電氣控制于PLC課件-第九章

1、：當任意兩臺設備之間有信息交換時，它們之間就產生了通信。：是指、的信息交換。：就是將地理位置不同的PLC、計算機、各種現(xiàn)場設備等，通過連接起來，按照規(guī)定的，以某種特定的高效率地完成數(shù)據(jù)的傳送、交換和處理。：是以字節(jié)或字為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，除了8根或16根數(shù)據(jù)線、一根公共線外，還需要數(shù)據(jù)通信聯(lián)絡用的控制線。n 并行通信的傳送速度快，但是傳輸線的根數(shù)多，成本高，一般用于近距離的數(shù)據(jù)傳送。n 并行通信一般用于PLC的內部，如PLC內部元件之間、PLC主機與擴展模塊之間或近距離智能模塊之間的數(shù)據(jù)通信。 ：以二進制位（bit）為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，每次傳送一位，除了地線外，在一個數(shù)據(jù)傳輸方向上只需要一

2、根數(shù)據(jù)線，這根線既作為數(shù)據(jù)線又作為通信聯(lián)絡控制線n 串行通信需要的信號線少，最少的只需要兩三根線，適用于距離較遠的場合。n 串行通信多用于PLC與計算機之間、多臺PLC之間的數(shù)據(jù)通信。是評價通信速度的重要指標。在串行通信中，傳輸速率常用比特率來表示，其單位是比特/秒（bit/s）或bps ：只能沿單一方向發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。：其信息可沿兩個方向傳送，每一個站既可以發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以接收數(shù)據(jù)。：數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分別由兩根或兩組不同的數(shù)據(jù)線傳送，通信的雙方都能在同一時刻接收和發(fā)送信息：用同一根線或同一組線接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，通信的雙方在同一時刻只能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)n 在PLC通信中常采用半雙工和全雙工通信

3、。 按同步方式的不同，串行通信分為異步通信和同步通信通信雙方需要對所采用的信息格式和數(shù)據(jù)的傳輸速率作相同的約定。n 異步通信傳送附加的非有效信息較多，它的傳輸效率較低，一般用于低速通信，PLC一般使用異步通信。：以字節(jié)為單位。每次傳送l2個同步字符、若干個數(shù)據(jù)字節(jié)和校驗字符。n 同步字符起聯(lián)絡作用，用它來通知接收方開始接收數(shù)據(jù)。在同步通信中，發(fā)送方和接收方要保持完全的同步。n 在近距離通信時，可以在傳輸線中設置一根時鐘信號線。在遠距離通信時，可以在數(shù)據(jù)流中提取出同步信號，使接收方得到與發(fā)送方完全相同的接收時鐘信號。n 同步通信方式傳輸效率高，但是對硬件的要求較高，一般用于高速通信。 n 基帶傳

4、輸：按照數(shù)字信號原有的波形（以脈沖形式）在信道上直接傳輸，它要求信道具有較寬的通頻帶。n 基帶傳輸時，通常對數(shù)字信號進行一定的編碼，常用數(shù)據(jù)編碼方法有非歸零碼NRZ、曼徹斯特編碼和差動曼徹斯特編碼等。：是一種采用調制解調技術的傳輸形式。發(fā)送端采用調制手段，對數(shù)字信號進行某種變換，將代表數(shù)據(jù)的二進制“1”和“0”，變換成具有一定頻帶范圍的模擬信號，以適應在模擬信道上傳輸；接收端通過解調手段進行相反變換，把模擬的調制信號復原為“1”或“0”。n 常用的調制方法有頻率調制、振幅調制和相位調制。具有調制、解調功能的裝置稱為調制解調器，即Modem。n PLC通信中，基帶傳輸和頻帶傳輸兩種傳輸形式都有采

5、用，但多采用基帶傳輸。 ：是在通信系統(tǒng)中位于發(fā)送端與接收端之間的物理通路。n 通信介質一般可分為：導向性介質、非導向性介質：這種介質將引導信號的傳播方向，如：雙絞線、同軸電纜和光纖等；：一般通過空氣傳播信號，它不為信號引導傳播方向，如短波、微波和紅外線通信等。 n 雙絞線是由兩根彼此絕緣的導線按照一定規(guī)則以螺旋狀絞合在一起。這種結構能在一定程度上減弱來自外部的電磁干擾及相鄰雙絞線引起的串音干擾。但在傳輸距離、帶寬和數(shù)據(jù)傳輸速率等方面仍有其一定的局限性。 ：價格便宜、直徑小節(jié)省空間、使用方便靈活、易于安裝n 美國電器工業(yè)協(xié)會（EIA）規(guī)定了六種質量級別的雙絞線電纜，其中1類線檔次最低，只適于傳輸

