PLC编程与应用技术（三菱FX3U）（第二版） 课件 项目十四 三菱FU3X系列PLC的网络应用

项目十四

三菱FU3X系列PLC的网络应用一.项目内容二、相关知识（一）PLC通信的基本知识1．通信系统通信系统由硬件设备和软件共同组成。其中，硬件设备包括发送设备、接收设备和通信介质等，软件包括通信协议和通信编程软件。PLC通信的任务就是把地理位置不同的PLC、计算机、各种现场设备用通信介质连接起来，按照通信协议和通信软件的要求，完成数据的传送、交换和处理。二、相关知识2．通信协议PLC网络如同计算机网络一样，也是由各种数字设备(其中也包括PLC、计算机)和终端设备(显示器、打印机等)通过通信线路连接起来的复合系统。在网络系统中，为确保数据通信双方能正确而自动地进行通信，针对通信过程中由于各种数字设备的型号、通信线路的类型、连接方式、同步方式、通信方式的不同等原因引起的各种问题，制定了一整套约定，这就是网络系统的通信协议，又称网络通信规程。通信协议主要用于规定各种数据的传输规则，使之能更有效地利用通信资源，以保证通信的畅通。二、相关知识根据通信系统中数据传输方式的不同，通信协议可以分为并行通信和串行通信两种方式。（1）并行通信并行通信是以字节或字为单位的数据传输方式，一个数据的所有位同时传送，因此，每个数据位都需要一条单独的传输线，信息有多少二进制位组成就需要多少条传输线。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。并行通信传送格式如图14-1所示。二、相关知识（2）串行通信串行通信是以二进制的位(bit)为单位的数据传输方式，传送时，数据的各个不同位分时使用同一条传输线，从低位开始一位接一位按顺序传送，数据有多少位就需要传送多少次，每次只传送一位，串行通信需要的传输线少，最少的只需要两三根线，适用于距离较远的场合。串行通信多用于PLC与计算机之间、多台PLC之间的数据通信。其传送格式如图14-2所示。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)。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30Obit/s、60Obit/s、12OObit/s、2400bit/s、480Obit/s、960Obit/s和1920Obit/s等。不同的串行通信的传输速率差别极大，有的只有数百bit/s，有的可达1OOMbit/s。二、相关知识1）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，每一个通信方既可以发送数据，也可以接收数据。双工通信方式又分为全双工通信和半双工通信两种方式。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通信方式；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通信方式。在PLC通信中常采用半双工通信和全双工通信。二、相关知识2)异步通信与同步通信在串行通信中，通信的速率与时钟脉冲有关，接收方和发送方的传送速率应相同，但是实际的发送速率与接收速率之间总是有一些微小的差别，如果不采取一定的措施，在连续传送大量的信息时，将会因积累误差造成错位，使接收方收到错误的信息。为了解决这一问题，需要使发送和接收同步。按同步方式的不同，可将串行通信分为异步通信和同步通信。异步通信允许传输线上的各个部件有各自的时钟，在各部件之间进行通信时没有统一的时间标准，相邻两个字符传送数据之间的停顿时间长短是不一样的，它是靠发送信息时同时发出字符的开始和结束标志信号来实现的，异步通信的信息格式如图14-3所示。异步通信发送的数据字符由一个起始位、7～8个数据位、1个奇偶校验位(可以没有)和停止位(1位、1.5或2位)组成。异步通信传送附加的非有效信息较多，它的传输效率较低，一般用于低速通信，PLC一般使用异步通信。二、相关知识在同步通信中，发送方和接收方使用同一时钟脉冲，同步通信以字节为单位(一个字节由8位二进制数组成)，每次传送1～2个同步字符、若干个数据字节和校验字符。其中，同步字符起联络作用，用它来通知接收方开始接收数据。由于同步通信方式不需要在每个数据字符中加起始位、停止位和奇偶校验位，只需要在数据块(往往很长)之前加一两个同步字符，所以传输效率高，但是对硬件的要求较高，一般用于高速通信。二、相关知识3.通信介质通信介质就是在通信系统中位于发送端与接收端之间的物理通路。目前PLC普遍使用的通信介质有双绞线、同轴电缆、光纤等。4．通信接口标准PLC通信主要采用串行异步通信，其常用的串行通信接口标准有RS-232C、RS-422和RS-485等。（l）RS-232CRS-232C是美国电子工业协会EIA于1969年公布的通信协议，它的全称是“数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。RS-232C接口标准是目前计算机和PLC中最常用的一种串行通信接口。二、相关知识RS-232C的电气接口采用单端驱动、单端接收的电路，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，同时还存在以下不足之处：(1)传输速率较低，最高传输速度速率为20kbit/s。(2)传输距离短，最大通信距离为15m。(3)接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容，故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。