2下位请求通信功能

计算机与PLC之间的数据传输通常由计算机启动。如果PLC需要主动向计算机发送数据，可以使用下位请求通信功能。该功能用得不多，仅适用于计算机与PLC为1对1的配置，最多可以传送64个字。6.5.4计算机链接通信协议应用实例1．系统概述

某水电厂的弧形闸门开度测控系统以计算机为主控级，3台FX1N-60MTPLC用来实现闸门的数据采集、运算、控制和通信等功能，计算机与各PLC之间用RS-485网络连接。闸门开度用绝对式旋转编码器来检测，编码器的输出为二进制循环码（格雷码）。FX1N-485ADP通信适配器的最大传输速率为19200bit/s，传输距离为500m。RS-232C/RS-485变换器FX-485PC-IF用于连接上位计算机与PLC之间的RS-485网络。图6-26中PLC的接线为RS-485方式。网络两端的站点应接终端电阻。2．通信程序设计

计算机与PLC的通信采用计算机链接通信协议，计算机为主机，它每隔500ms向一台PLC发送命令报文，请求读取该PLC的字软元件D50～D52，PLC根据命令报文中的站号判断是否是发给本站的，如果是，则自动生成发送给计算机的响应报文。计算机读完3台PLC的数据后，又开始读第一台。

通信参数如下：数据长度为8位，无奇偶校验，1位停止位，传输速率9600bit/s，控制线b10～b12＝000（RS-485接口），自动加上校验和，专用协议通信，传输控制协议格式4。对照表6-2，可知D8120对应的十六进制数为E081H。1～3号弧形闸门的PLC在网络中的站号分别为1～3号站。2号站的通信初始化程序如下：LD M8002MOV HE081 D8120 //设置通信参数MOV K2 D8121 //PLC的站号为2MOV K0 D8129 //超时检测时间为100ms

要求PLC上传的软元件号和变量的定义如下：D50：闸门开度测量值（十六进制数，单位为cm）；D51＝0：闸门开度测量仪工作正常，＝1：不正常；D52＝0：闸门开度测量仪输出无突变，＝1：有突变。

计算机发出的读取数据的命令报文格式如下：

设D50～D52中的十六进制数分别为0123H、0000和0000，PLC正确地接收到数据后返回的报文为：6.6PLC之间的链接通信和PLC与变频器的通信6.6.1N:N链接通信协议1．N:N链接通信的3种模式N:N链接通信协议用于最多8台FX系列PLC之间的自动数据交换，其中一台为主机，其余的为从机。波特率为38400bit/s。

各台PLC之间共享的数据范围有3种模式，系统中有FX1S时只能使用模式0。

每台PLC分别有一片系统指定的共享数据区（见表6-12）。对于某台PLC来说，分配给它的共享数据区的数据自动地传送到别的站的相同区域，分配给其他PLC的共享数据区中的数据是别的站自动传送来的。如果在模式1要用0号站的X0控制2号站的Y0，可以用0号站的X0来控制它的M1000，再用2号站的M1000来控制它的Y0。2．N:N网络的设置N:N网络的设置仅在程序运行时有效。除了站号，其余参数均由主站设置。D8178设置的刷新范围模式适用于N:N网络中所有的工作站。6.6.2N:N网络编程举例1．系统配置

系统硬件接线如图6-27所示，3台FX2N系列PLC通过N:N网络交换数据。2．控制要求1）用主站的X0～X3来控制1号从站的Y10～Y13。2）用1号从站的X0～X3来控制2号从站的Y14～Y17。3）用2号从站的X0～X3来控制主站的Y20～Y23。4）主站的数据寄存器D1为1号从站的计数器C1提供设定值。C1的触点状态由M1070映射到主站的Y5输出点。5）1号从站D10的值和2号从站D20的值在主站相加，运算结果存放到主站的D3中。3．主站程序N:N网络的设定程序必须从第0步开始，用M8038的驱动触点编写。站号必须连续设置。FX3U、FX3UC和FX3G可用两个通道，使用通道2时，应使用OUT指令将M8179置为ON。LD M8038 //设置了N:N网络的通信参数时M8038为ONMOV K0 D8176 //设置主站站号为0MOV K2 D8177 //该主站链接两台从站