6、語音；6類線檔次最高，傳輸頻率可達到250MHz。3類線數(shù)據(jù)傳輸率可達10Mbps；4類線數(shù)據(jù)傳輸率可達16Mbps；5類線數(shù)據(jù)傳輸可達100Mbps。：抗干擾能力強，有較高的傳輸速率，100m內可達到155Mbps。但其價格相對較貴，需要配置相應的連接器，使用時不是很方便。 n 與雙絞線相比，同軸電線抗干擾能力強，能夠應用于頻率更高、數(shù)據(jù)傳輸速率更快的情況。對其性能造成影響的主要因素來自衰損和熱噪聲，采用頻分復用技術時還會受到交調噪聲的影響。雖然目前同軸電纜大量被光纖取代，但它仍廣泛應用于有線電視和某些局域網(wǎng)中。 n 同軸電纜主要有：n 50電纜：用于基帶數(shù)字信號傳輸，又稱基帶同軸電纜。電纜

7、中只有一個信道，數(shù)據(jù)信號采用曼徹斯特編碼方式，數(shù)據(jù)傳輸速率可達10Mbps，這種電纜主要用于局域網(wǎng)。n 75電纜：是CATV系統(tǒng)使用的標準，它既可用于傳輸寬帶模擬信號，也可用于傳輸數(shù)字信號。對于模擬信號而言，其工作頻率可達400MHZ。若在這種電纜上使用頻分復用技術，則可以使其同時具有大量的信道，每個信道都能傳輸模擬信號。 是一種傳輸光信號的傳輸媒介n 光纖的結構：處于光纖最內層的纖芯是一種橫截面積很小、質地脆、易斷裂的光導纖維，制造這種纖維的材料可以是玻璃也可以是塑料。纖芯的外層裹有一個包層，它由折射率比纖芯小的材料制成。n 由于在纖芯與包層之間存在著折射率的差異，光信號才得以通過全反射在纖

8、芯中不斷向前傳播。在光纖的最外層則是起保護作用的外套。通常都是將多根光纖扎成束并裹以保護層制成多芯光纜。 n 根據(jù)制作材料的不同，光纖可分為： 石英光纖、塑料光纖、玻璃光纖等；n 根據(jù)傳輸模式不同，光纖可分為： 多模光纖和單模光纖；n 根據(jù)纖芯折射率的分布不同，光纖可以分為： 突變型光纖和漸變型光纖；n 根據(jù)工作波長的不同，光纖可分為： 短波長光纖、長波長光纖和超長波長光纖。n 在實際光纖傳輸系統(tǒng)中，還應配置與光纖配套的光源發(fā)生器件和光檢測器件。n 最常見的光源發(fā)生器件是發(fā)光二極管（LED）和注入激光二極管（ILD）。n 光檢測器件是在接收端能夠將光信號轉化成電信號的器件，目前使用的光檢測器件

9、有光電二極管（PIN）和雪崩光電二極管（APD），光電二極管的價格較便宜，然而雪崩光電二極管卻具有較高的靈敏度。 ： 1）光纖支持很寬的帶寬（10141015 HZ），覆蓋了紅外線和可見光的頻譜。 2）具有很快的傳輸速率，當前傳輸速率制約因素是信號生成技術。 3）光纖抗電磁干擾能力強，且光束本身又不向外輻射，適用于長距離的信息傳輸及安全性要求較高的場合。 4）光纖衰減較小，中繼器的間距較大。：系統(tǒng)成本較高、不易安裝與維護、質地脆易斷裂等。 n RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）于1969年公布的通信協(xié)議。RS-232C接口標準是目前計算機和PLC中最常用的一種串行通信接口。n RS-2

10、32C采用，用，用。噪聲容限為2V，即接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號作為邏輯“1” 。n RS-232C只能進行，RS-232C可使用9針或25針的D型連接器，PLC一般使用9針的連接器13125141.3740.138.5n RS-232-C的電氣接口采用，容易受到公共地線上的電位差和外部引入的干擾信號的影響，同時還存在以下不足之處：1） 傳輸速率較低，最高傳輸速度速率為20kbps。2） 傳輸距離短，最大通信距離為15m3）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，與TTL電平不兼容n 針對RS-232C的不足，EIA于1977年推出了串行通信標準RS-49