（2）RS-422针对RS-232C的不足，EIA于1977年推出了串行通信标准RS-499，对RS-232C的电气特性作了改进，RS-422A是RS-499的子集。二、相关知识由于RS-422A采用平衡驱动、差分接收电路，从根本上取消了信号地线，大大减少了地电平所带来的共模干扰。RS-422在最大传输速率lOMbit/s时，允许的最大通信距离为12m。传输速率为10Okbit/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-485是RS-422的变形，RS-422A是全双工，两对平衡差分信号线分别用于发送和接收，所以采用RS-422接口通信时最少需要4根线。RS-485为半双工，只有一对平衡差分信号线，不能同时发送和接收，最少只需两根连线。由于RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性、高传输速率（lOMbit/s)、长的传输距离(12OOm)和多站能力(最多128站)等优点，所以在工业控制中广泛应用。二、相关知识5．通信模块PLC的通信模块是用来完成与其他PLC、其他智能控制设备或计算机之间的通信。以下简单介绍FX系列通信用功能扩展板、适配器及通信模块。（1）通信扩展板FX2N-232-BDFX2N-232-BD是以RS-232C传输标准连接PLC与其他设备的接口板，诸如个人计算机、条形码阅读器或打印机等，可安装在FX2N内部。其最大传输距离为l5m，最高波特率为1920Obit/s，利用专用软件可对PLC运行状态实现监控，也可方便地由个人计算机向PLC传送程序。二、相关知识（2）通信接口模块FX2N-232IFFX2N-232IF连接到FX2N系列PLC上，可实现与其他配有RS-232C接口的设备进行全双工串行通信。例如个人计算机、打印机、条形码阅读器等。在FX2N系列上最多可连接8块FX2N-232IF模块。用FROM/TO指令收发数据。最大传输距离为l5m，最高波特率为19200bit/s，占用8个I/O点。数据长度、串行通信波特率等都可由特殊数据寄存器设置。（3）通信扩展板FX3U-485-BDFX3U-485-BD应用于RS485通信。它可以应用于无协议的数据传送。FX3U-485-BD在原协议通信方式时，利用RS指令在个人计算机、条形码阅读器、打印机之间进行数据传送。传送的最大传输距离为5Om，最高波特率也为1920Obit/s。每一台FX2N系列PLC可安装一块FX3U-485-BD通信板。除利用此通信板实现与计算机的通信外，还可以用它实现两台FX3U系列PLC之间的并联。二、相关知识（4）通信扩展板FX2N-422-BDFX2N-422-BD应用于RS-422通信。可连接FX2N系列的PLC，并作为编程或控制工具的一个端口。可用此接口在PLC上连接PLC的外部设备、数据存储单元和人机界面。利用FX3U-422-BD可连接两个数据存储单元(DU)或一个DU系列单元和一个编程工具，但一次只能连接一个编程工具。每一个基本单元只能连接一个FX2N-422-BD，且不能与FX2N-485-BD或FX2N-232-BD一起使用。二、相关知识6．数据通信类型为了满足用户的不同需求，三菱PLC设计了多种通信功能，下面简单介绍FX系列PLC常用的5种类型通讯方式：⑴N：N网络用FX3U、FX3UC、FX2N、FX2NC、FX1N、FX0N等PLC进行的数据传输可建立在N：N的基础上。使用这种网络，能链接小规模系统中的数据。它适合于数量不超过8个的PLC（FX3U、FX3UC、FX2N、FX2NC、FX1N、FX0N）之间的互连。二、相关知识6．数据通信类型⑵并行链接这种网络采用100个辅助继电器和10个数据寄存器在1：1的基础上来完成数据传输。⑶计算机链接（用专用协议进行数据传输）用RS485（422）单元进行的数据传输在1：n（16）的基础上完成。⑷无协议通讯（用RS指令进行数据传输）用各种RS232单元，包括个人计算机、条形码阅读器和打印机，来进行数据通讯，可通过无协议通讯完成，这种通讯使用RS指令或者一个FX2N-232IF特殊功能模块。二、相关知识6．数据通信类型⑸可选编程端口对于FX3U、FX3UC、FX2N、FX2NC、FX1N、FX1S系列的PLC，当该端口连接在FX1N-232BD、FX0N-232ADP、FX1N-232BD、FX2N-422BD上时，可以和外围设备（编程工具、数据访问单元、电气操作终端等）互连。二、相关知识（二）PLC与PLC之间的通信1．N：N键接通信N：N键接通信协议可用于最多8台FX系列PLC的辅助继电器和数据寄存器之间的数据的自动交换，其中一台为主机，其余的为从机。N:N网络最简单实用，只需要在PLC上加装一块通信扩展板即可与其他PLC组网，其结构如图14-4所示，适用于FX1S,FX0N,FX1N,FX2N,FX3G,FX3U,FX1NC,FX2NC,FX3UC等多种系列可编程控制器，在工业现场得到了广泛的应用。在这个网络中，通过刷新范围决定的软元件在各可编程控制器之间执行数据通信，并且可以在所有的可编程控制器中监控这些软元件。二、相关知识N:N网络的通信协议是固定的：通信方式采用半双工通讯，波特率（bit/s）固定为38400bit/s；数据长度、奇偶校验、停止位、标题字符、终结字符以及和校验等也均是固定的。N:N网络是采用广播方式进行通信的：网络中每一站点都指定一个用特殊辅助继电器和特殊数据寄存器组成的链接存储区，各个站点链接存储区地址编号都是相同的。各站点向自己站点链接存储区中规定的数据发送区写入数据。网络上任何1台PLC中的发送区的状态会反映到网络中的其他PLC，因此，数据可供通过PLC链接连接起来的所有PLC共享，且所有单元的数据都能同时完成更新。其通信参数分别见表14-1。二、相关知识项目规格备注连接台数最多8台

