PLC網(wǎng)絡(luò)的幾種常用通訊方式

PLC網(wǎng)絡(luò)的幾種常用通訊方式HYPERLINKjavascript:void(0);normalLink\tdlttext電氣論壇內(nèi)容摘要隨著工業(yè)時代的發(fā)展，工業(yè)自動化控制已進入網(wǎng)絡(luò)時代，工業(yè)控制器連網(wǎng)也為網(wǎng)絡(luò)管理提供了方便。MODBUS通信就是工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的一種。關(guān)鍵詞：MOBUS通信協(xié)議，RS485，CPU，程序設(shè)計PLC網(wǎng)絡(luò)的幾種常用通訊方式1．周期I/O通信方式周期I/O通信方式常用于PLC的遠程I/O鏈路中。遠程I/O鏈路按主從方式工作，PLC遠程I/O主單元為主站，其它遠程I/O單元皆為從站。在主站中設(shè)立一個“遠程I/O緩沖區(qū)”，采用信箱結(jié)構(gòu)，劃分為幾個分箱與每個從站—一對應(yīng)，每個分箱再分為兩格，一格管發(fā)送，一格管接收。主站中通信處理器采用周期掃描方式，按順序與各從站交換數(shù)據(jù)，把與其對應(yīng)的分箱中發(fā)送分格的數(shù)據(jù)送給從站，從從站中讀取數(shù)據(jù)放入與其對應(yīng)的分箱的接收分格中。這樣周而復始，使主站中的“遠程I/O緩沖區(qū)”得到周期性的刷新。在主站中PLC的CPU單元負責用戶程序的掃描，它按照循環(huán)掃描方式進行處理，每個周期都有一段時間集中進行I/O處理，這時它對本地I/O單元及遠程I/O緩沖區(qū)進行讀寫操作。PLC的CPU單元對用戶程序的周期性循環(huán)掃描，與PLC通信處理器對各遠程I/O單元的周期性掃描是異步進行的。盡管PLC的CPU單元沒有直接對遠程I/O單元進行操作，但是由于遠程I/O緩沖區(qū)獲得周期性刷新，PLC的CPU單元對遠程I/O緩沖區(qū)的讀寫操作，就相當于直接訪問了遠程I/O單元。這種通信方式簡單、方便，但要占用PLC的I/O區(qū)，因此只適用于少量數(shù)據(jù)的通信。2．全局I/O通信方式全局I/O通信方式是一種串行共享存儲區(qū)的通信方式，它主要用于帶有鏈接區(qū)的PLC之間的通信。全局I/O方式的通信原理如上圖所示。在PLC網(wǎng)絡(luò)的每臺PLC的I/O區(qū)中各劃出一塊來作為鏈接區(qū)，每個鏈接區(qū)都采用郵箱結(jié)構(gòu)。相同編號的發(fā)送區(qū)與接收區(qū)大小相同，占用相同的地址段，一個為發(fā)送區(qū)，其它皆為接收區(qū)。采用廣播方式通信。PLC1把1＃發(fā)送區(qū)的數(shù)據(jù)在PLC網(wǎng)絡(luò)上廣播，PLC2、PLC3收聽到后把它接收下來存入各自的1＃接收區(qū)中。PLC2把2＃發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)在PLC網(wǎng)上廣播，PLC1、PLC3把它接收下來存入各自的2＃接收區(qū)中。PLC3把3＃發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)在PLC網(wǎng)上廣播，PLC1、PLC2把它接收下來存入各自的3＃接收區(qū)中。顯然通過上述廣播通信過程，PLC1、PLC2、PLC3的各鏈接區(qū)中數(shù)據(jù)是相同的，這個過程稱為等值化過程。通過等值化通信使得PLC網(wǎng)絡(luò)中的每臺PLC的鏈接區(qū)中的數(shù)據(jù)保持一致。它既包含著自己送出去的數(shù)據(jù)，也包含著其它PLC送來的數(shù)據(jù)。由于每臺PLC的鏈接區(qū)大小一樣，占用的地址段相同，每臺PLC只要訪問自己的鏈接區(qū)，就等于訪問了其它PLC的鏈接區(qū)，也就相當于與其它PLC交換了數(shù)據(jù)。這樣鏈接區(qū)就變成了名符其實的共享存儲區(qū)，共享區(qū)成為各PLC交換數(shù)據(jù)的中介。鏈接區(qū)可以采用異步方式刷新（等值化），也可以采用同步方式刷新。異步方式刷新與PLC中用戶程序無關(guān)，由各PLC的通信處理器按順序進行廣播通信，周而復始，使其所有鏈接區(qū)保持等值化；同步方式刷新是由用戶程序中對鏈接區(qū)的發(fā)送指令啟動一次刷新，這種方式只有當鏈接區(qū)的發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)變化時才刷新。全局I/O通信方式中，PLC直接用讀寫指令對鏈接區(qū)進行讀寫操作，簡單、方便、快速，但應(yīng)注意在一臺PLC中對某地址的寫操作在其它PLC中對同一地址只能進行讀操作。與周期I/O方式一樣，全局I/O方式也要占用PLC的I/O區(qū)，因而只適用于少量數(shù)據(jù)的通信。3．主從總線通信方式主從總線通信方式又稱為1：N通信方式，是指在總線結(jié)構(gòu)的PLC子網(wǎng)上有N個站，其中只有1個主站，其它皆是從站。1：N通信方式采用集中式存取控制技術(shù)分配總線使用權(quán)，通常采用輪詢表法。所謂輪詢表是一張從機號排列順序表，該表配置在主站中，主站按照輪詢表的排列順序?qū)恼具M行詢問，看它是否要使用總線，從而達到分配總線使用權(quán)的目的。對于實時性要求比較高的站，可以在輪殉表中讓其從機號多出現(xiàn)幾次，賦予該站較高的通信優(yōu)先權(quán)。在有些1：N通信中把輪詢表法與中斷法結(jié)合使用，緊急任務(wù)可以打斷正常的周期輪詢，獲得優(yōu)先權(quán)。1：N通信方式中當從站獲得總線使用權(quán)后有兩種數(shù)據(jù)傳送方式。