11、9，對RS-232C的電氣特性作了改進，RS-422A是RS-499的子集。 n RS-422A采用電路，從根本上取消了信號地線，大大減少了地電平所帶來的共模干擾。 n RS-422在最大傳輸速率10Mbps時，允許的最大通信距離為12m。傳輸速率為100kbps時，最大通信距離為1200m。n 一臺驅動器可以連接10臺接收器。n RS-422A是，兩對平衡差分信號線分別用于發(fā)送和接收，所以采用RS422接口通信時最少需要4根線。n RS-485是RS-422的變形，為，只有一對平衡差分信號線，不能同時發(fā)送和接收，最少只需二根連線。n RS-485的邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（26）V表示

12、，邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（26）V表示。n 電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接。 n RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性、高傳輸速率（10Mbps）、長的傳輸距離（1200m）和多站能力（最多128站）等優(yōu)點，所以在工業(yè)控制中廣泛應用。n 為了實現(xiàn)不同廠家生產的智能設備之間的通信，國際標準化組織ISO提出了開放系統(tǒng) 互 連 模 型 O S I ( O p e n System Interconnection)，作為通信網(wǎng)絡國際標準化的參考模型。n 詳細描述了軟件功能的7個層次。每一層都盡可能自成體系，均有明確的功能。n 物理層是為建立、保持和斷開在物理實體之間的物理連接

13、，提供機械的、電氣的、功能性的和規(guī)程的特性。n 物理層是建立在傳輸介質之上，負責提供傳送數(shù)據(jù)比特位“0”和“1”碼的物理條件。同時，定義了傳輸介質與網(wǎng)絡接口卡的連接方式以及數(shù)據(jù)發(fā)送和接收方式。n 接口標準RS-232C、RS-422和RS-485等就屬于物理層。n 數(shù)據(jù)鍵路層通過物理層提供的物理連接，實現(xiàn)建立、保持和斷開數(shù)據(jù)鏈路的邏輯連接，完成數(shù)據(jù)的無差錯傳輸。n 數(shù)據(jù)鏈路層的主要控制功能是差錯控制和流量控制，以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。n 在數(shù)據(jù)鏈路上，幀是包含多個數(shù)據(jù)比特位的邏輯數(shù)據(jù)單元，通常由控制信息和傳輸數(shù)據(jù)兩部分組成。n 常用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是面向比特的串行同步通信協(xié)議-同步數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)

14、議/高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議（SDLC/HDLC）。 n 網(wǎng)絡層完成站點間邏輯連接的建立和維護，負責傳輸數(shù)據(jù)的尋址，提供網(wǎng)絡各站點間進行數(shù)據(jù)交換的方法，完成傳輸數(shù)據(jù)的路由選擇和信息交換的有關操作。n 網(wǎng)絡層的主要功能是報文包的分段、報文包阻塞的處理和通信子網(wǎng)內路徑的選擇。n 常用的網(wǎng)絡層協(xié)議有X.25分組協(xié)議和IP協(xié)議。n 傳輸層是向會話層提供一個可靠的端到端（end-to-end）的數(shù)據(jù)傳送服務。n 傳輸層的信號傳送單位是報文（Message），它的主要功能是流量控制、差錯控制、連接支持。n 典型的傳輸層協(xié)議是因特網(wǎng)TCP/IP協(xié)議中的TCP協(xié)議。 n 兩個表示層用戶之間的連接稱為會話，對應會話

15、層的任務就是提供一種有效的方法，組織和協(xié)調兩個層次之間的會話，并管理和控制它們之間的數(shù)據(jù)交換。n 網(wǎng)絡下載中的斷點續(xù)傳就是會話層的功能。n 表示層用于應用層信息內容的形式變換，如數(shù)據(jù)加密/解密、信息壓縮解壓和數(shù)據(jù)兼容，把應用層提供的信息變成能夠共同理解的形式。 n 應用層作為參考模型的最高層，為用戶的應用服務提供信息交換，為應用接口提供操作標準。n 七層模型中所有其它層的目的都是為了支持應用層，它直接面向用戶，為用戶提供網(wǎng)絡服務。n 常用的應用層服務有電子郵件(E-mail)、文件傳輸(FTP)和Web服務等。 n OSI 7層模型中，除了物理層和物理層之間可直接傳送信息外，其它各層之間實現(xiàn)的