传送规格符合RS-485规格

最大总延长距离最大距离500m（仅限于全部使用485ADP，当系统中混有485-BD时为50m）根据通信设备的种类不同距离也不同。协议形式N:N网络

控制顺序－

通信方式半双工双向

波特率38,400bit/s

字符格式起始位固定

数据位

奇偶校验

停止位

报头固定

报尾

校验固定

二、相关知识二、相关知识进行网络连接时应注意：（1）图14-6中，R为终端电阻。在端子RDA和RDB之间连接终端电阻（110欧姆）。（2）将端子SG连接到可编程控制器主体的每个端子，而主体用100欧姆或更小的电阻接地。（3）屏蔽双绞线的线径应在英制AWG26～16范围，否则由于端子可能接触不良，不能确保正常的通信。连线时宜用压接工具把电缆插入端子，如果连接不稳定，则通讯会出现错误。如果网络上各站点PLC已完成网络参数的设置，则在完成网络连接后，再接通各PLC工作电源，可以看到，各站通信板上的SDLED和RDLED指示灯两者都出现点亮/熄灭交替的闪烁状态，说明N：N网络已经组建成功。如果RDLED指示灯处于点亮/熄灭的闪烁状态，而SDLED没有（根本不亮），这时须检查站点编号的设置、传输速率（波特率）和从站的总数目。二、相关知识组建N:N通信网络FX系列PLCN:N通信网络的组建主要是对各站点PLC用编程方式设置网络参数实现的。FX系列PLC规定了与N：N网络相关的标志位（特殊辅助继电器）和存储网络参数和网络状态的特殊数据寄存器。当PLC为FX3U或FX2N（C）时，N：N网络的相关标志（特殊辅助继电器）如表14-2所示，相关特殊数据寄存器如表14-3所示。二、相关知识特性辅助继电器名称描述响应类型RM8038N：N网络参数设置用来设置N：N网络参数M，LRM8183主站点的通信错误主站点产生通信错误时ONLRM8184～M8190从站点的通信错误从站点产生通信错误时ONM，LRM8191数据通信与其他站点通信时ONM，L特性数据寄存器名称描述响应类型RD8173站点号存存储自己站点号M，LRD8174从站点总数存储从站点的总数M，LRD8175刷新范围存储刷新范围M，LWD8176站点号设置设置自己的站点号M，LWD8177从站点总数设置设置从站点总数MWD8178刷新范围设置设置刷新范围模式号MW/RD8179重试次数设置设置重试次数MW/RD8180通信超时设置设置通信超时MRD8201当前网络扫描时间存储当前网络扫描时间M，LRD8202最大网络扫描时间存储最大网络扫描时间M，LRD8203主站点通信错误数目存储主站点通信错误数目LRD8204~D8210从站点通信错误数目存储从站点通信错误数目M，LRD8211主站点通信错误代码存储主站点通信错误代码LRD8212~8218从站点通信错误代码存储从站点通信错误代码M，L相关知识注：R：只读；W：只写；M：主站点；L：从站点在CPU错误，程序错误或停止状态下，对其自身站点处产生的通信错误数目不能计数。D8204～D8210是从站点的通信错误数目，第1从站用D8204，…第7从站用D8210。在表14-2中，特殊辅助继电器M8038（N：N网络参数设置继电器，只读）用来设置N：N网络参数。对于主站点，用编程方法设置网络参数，就是在程序开始的第0步（LDM8038），向特殊数据寄存器D8176～D8180写入相应的参数，仅此而已。对于从站点，则更为简单，只须在第0步（LDM8038）向D8176写入站点号即可。例如，图14-7给出了设置（主站）网络参数的程序，从站程序请读者自行编写。二、相关知识二、相关知识上述程序说明如下：⑴编程时注意，必须确保把以上程序作为N：N网络参数设定程序从第0步开始写入，在不属于上述程序的任何指令或设备执行时结束。