第七章可编程控制器通信与网络技术

第七章可编程控制器通信与网络技术近年来，工厂自动化网络得到了迅速的发展，相当多的企业已经在大量地使用可编程设备，如PLC、工业控制计算机、变频器、机器人、柔性制造系统等。将不同厂家生产的这些设备连在一个网络上，相互之间进行数据通信，由企业集中管理，已经是很多企业必须考虑的问题。本章主要介绍有关PLC的通信与工厂自动化通信网络方面的初步知识。第一节PLC通信基础当任意两台设备之间有信息交换时，它们之间就产生了通信。PLC通信是指PLC与PLC、PLC与计算机、PLC与现场设备或远程I/O之间的信息交换。PLC通信的任务就是将地理位置不同的PLC、计算机、各种现场设备等，通过通信介质连接起来，按照规定的通信协议，以某种特定的通信方式高效率地完成数据的传送、交换和处理。本节就通信方式、通信介质、通信协议及常用的通信接口等内容加以介绍。一、通信方式1．并行通信与串行通信数据通信主要有并行通信和串行通信两种方式。并行通信是以字节或字为单位的数据传输方式，除了8根或16根数据线、一根公共线外，还需要数据通信联络用的控制线。并行通信的传送速度快，但是传输线的根数多，成本高，一般用于近距离的数据传送。并行通信一般用于PLC的内部，如PLC内部元件之间、PLC主机与扩展模块之间或近距离智能模块之间的数据通信。串行通信是以二进制的位（bit）为单位的数据传输方式，每次只传送一位，除了地线外，在一个数据传输方向上只需要一根数据线，这根线既作为数据线又作为通信联络控制线，数据和联络信号在这根线上按位进行传送。串行通信需要的信号线少，最少的只需要两三根线，适用于距离较远的场合。计算机和PLC都备有通用的串行通信接口，工业控制中一般使用串行通信。串行通信多用于PLC与计算机之间、多台PLC之间的数据通信。在串行通信中，传输速率常用比特率（每秒传送的二进制位数）来表示，其单位是比特/秒（bit/s）或bps。传输速率是评价通信速度的重要指标。常用的标准传输速率有300、600、1200、2400、4800、9600和19200bps等。不同的串行通信的传输速率差别极大，有的只有数百bps，有的可达100Mbps。2．单工通信与双工通信串行通信按信息在设备间的传送方向又分为单工、双工两种方式。单工通信方式只能沿单一方向发送或接收数据。双工通信方式的信息可沿两个方向传送，每一个站既可以发送数据，也可以接收数据。双工方式又分为全双工和半双工两种方式。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，这种传送方式称为全双工方式；用同一根线或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接收数据，这种传送方式称为半双工方式。在PLC通信中常采用半双工和全双工通信。俊3．定异步饺通信书与同蛙步通滨信工忌敢在串挠行通北信中腊，通鞋信的捕速率搬与时速钟脉奶冲有黑关，滨接收妖方和糕发送净方的陵传送饿速率游应相桥同，抽但是暮实际蚕的发啦送速效率与溪接收讯速率仅之间谣总是默有一悬些微骄小的亲差别险，如夸果不诱采取裕一定桥的措摄施，起在连届续传市送大杆量的叙信息芦时，遭将会提因积芳累误欠差造更成错煌位，异使接救收方锁收到浊错误成的信骗息。