16、都是間接的傳送。n OSI 7層參考模型只是要求對等層遵守共同的通信協(xié)議，并沒有給出協(xié)議本身。n OSI 7層協(xié)議中，高4層提供用戶功能，低3層提供網(wǎng)絡通信功能。 n IEEE802通信標準是IEEE（國際電工與電子工程師學會）的802分委員會從1981年至今頒布的一系列計算機局域網(wǎng)分層通信協(xié)議標準草案的總稱。n 它把OSI參考模型的底部兩層分解為邏輯鏈路控制子層（LLC）、媒體訪問子層（MAC）和物理層。前兩層對應于OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層是一條鏈路（Link）兩端的兩臺設備進行通信時所共同遵守的規(guī)則和約定。n IEEE802的媒體訪問控制子層對應于多種標準，其中最常用的為三種，

17、即帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）協(xié)議、令牌總線（Token Bus）和令牌環(huán)（Token Ring） n TCP/IP與FTP協(xié)議n 成為當今國際互聯(lián)網(wǎng)的通信標準。n MAP制造自動化協(xié)議n PLC網(wǎng)絡結構n （1）星形結構）星形結構 只有一個中心節(jié)點，網(wǎng)絡上其他各節(jié)點都分別與中心節(jié)點相連，通信功能由只有一個中心節(jié)點，網(wǎng)絡上其他各節(jié)點都分別與中心節(jié)點相連，通信功能由中心節(jié)點進行管理，并通過中心節(jié)點實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。中心節(jié)點進行管理，并通過中心節(jié)點實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。n （2）總線結構）總線結構 這種結構的所有節(jié)點都通過相應硬件連接到一條無源公共總線上，任何一個這種結構的所有節(jié)點都通過相應

18、硬件連接到一條無源公共總線上，任何一個節(jié)點發(fā)出的信息都可沿著總線傳輸，并被總線上其他任意節(jié)點接收。它的傳節(jié)點發(fā)出的信息都可沿著總線傳輸，并被總線上其他任意節(jié)點接收。它的傳輸方向是從發(fā)送節(jié)點向兩端擴散傳送。輸方向是從發(fā)送節(jié)點向兩端擴散傳送。n （3）環(huán)形結構）環(huán)形結構 環(huán)形結構中的各節(jié)點通過有源接口連接在一條閉合的環(huán)形通信線路中，是點環(huán)形結構中的各節(jié)點通過有源接口連接在一條閉合的環(huán)形通信線路中，是點對點式結構，即一個節(jié)點只能把數(shù)據(jù)傳送到下一個節(jié)點。若下一個節(jié)點不是對點式結構，即一個節(jié)點只能把數(shù)據(jù)傳送到下一個節(jié)點。若下一個節(jié)點不是數(shù)據(jù)發(fā)送的目的節(jié)點，則再向下傳送直到目的節(jié)點接收為止數(shù)據(jù)發(fā)送的目的節(jié)

19、點，則再向下傳送直到目的節(jié)點接收為止。 MELSEC NET MELSEC NET 網(wǎng)絡網(wǎng)絡MELSEC NETMELSEC NET是三菱公司的是三菱公司的MELSECMELSEC可編程控制器，可編程控制器， MELSEC NETMELSEC NET網(wǎng)絡采用網(wǎng)絡采用環(huán)形網(wǎng)絡環(huán)形網(wǎng)絡結構，在數(shù)據(jù)通信中有主結構，在數(shù)據(jù)通信中有主環(huán)和輔環(huán)兩路通信鏈路，兩者互為冗余。環(huán)和輔環(huán)兩路通信鏈路，兩者互為冗余。MR4R3L1GP P2GP P5GP P6GP P4r4r3l2l1L2mCP P1CP P3M:本站（第一層）L1:本地站（第二層）L2/m:本地站（第二層）主站R3:遠端站R4:遠端站11:本地站