一種是只允許主從通信，不允許從從通信，從站與從站要交換數(shù)據(jù)，必須經(jīng)主站中轉(zhuǎn)；另一種是既允許主從通信也允許從從通信，從站獲得總線使用權(quán)后先安排主從通信，再安排自己與其它從站之間的通信。4．令牌總線通信方式令牌總線通信方式又稱為N：N通信方式是指在總線結(jié)構(gòu)的PLC子網(wǎng)上有N個站，它們地位平等沒有主站與從站之分，也可以說N個站都是主站。N：N通信方式采用令牌總線存取控制技術(shù)。在物理總線上組成一個邏輯環(huán)，讓一個令牌在邏輯環(huán)中按一定方向依次流動，獲得令牌的站就取得了總線使用權(quán)。令牌總線存取控制方式限定每個站的令牌持有時間，保證在令牌循環(huán)一周時每個站都有機會獲得總線使用權(quán)，并提供優(yōu)先級服務(wù)，因此令牌總線存取控制方式具有較好的實時性。取得令牌的站有兩種數(shù)據(jù)傳送方式，即無應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式和有應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式。采用無應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式時，取得令牌的站可以立即向目的站發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送結(jié)束，通信過程也就完成了；而采用有應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式時，取得令牌的站向目的站發(fā)送完數(shù)據(jù)后并不算通信完成，必須等目的站獲得令牌并把應(yīng)答幀發(fā)給發(fā)送站后，整個通信過程才結(jié)束。后者比前者的響應(yīng)時間明顯增長，實時性下降。5．浮動主站通信方式浮動主站通信方式又稱N：M通信方式，適用于總線結(jié)構(gòu)的PLC網(wǎng)絡(luò)，是指在總線上有M個站，其中N（N＜M＝個為主站，其余為從站。N：M通信方式采用令牌總線與主從總線相結(jié)合的存取控制技術(shù)。首先把N個主站組成邏輯環(huán)，通過令牌在邏輯環(huán)中依次流動，在N個主站之間分配總線使用權(quán)，這就是浮動主站的含義。獲得總線使用權(quán)的主站再按照主從方式來確定在自己的令牌持有時間內(nèi)與哪些站通信。 一般在主站中配置有一張輪詢表，可按輪詢表上排列的其它主站號及從站號進行輪詢。獲得令牌的主站對于用戶隨機提出的通信任務(wù)可按優(yōu)先級安排在輪詢之前或之后進行。獲得總線使用權(quán)的主站可以采用多種數(shù)據(jù)傳送方式與目的站通信，其中以無應(yīng)答無連接方式速度最快。6．CSMA/CD通信方式CSMA/CD通信方式是一種隨機通信方式，適用于總線結(jié)構(gòu)的PLC網(wǎng)絡(luò)，總線上各站地位平等，沒有主從之分，采用CSMA/CD存取控制方式，即“先聽后講，邊講邊聽”。CSMA/CD存取控制方式不能保證在一定時間周期內(nèi)，PLC網(wǎng)絡(luò)上每個站都可獲得總線使用權(quán)，因此這是一種不能保證實時性的存取控制方式。但是它采用隨機方式，方法簡單，而且見縫插針，只要總線空閑就搶著上網(wǎng)，通信資源利用率高，因而在PLC網(wǎng)絡(luò)中CSMA/CD通信法適用于上層生產(chǎn)管理子網(wǎng)。CSMA/CD通信方式的數(shù)據(jù)傳送方式可以選用有連接、無連接、有應(yīng)答、無應(yīng)答及廣播通信中的每一種，可按對通信速度及可靠性的要求進行選擇。以上是PLC網(wǎng)絡(luò)中常用的通信方式，此外還有少量的PLC網(wǎng)絡(luò)采用其它通信方式，如令牌環(huán)的通信方式等。另外，在一些PLC網(wǎng)絡(luò)中，常常把多種通信方式集成配置在某一級子網(wǎng)上，這都是今后技術(shù)發(fā)展的趨勢。PLC的MODBUS通信實例一MODBUS簡介MODBUS是由Modicon(現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個品牌)在1979年發(fā)明的，是全球第一個真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。當現(xiàn)代的控制領(lǐng)域持續(xù)不斷的產(chǎn)生和應(yīng)用諸如現(xiàn)場總線和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等先進概念的時候，MODBUS的簡單性以及它的便于在許多通訊媒介上實施應(yīng)用的特點一直使它受到最廣泛的支持，并且成為全球應(yīng)用最廣泛的工業(yè)協(xié)議。通過此協(xié)議，控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以通信，此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC、DCS、變頻器、智能儀表等都在使用MODBUS協(xié)議作為他們之間的通訊標準，它可應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控。PLC網(wǎng)絡(luò)是由幾級子網(wǎng)復合而成，各級子網(wǎng)的通信過程是由通信協(xié)議決定的，而通信方式是通信協(xié)議最核心的內(nèi)容。通信方式包括存取控制方式和數(shù)據(jù)傳送方式。所謂存取控制（也稱訪問控制）方式是指如何獲得共享通信介質(zhì)使用權(quán)的問題，而數(shù)據(jù)傳送方式是指一個站取得了通信介質(zhì)使用權(quán)后如何傳送數(shù)據(jù)的問題。二MODBUS協(xié)議庫1、使用MOBUS協(xié)議的部分要求