党为了木解决膜这一京问题例，需剥要使叹发送丛和接刺收同得步。恳按同派步方巨式的饿不同捎，可普将串测行通狐信分摄为异六步通宜信和妙同步扇通信普。扰异步妖通信云的信毯息格姓式如窄图7曲-1辣所示泥，发占送的脊数据膊字符脆由一抖个起福始位善、7欣~铜8个炸数据劣位、暗l个刮奇偶植校验火位（盐可以轰没有死）和嘴停止卫位（挤1位翼、1虏.双5腥或撤2揭位）及组成猎。通么信双粗方需总要对病所采冤用的熟信息孙格式壁和数钟据的莫传输背速率蓝作相讲同的笋约定旁。接原收方玻检测任到停轧止位冈和起恨始位城之间单的下娱降沿埋后，旦将它仅作为湿接收誓的起台始点喉，在版每一掘位的栽中点择接收危信息鹿。由纺于一炮个字勤符中付包含尼的位厦数不恨多，烧即使配发送送方和中接收污方的蹄收发巾频率惕略有劣不同爽，也灵不会卧因两摘台机皂器之蔬间的防时钟腔周期弟的误乎差积迎累而扛导致纠错位挪。异第步通涛信传羡送附蚕加的拾非有嘉效信抢息较廊多，愉它的棒传输责效率演较低闻，一况般用碗于低刑速通小信，狐PL蜻C一矩般使达用异弟步通凝信。挡图7秋-1遍渠异步舰通信完的信烂息格祖式探同步纯通信驶以字洽节为压单位公（一恼个字艳节由愚8位误二进帅制数旨组成踩），温每次愉传送婆l逃~页2个距同步颜字符敞、若滑干个纳数据盈字节服和校尝验字恳符。舞同步妻字符细起联嫩络作党用，嫂用它森来通勒知接具收方椅开始狮接收恼数据螺。在烤同步着通信榜中，界发送辫方和族接收遵方要江保持命完全碰的同希步，税这意渔味着芬发送舞方和迫接收案方应抄使用父同一恳时钟贝脉冲汤。在阿近距雄离通扎信时扒，可嘉以在锻传输丰线中抗设置秘一根搂时钟趟信号荡线。那在远袋距离坏通信融时，援可以驼在数尘据流晚中提奴取出递同步坊信号毅，使袜接收婶方得跃到与唯发送逝方完废全相闷同的贴接收挠时钟裕信号查。由朴于同巷步通绪信方朵式不尼需要酱在每重个数度据字钩符中葱加起波始位蹈、停饿止位生和奇还偶校积验位其，只乒需要胃在数匹据块续（往酷往很星长）痛之前田加一内两个聚同步笨字符厌，所你以传领输效概率高妄，但虎是对层硬件技的要肤求较绵高，层一般羊用于尘高速泼通信毕。姿4.湾基雾带传同输与爬频带尘传输现基带形传输脱是按拆照数积字信搬号原首有的伙波形越（以卫脉冲盟形式瑞）在图信道津上直百接传短输，范它要划求信偶道具乎有较社宽的竭通频会带。劲基带竿传输传不需触要调本制解望调，冻设备哑花费途少，睁适用表于较曾小范敞围的底数据洁传输脖。基趋带传鹊输时倾，通辈常对征数字粉信号腔进行树一定拣的编爸码，花常用恳数据近编码绘方法索有非递归零吊码N于RZ扫、曼搏彻斯或特编躬码和肢差动棋曼彻柔斯特夜编码疤等。娘后两然种编摇码不将含直贝流分下量、炉包含冷时钟域脉冲趣、便电于双合方自细同步软，所俩以应将用广柄泛。判频带堆传输德是一戚种采科用调富制解唱调技睬术的概传输棕形式窃。发违送端骂采用屑调制姨手段斯，对知数字改信号船进行凤某种沾变换斗，将门代表恩数据充的二恭进制柴“波1持”氏和迹“克0葱”痒，变晓换成浙具有抓一定茂频带躲范围妄的模愧拟信坐号，但以适来应在伴模拟娃信道呼上传励输；吧接收颈端通迁过解颈调手服段进博行相摘反变辞换，林把模妄拟的友调制采信号夫复原诵为迈“扩1木”锄或绸“窝0墙”销。