20、（第三層）12:本地站（第三層）r3:遠端站（第三層）r4:遠端站(第三層）（第二層）（第二層）其網(wǎng)絡結構圖其網(wǎng)絡結構圖 MELSEC NET網(wǎng)絡特點網(wǎng)絡特點 （）具有構成多層數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的能力，允許在同一層次（）具有構成多層數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的能力，允許在同一層次內由本地站與遠程內由本地站與遠程I/OI/O站混合組成。站混合組成。（）數(shù)據(jù)通信可以使用抗噪聲干擾能力強的光纖電纜，也（）數(shù)據(jù)通信可以使用抗噪聲干擾能力強的光纖電纜，也可以使用經濟的同軸電纜?？梢允褂媒洕耐S電纜。（）可靠性高：數(shù)據(jù)通信有兩個環(huán)路，兩個環(huán)路均可作為）可靠性高：數(shù)據(jù)通信有兩個環(huán)路，兩個環(huán)路均可作為主環(huán)路，但一個數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)

21、中，僅允許有一個主環(huán)路，系主環(huán)路，但一個數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)中，僅允許有一個主環(huán)路，系統(tǒng)還具有電源瞬間斷電之校正功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠統(tǒng)還具有電源瞬間斷電之校正功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。性。MELSEC NETMELSEC NET網(wǎng)絡特點網(wǎng)絡特點（）傳輸速度較高，這保證了通過（）傳輸速度較高，這保證了通過MELSEC NETMELSEC NET網(wǎng)絡的公網(wǎng)絡的公 共數(shù)據(jù)通信，所有站均可利用公共的共數(shù)據(jù)通信，所有站均可利用公共的10241024個通訊繼電器（）個通訊繼電器（）和和10241024個個1616位通訊寄存器（）。位通訊寄存器（）。（）使用編程器（）使用編程器A6GPPEA6GPPE、A

22、6PHPEA6PHPE、A6HGPEA6HGPE可將控制程序由可將控制程序由主控站向從站下裝主控站向從站下裝(download)(download)，也可將控制程序由從站向主也可將控制程序由從站向主控站上裝控站上裝(upload)(upload)，還可以在監(jiān)測屏幕上檢查通訊的狀態(tài)。還可以在監(jiān)測屏幕上檢查通訊的狀態(tài)。（）若將一個無程序（）若將一個無程序(program less)(program less)的監(jiān)測系統(tǒng)與的監(jiān)測系統(tǒng)與MELSEC MELSEC NETNET網(wǎng)絡相連，則可在彩色屏幕畫面上采集通訊數(shù)據(jù)，進行網(wǎng)絡相連，則可在彩色屏幕畫面上采集通訊數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)管理。（）標準系統(tǒng)

23、備有（）標準系統(tǒng)備有RS232CRS232C接口和接口和RS422RS422計算機通訊接口，計算機通訊接口，而且還可以再裝入而且還可以再裝入RS422RS422接口，構成接口，構成1:321:32的多點通訊。的多點通訊。 MELSEC NETMELSEC NET網(wǎng)絡性能簡介網(wǎng)絡性能簡介 MELSEC NETMELSEC NET高速數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)其傳輸速度為高速數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)其傳輸速度為1.25Mbit/s1.25Mbit/s，其主控站通過光纜或同軸電纜可與其主控站通過光纜或同軸電纜可與6464個本地個本地站或遠程站或遠程I/OI/O站進行數(shù)據(jù)通訊，而每個從站又可以作為第三站進行數(shù)據(jù)通訊，而每個從站

24、又可以作為第三層數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主控站，與這一層的層數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主控站，與這一層的6464個從站或遠程個從站或遠程I/OI/O站進行數(shù)據(jù)通訊。站進行數(shù)據(jù)通訊。 MELSEC NET MELSEC NET 網(wǎng)絡網(wǎng)絡 MELSEC NETMELSEC NET網(wǎng)絡具有以下功能：網(wǎng)絡具有以下功能： （1 1） 回送功能回送功能 （）（） 通訊監(jiān)測功能通訊監(jiān)測功能 （）（） 測試功能測試功能 （）（） 對分散的從站進行集中管理對分散的從站進行集中管理 （）（） 在所有站之間分享通訊數(shù)據(jù)在所有站之間分享通訊數(shù)據(jù) （）（） 在在MELSEC NETMELSEC NET網(wǎng)絡中的彩色畫面監(jiān)視系統(tǒng)網(wǎng)絡中的彩色畫面監(jiān)視系統(tǒng) MELSEC NET MELSEC NET 網(wǎng)絡網(wǎng)絡 MELSEC NETMELSEC NETMINIMINI網(wǎng)絡特點網(wǎng)絡特點 （）快速（）