MOV K1 D8178 //刷新模式设置为1MOV K3 D8179 //重试次数为3次MOV K5 D8180 //超时时间为50msOUT M8179 //仅3系列使用通道2时需要这条指令LD M8000 //PLC运行时MOV K1X0 K1M1000 //操作1，X0～X3传送给M1000～M1003MOV K5 D1 //操作4，D1为1号站的C1提供设定值LDI M8184 //如果从站1通信正常AND M1070 //并且从站1中计数器C1的常开触点接通OUT Y5 //操作4LDI M8185 //如果从站2通信正常MOV K1M1128K1Y20 //操作3LDI M8184 //如果从站1通信正常ANI M8185 //且从站2通信正常ADD D10 D20 D3 //操作5END4．从站1的程序LD X1RST C1 //计数器C1复位LDI M8183 //如果主站通信正常MOV K1M1000K1Y10 //操作1，M1000～M1003传送给Y10～Y13MOV K10 D10 //操作5AND X0 //X0为C1提供计数脉冲输入OUT C1 D1 //操作4，主站通过D1为C1提供设定值LDI M8183 //如果主站通信正常AND C1OUT M1070 //操作4，C1通过M1070控制主站的Y5LDI M8185 //如果2号从站通信正常MOV K1X0 K1M1064 //操作2END5．从站2的程序LDI M8183 //如果主站通信正常MOV K1X000 K1M1128 //操作3MOV K15 D20 //操作5LDI M8184 //如果从站1通信正常MOV K1M1064K1Y014 //操作2END6.6.3并联链接

并联链接用来实现两台同一组的FX系列PLC之间的数据自动传送。并联链接有标准模式和高速模式，用M8162来设置工作模式。主、从站之间通过周期性的自动通信，用表6-16中的软元件来实现数据共享。FX3U、FX3UC和FX3G的最高波特率为115000bit/s，其他系列为19200bit/s。

【例6-3】两台FX1N系列PLC用并联链接交换数据，要求实现下述功能：

主站的X0～X7通过M800～M807控制从站的Y0～Y7；

从站的X0～X7通过M900～M907控制主站的Y0～Y7；

主站D0的值小于等于100时，从站中的Y10为ON；

从站中D10的值用来作主站的T0的设定值。

（1）主站程序

LD M8000 //M8000一直为ON OUT M8070 //设置为主站LDI M8072 //如果并联链接未运行OR M8073 //或主站从站设置异常OUT Y10 //错误指示灯被置ONLD M8000MOV K2X0 K2M800 //将主站的X0～X7的值发送给从站MOV K2M900K2Y0 //用从站的X0～X7控制主站的Y0～Y7MOV D0 D490 //将主站的D0发送给从站LD X10 OUT T0 D500 //用从站的D10作为主站的T0的设定值

END

（2）从站程序LD M8000 OUT M8071 //设置为从站MOV K2M800K2Y0 //用主站的X0～X7控制从站的Y0～Y7MOV K2X0 K2M900 //将从站的X0～X7的值发送给主站MOV D10 D500 //将从站的D10发送给主站AND<= D490 K100 //主站的D0≤100时OUT Y10 //从站中的Y10为ONEND

高速模式的编程与正常模式基本上相同，其区别仅在于在主站和从站的程序中，都需要用M8000的常开触点接通M8162的线圈。6.6.4PLC与变频器的通信1．硬件配置

通过RS-485，FX2N、FX2NC最多可以与8台三菱的S500/E500/A500系列变频器通信。FX3U、FX3UC和FX3G最多可以与8台S500/E500/A500/F500/V500/D700/E700/A700/F700变频器通信。通信采用变频器计算机链接协议。

变频器使用内置的RS-485通信端口，FX2N可选用RS-485通信功能扩展板（FX2N-485-BD），最大通信距离50m。或选用通信适配器加上链接特殊适配器用的板卡，最大通信距离500m。此外还需要配置功能扩展用的存储器盒。波特率为4800～19200bit/s，FX3G可达38400bit/s。2．参数设置

用变频器的操作面板，为变频器设置站号、波特率、7位数据位和1位停止位、偶校验、等待时间、有CR/无LF、上电时外部运行模式、计算机链接模式、通信检查中止。可以用PLC参数设置对话框中的“PLC系统（2）”选项卡，设置的参数为无协议通信、7位数据长度、1位停止位、偶校验、与变频器相同的传输速率，其他通信参数可以忽略。3．指令替换FX3G、FX3U、FX3UC使用应用指令FNC270～FNC274。FX2N、FX2NC使用功能指令EXTR（FNC180）来替换FX3G、FX3U、FX3UC的FNC270～FNC273。