常洽用的施调制双方法辽有频循率调拐制、滴振幅转调制棚和相抚位调箱制。倒具有镇调制恭、解旨调功窃能的午装置突称为哲调制狭解调栋器，寇即M搏od横em良。频害带传速输较阴复杂哥，传月送距斑离较拆远，塘若通坛过市枕话系择统配阿备M孤od纺em钥，则变传送辈距离辣可不键受限茎制。躺PL根C通柳信中逼，基蒙带传约输和却频带宽传输使两种辜传输凉形式割都有拍采用讨，但盯多采伍用基糠带传次输。僚二、句通信挡介质庄通信侧介质葡就是姻在通美信系危统中赌位于麻发送孩端与数接收命端之辫间的堂物理迷通路酱。通悉信介饿质一绍般可粮分为王导向愈性和梳非导筹向性成介质谋两种颗。导脉向性尝介质询有双僚绞线畅、同根轴电音缆和康光纤嫌等，命这种蜡介质夕将引害导信结号的锯传播溉方向盛；非牙导向犁性介荣质一伶般通以过空泰气传劝播信芹号，插它不苦为信疼号引响导传兄播方逮向，虚如短蚕波、关微波减和红控外线赶通信岗等。聋以下枕仅简费单介乎绍几站种常层用的怕导向淋性通纠信介梁质。大1．虫双绞热线职双绞边线是爪一种约廉价狱而又嘱广为铺使用贱的通桨信介抓质，俭它由谱两根址彼此孤绝缘暴的导赚线按震照一恒定规桥则以笨螺旋遇状绞简合在获一起冰的，即如图胞7-察2所惠示。说这种惕结构铺能在怀一定帜程度默上减蛙弱来史自外茎部的丰电磁网干扰慎及相师邻双庭绞线独引起固的串如音干剂扰。板但在课传输接距离侨、带要宽和约数据洞传输互速率所等方钥面双收绞线欣仍有报其一朗定的禁局限撑性。就图7唱-2刻县双绞调线示沫意图淋双绞酸线常款用于殊建筑税物内故局域邮网数部字信环号传霞输。浆这种死局域慈网所疲能实征现的琴带宽个取决持于所胃用导谣线的肺质量聋、长斗度及匆传输县技术夹。只事要选分择、备安装收得当残，在在有限令距离躁内数懒据传糕输率双达到对10哥Mb裂ps肃。当骑距离侦很短朽且采注用特扒殊的称电子坦传输降技术偏时，舱传输董率可无达1犯00童Mb领ps滥。视在实鼓际应牛用中社，通那常将暑许多番对双怒绞线储捆扎楼在一华起，宰用起淘保护过作用哗的塑县料外盏皮将色其包部裹起绣来制捷成电唤缆。槐采用养上述王方法彩制成章的电艇缆就偿是非漆屏蔽糕双绞各线电屿缆，仪如图莫7-荷3所冠示。曾为了备便于今识别凑导线育和导规线间鸦的配钟对关案系，此双绞谈线电希缆中疲每根境导线顶使用玩不同肃颜色宴的绝蠢缘层经。为真了减亚少双根绞线窜间的姨相互影串扰夸，电苹缆中烛相邻幸双绞舅线一遗般采惜用不锯同的虽绞合修长度踩。非鸟屏蔽码双绞哨线电译缆价讨格便吸宜、驴直径恐小节佩省空娱间、石使用驴方便脾灵活畏、易膨于安彼装，其是目姑前最纹常用遥的通才信介曾质。需图7器-3事迈双绞狂线电载缆牺美国凭电器候工业催协会攻（E帐IA悼）规营定了院六种昼质量杠级别拉的双广绞线塘电缆筐，其牵中1尸类线针档次书最低邀，只剧适于命传输滥语音烘；6圆类线逆档次较最高畏，传榨输频辞率可翼达到挤25随0M搞Hz块。网朽络综棕合布声线一潜般使逮用3竟、4屯、5膨类线忽。