这程序段不需要执行，只须把其编入此位置时，它自动变为有效。⑵特殊数据寄存器D8178用作设置刷新范围，刷新范围指的是各站点的链接存储区。对于从站点，此设定不需要。根据网络中信息交换的数据量不同，可根据表14-4所示各种模式下各站点占用的链接软元件进行编程。根据所使用的从站数量，占用的链接点数也有所变化。例如，模式1中连接3台从站时，占用M1000～M1223，D0～D33，此后可以作为普通的控制用软元件使用。（没有连接的从站的链接软元件可以作为普通的控制用软元件使用，但是如果预计今后会增加从站的情况时，建议事先空出。）二、相关知识站号模式0模式1模式2位软元件(M)字软元件(D)位软元件(M)字软元件(D)位软元件(M)字软元件(D)0点各站4点各站32点各站4点各站64点各站8点主站站号0—D0～D3M1000～M1031D0～D3M1000～M1063D0～D7从站站号1—D10～D13M1064～M1095D10～D13M1064～M1127D10～D17站号2—D20～D23M1128～M1159D20～D23M1128～M1191D20～D27站号3—D30～D33M1192～M1223D30～D33M1192～M1255D30～D37站号4—D40～D43M1256～M1287D40～D43M1256～M1319D40～D47站号5—D50～D53M1320～M1351D50～D53M1320～M1383D50～D57站号6—D60～D63M1384～M1415D60～D63M1384～M1447D60～D67站号7—D70～D73M1448～M1479D70～D73M1448～M1511D70～D77二、相关知识在图14-4的程序例子里，刷新范围设定为模式1。这时每一站点占用32×8个位软元件，4×8个字软元件作为链接存储区。在运行中，对于第0号站（主站），希望发送到网络的开关量数据应写入位软元件M1000～M1031中，而希望发送到网络的数字量数据应写入字软元件D0～D3中，……,对其他各站点以此类推。⑶特殊数据寄存器D8179设定重试次数，设定范围为0～10（默认=3），对于从站点，此设定不需要。如果一个主站点试图以此重试次数（或更高）与从站通信，此站点将发生通信错误。⑷特殊数据寄存器D8180设定通信超时值，设定范围为5～255（默认=5），此值乘以10ms就是通信超时的持续驻留时间。⑸对于从站点，网络参数设置只需设定站点号即可，例如1号站的设置，如图14-8所示。三、项目实施项目评价和总结项目调试项目软件设计项目硬件接线图设计项目方案设计项目分析四、项目方案设计2.

硬件配置3.梯形图设计

1.

输入输出地址分配五、任务实施1．完成N:N网络接线YL-335BN:N网络连接如图14-9所示，按照图示结构完成网络接线，并根据前面所学知识检查通信是否正常。五、任务实施2．编写各站程序链接好通讯口，编写主站程序和从站程序，在编程软件中进行监控，改变相关输入点和数据寄存器的状态，观察不同站的相关量的变化，看现象是否符合任务要求，如果符合说明完成任务，不符合检查硬件和软件是否正确，修改重新调试，直到满足要求为止。五、任务实施图14-10和图14-11分别给出输送站和供料站的参考程序。程序中使用了站点通讯错误标志位（特殊辅助继电器M8183～M8187，见表14-2）。例如，当某从站发生通讯故障时，不允许主站从该从站的网络元件读取数据。使用站点通讯错误标志位编程，对于确保通讯数据的可靠性是有益的，但应注意，站点不能识别自身的错误，为每一站点编写错误程序是不必要的。五、任务实施（3）系统调试（1）在断电状态下，连接好PC/PPI电缆。（2）将PLC运行模式选择开关拨到STOP位置，此时PLC处于停止状态，可以进行程序编写。（3）在作为编程器的计算机上，运行