高速模式的编程与正常模式基本上相同，其区别仅在于在主站和从站的程序中，都需要用M8000的常开触点接通M8162的线圈。4．编程举例

【例6-4】要求X0为ON时变频器停机，X1和X2为ON时变频器分别正转和反转。用D10来设置变频器的速度，变频器的站号为0。EXTR指令的源操作数(S·)（K10～K13）的意义见表6-19，(S1·)是变频器的站号，(S2·)是变频器指令代码。(S3·)是读出值的保存位置，或写入到变频器的数值。在EXTR指令驱动条件M10的上升沿，变频器开始与PLC进行通信。驱动条件一直为ON时，反复进行通信。

变频器的指令代码见手册《FR-S500使用手册(详细篇)》。

指令EXTR的源操作数(S·)为K11时（见图6-28），发送运行控制命令。指令代码为HFD时，将变频器复位，发送的数据字为H9696。指令代码为HFB时，发送数据字H0，将变频器设置为计算机链接模式。

指令EXTR的(S·)为K13时，写入变频器的参数，(S2·)是变频器的参数编号(S3·)是写入到变频器的参数值。

在M17或M18为ON时，修改频率设定值。应用指令EXTR的(S·)为K11，指令代码为HED时，写入设定的频率值，单位为0.01Hz。

指令EXTR的(S·)为K11，指令代码为HFA时（见图6-29），写入运行指令。命令参数在K2M20（M20～M27）中，其中的第1位M21为ON时为正转命令，第2位M22为ON时为反转命令。这两位均为OFF时，变频器停机。X0为ON时M15被置位，使M21和M22均为OFF，变频器停机。X1为ON时M15被复位，M21变为ON，变频器正转。X2为ON时M15被复位，M22变为ON，变频器反转。

指令EXTR的(S·)为K10时，读取变频器的运行参数，(S2·)中的指令代码为H7A时，读取变频器的状态，保存到K2M100（M100～M107）中。M100～M104为ON分别表示变频器正在运行、正转运行、反转运行、到达设定的频率和过负荷。M106和M107为ON分别表示检测到频率和有报警出现。可以用上述存储器位分别控制相应的状态显示指示灯。

指令EXTR的(S·)为K10，指令代码为H6F时，将读取的输出频率值保存到D50中，单位为0.01Hz。可以用人机界面显示该频率值。6.7无协议通信方式与RS通信指令6.7.1无协议通信1．无协议通信的特点FX系列的RS指令用于PLC与计算机或RS-232C设备的无协议数据通信。可以使用用户自定义的通信规约。波特率为300~19200bit/s，FX3G为38400bit/s。2．参数设置

在程序中用D8120设置通信参数，或用PLC参数设置对话框的“PLC系统（2）”选项卡设置通信的参数。可以设置是否有起始字符和结束字符。3．RS串行通信指令RS指令中的(S·)和m用来指定保存要发送的数据的起始地址和字节数（不包括起始字符与结束字符），(D·)和n用来指定保存接收到的数据的起始地址和可以接收的最大数据字节数。FX1S和FX1N的m和n为1～255B，其他系列为1～4096B。不需要发送数据时，m为0；不需要接收数据时，n为0。

无协议通信方式有两种数据处理格式。M8161设置为OFF时，为16位数据处理模式；反之为8位数据处理模式。16位数据处理模式先发送或接收数据寄存器的低8位，然后是高8位；8位数据模式时，只发送或接收数据寄存器的低8位，未使用高8位。6．与RS指令有关的特殊软元件见表6-20。M8122是发送请求标志位，M8123是接收结束标志位。FX3U、FX3UC和FX3G用D8405保存在PLC中设置的通信参数（与D8120中的值相同），用D8419保存正在执行的通信功能的代码。

6.7.2无协议通信编程举例

硬件接线见图6-31，采用RS-232C串行通信方式，PLC使用FX-232-BD通信用功能扩展板。通信格式如下：16位数据模式、无控制线方式、有起始字符与结束字符、波特率为9600bit/s、1位停止位、无