3趋类线惰传输它频率伸为1奸6M丰Hz若，数孙据传内输率抵可达原10滑Mb俊ps法；4奶类线米传输川频率钞为2悉0洪MH蜜z，霸数据仿传输式率可矛达1夕6M骨bp态s；巷5类处线传尾输频皂率为攻l0炊0M为Hz做，数铲据传啊输可篇达1竞00宝Mb遮ps挣。对非屏琴蔽双凭绞线有易受触干扰助，缺孔乏安尾全性绣。因鬼此，绒往往臂采用茅金属踩包皮孔或金辽属网斥包裹贯以进论行屏丘蔽，帖这种捞双绞氏线就眨是屏泼蔽双精绞线揪。屏姜蔽双区绞线做抗干纹扰能雨力强彩，有志较高若的传挠输速走率，驶10裙0m知内可现达到押15运5M犁bp菠s。婚但其忠价格致相对怎较贵刑，需材要配壶置相读应的船连接汁器，挤使用约时不翅是很珠方便盗。拆2．嚷同轴罪电缆套如图涌7-头4所铲示，若同轴善电缆适由内唯、外粱层两馋层导峡体组绑成。柿内层皱导体贪是由寸一层餐绝缘挑体包仔裹的雕单股呈实心沈线或电绞合绪线（歼通常妙是铜夸制的哑），宇位于所外层执导体甘的中所轴上诊；外俘层导帜体是冒由绝枯缘层恼包裹你的金燥属包兽皮或斧金属免网。掌同轴哪电缆去的最港外层码是能见够起滋保护杰作用部的塑墙料外压皮。瓜同轴王电缆耻的外企层导雹体不仪仅能哈够充荒当导灿体的外一部床分，仅而且逆还起牵到屏脱蔽作仁用。鹅这种椅屏蔽庸一方微面能侄防止命外部半环境丧造成泊的干多扰，花另一踏方面凉能阻袜止内抗层导顷体的刷辐射猾能量熟干扰仪其它蚀导线役。邀与双酿绞线臂相比略，同躁轴电彩线抗验干扰留能力苏强，豆能够悄应用咽于频扶率更短高、席数据茶传输玩速率梯更快歉的情蚀况。迁对其度性能芦造成亮影响挪的主泪要因检素来屈自衰涨损和送热噪器声，妨采用燃频分虾复用虹技术诉时还桐会受艇到交慌调噪碎声的磨影响削。虽响然目令前同伞轴电夕缆大俗量被乎光纤字取代瓦，但旷它仍绵广泛桶应用雹于有絮线电标视和坝某些都局域烂网中渴。偿图7硬-4兔像同轴刮电缆帐目前钢得到拳广泛京应用捧的同主轴电铸缆主横要有风50背Ω喉电缆没和7躬5泻Ω侧电缆厦这两裕类。筋50罪Ω令电缆奏用于避基带骗数字盘信号朵传输蓬，又幅称基否带同掏轴电村缆。凤电缆谁中只恰有一姻个信多道，浇数据啦信号尤采用乖曼彻站斯特档编码回方式估，数雄据传户输速境率可村达1贫0M愉bp炸s，刷这种娇电缆耳主要禽用于排局域姑以太乡网。虏75届Ω月电缆添是C股AT主V系驱统使估用的蓝标准她，它搬既可最用于批传输抹宽带返模拟季信号上，也歌可用母于传沸输数督字信轧号。较对于缠模拟袄信号航而言惑，其觉工作驳频率迷可达盖40泥0M慰HZ淘。若专在这初种电着缆上烤使用信频分谷复用谅技术家，则压可以胆使其此同时疑具有耐大量责的信德道，酬每个消信道绞都能斥传输郊模拟堪信号依。判3．亚光纤樱光纤扰是一株种传丑输光趣信号贿的传渴输媒竞介。饰光纤羡的结联构如出图7吴-5互所示到，处载于光火纤最帖内层幼的纤俭芯是泪一种忆横截底面积常很小描、质漆地脆贪、易器断裂洽的光盯导纤画维，继制造油这种冠纤维恐的材秀料可躺以是农玻璃锡也可全以是记塑料川。纤酸芯的原外层止裹有异一个钢包层苦，它脖由折形射率耳比纤述芯小现的材束料制斯成。总正是战由于诱在纤吹芯与就包层搂之间凳存在涝着折纺射率肃的差鹅异，鸡光信猫号才帖得以占通过葬全反衣射在辆纤芯驼中不康断向问前传桐播。感在光吹纤的裹最外替层则休是起酿保护污作用娃的外绳套。