A、初始化MODBUS從站協(xié)議占用Port0作為MODBUS從站協(xié)議通信，MODBUS從站協(xié)議只支持端口0通信，所以選擇奧越信的雙通信的CPU，可以把Port1作為編程通信口，以便于調(diào)試；如果只有單通信口的話，可把CPU打到STOP模式在編程。

B、MODBUS從站協(xié)議指令的變量要求799字節(jié)的V區(qū)域，該區(qū)域的起始地址由用戶指定，保留給MODBUS使用，程序中不可以使用庫存儲區(qū)占用的地址。

C、可參照S7-200編程手冊中了解MODBUS指令的設(shè)置與編寫。

2、MODBUS協(xié)議允許在各種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)內(nèi)進行簡單通信。如圖所示：A、每種設(shè)備（PLC、HMI、控制面板、驅(qū)動程序、動作控制、輸入/輸出設(shè)備）都能使用MODBUS協(xié)議來啟動遠程操作。

B、在基于串行鏈路和以太網(wǎng)絡(luò)的MODBUS上可以進行相同通信。

C、一些網(wǎng)關(guān)允許在幾種使用MODBUS協(xié)議的總線或網(wǎng)絡(luò)之間進行通信。三MODBUS編程實例1、要求：2個CPU進行通信連接，主站每秒QW0輸出加1，主站通過MODBUS通信方式將其輸出點的數(shù)值與從站同步。

2、硬件根據(jù)要求，選取了奧越信的CPU224C與CPU224D，兩款都帶有雙通信口，功能也強大，編程測試時比較方便。

3、程序中先對兩