钩通常笨都是迎将多漏根光茄纤扎粒成束使并裹框以保晃护层谣制成军多芯俊光缆柏。弱图7愁-5籍座光就纤的杆结构柳从不纱同的便角度懂考虑先，光捞纤有漫多种孟分类绪方式凡。根坛据制解作材绒料的合不同乘，光朝纤可内分为钟石英廊光纤洒、塑膜料光河纤、妖玻璃安光纤磁等；姐根据勇传输块模式仆不同总，光桨纤可挣分为致多模萄光纤叨和单虑模光慈纤；企根据败纤芯咽折射剧率的冲分布汁不同米，光刑纤可臭以分翼为突葬变型至光纤触和渐登变型独光纤滨；根社据工改作波语长的障不同饲，光夹纤可迹分为勿短波特长光晕纤、概长波尽长光若纤和弯超长昼波长趣光纤寇。壤单模撤光纤梢的带膜宽最笼宽，造多模况渐变焰光纤抽次之撤，多耀模突械变光蔬纤的岛带宽辫最窄汪；单笋模光趋纤适息于大求容量常远距有离通歌信，霜多模纠渐变有光纤路适于液中等迈容量邮中等桶距离蜂的通膜信，堂而多绞模突坟变光榴纤只瑞适于拐小容跪量的柄短距袭离通缺信。眨在实只际光刺纤传远输系磁统中疾，还宋应配未置与尖光纤喇配套登的光绪源发邻生器咬件和枕光检起测器互件。军目前话最常久见的旺光源看发生吹器件武是发员光二乏极管型（L啄ED符）和末注入械激光仿二极昂管（认IL湾D）裙。光泪检测陶器件武是在皮接收嚷端能舟够将钟光信挂号转晨化成选电信醋号的怨器件列，目额前使完用的忙光检房测器返件有皆光电驱二极僚管（惜PI锦N）求和雪寇崩光沈电二杜极管脏（A更PD险），帐光电坊二极耀管的趴价格觉较便抵宜，爬然而滋雪崩言光电番二极践管却庆具有刊较高压的灵冶敏度字。忙与一胁般的时导向福性通轧信介参质相财比，芽光纤秋具有钉很多缝优点波：销1）桶光纤向支持闪很宽嫩的带也宽，舟其范醒围大什约在亚遗10定14涝～1颗0慈15环H桌Z之厦间，虎这个律范围滋覆盖凉了红圾外线梦和可螺见光筐的频嚼谱。漏2）纷具有徒很快吉的传莲输速须率，盏当前晶限制凳其所阿能实别现的虫传输铅速率栏的因迹素来岭自信油号生静成技拢术。信3）饥光纤报抗电雅磁干担扰能煎力强索，由背于光眨纤中苹传输搬的是奴不受放外界欺电磁没干扰鼓的光归束，刷而光骡束本较身又疮不向渡外辐降射，炮因此筹它适输用于辨长距井离的宝信息羽传输葬及安系全性门要求蚊较高附的场柴合。令4）陡光纤史衰减绍较小播，中猜继器挤的间该距较滔大。观采用炼光纤驱传输叼信号材时，好在较冲长距戴离内霜可以凑不设秆置信怕号放衫大设斧备，似从而哥减少爪了整表个系样统中压继器粮的数笨目。丝偷哭当然咱光纤粒也存稼在一赴些缺梦点，卫如系牺统成雪本较剩高、维不易愤安装税与维爽护、赌质地林脆易拌断裂陈等。瓣三、贸PL薄C常辉用通毕信接垒口终帜PL道C通耍信主繁要采炭用串雕行异巡步通汗信，遭其常钳用的迎串行览通信罗接口凯标准弟有R问S-郊23斤2C永、R拘S-尊42电2A先和R匆S-索48迈5等崇。完1．岩RS测-2伪32济C肺RS桂-2硬32剩C是把美国号电子换工业化协会牧EI慕A躺于1鸡96斩9年君公布挖的通绣信协千议，饶它的后全羞称蚕是“料数据湾终端露设备周（D以TE给）和评数据袖通伴信晋设备腿（D贝CE狮）之撒间

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