PLC的通信方法

 PLC的通信方法

1通信方法一通信的类别

在旦£及英网络中存在两类通信：一类是并行通信,另一类是串行通信,并行通信一样 发生在可编程序操纵器的内部，它指的是多处理器PLC中多台处理器之间的通信，以及PLC 中CPU单元与智能模板的CPU之间的通信。前者是在协处理器的操纵与治理下，通过共享储 备区实现多处理器之间的数据交换：后者那么是通过背板总线（公用总线）通过双口 RAH 实现通信。PLC的并行通信由于发生在PLC内部，对应用设计人员不必多加研究，重要的是 了解PLC网络中的串行通信。

2通信方法的含义

网络是由几级子网复合而成，每级子网中都配置不同的协议，其中大部分是各公司的 专用通信协议。

各级子网的通信过程是由通信协议决泄的，从全然上讲，要搞淸晰某级子网的通信就 必须完全剖析它采纳的通信协议，那个工作量专门大，更况且大多数又差不多上各个公司 的专用协议，繁琐的协议规泄常会掩盖问题的本质，通常会遇到如此的情形：两个公司的 两种专用协议，从协议的规泄、帧格式等表面现象看可能有明显得不同，然而他们关于如 何实现通信的思路却极为相似，如出一辙。抓住他们的同一性，就会把表面上孤立无关的 事务串联起来，正是基于如此一种思想，我们引入了 ''通信方法"这一概念.

网络的齐级子网不管采纳总线结构、依旧环形结构，他的通信介质是共享资源。挂在 共享介质上的各站要想通信，第一要解决共享通信介质使用权的分配问题，这确实是常说 的存取操纵或称访问操纵。

一个站取得了通信介质使用权，井不等用完成了通信过程，还有如何样传送数拯的问 题，这确实是常说的数据传送方式，比如说采纳的数需传送方式是否先建立一种逻借连接, 然后再传送？所采纳的数据传送方式发给对方的数据是否要对方应答？发出去的数据是由 一个站收，或者多个站收，依旧全体接收？诸如此类确实是所谓的数据传送方式。

那个地点所谓的通信方法确实是存取操纵方式+数据传送方式。本来存取操纵方式与 数据传送方式差不多上通信协议有关层次的内容，那个地点专门把他们抽出来加以介绍。 是因为用它们来描述一种通信过程与人们意念上有关的概念专门接近。关于局域网来说， 存取操纵方式与数据传送方式是苴通信协议最核心的内容。

3工业局域网实时性的含义

工业局域网对实时性是有要求的，各级子网对实时性的的要求不同，通常越靠底层的 子网对实时性要求越髙，越靠近上层的子网对实时性的要求越低。

实时性通常采纳响应时刻来立量描述。响应时刻是指某一系统对输入作出响应所需的 时刻，以ms、s、min, h为计量单位。u向应时亥ij专门短，就标志着系统的实时性越好。

PLC网络中，％站通过通信子网互联在一起，当某站对子网要求通信时，它对响应是 时刻是有要求的，不同站对实时性的要求可能不同，同一站不同通信任务对实时性的要求 也可能不同。一项通信任务的实时性得到满足是指其响应时刻小于规定的时限：一个站的 实时性合乎要求是指该站提出的所有通信任务在指左的时限内都能获得响应。整个通信子 网的实时性符合要求是指分布在子网上每一个站的每项通信任务的实时性均得到保证。

要保证PLC网络的实时性必须满足以下三个时刻约朿条件：

1、 必须限左每个站每次取得通信权的时刻上限制，以防I上某一站长时刻霸占子网而 导致其他各站实时性恶化。

2、 应当保证在某一固定的时刻周期内，通信子网上的每个站都有机会取得通信权， 这将为每个站提供差不多实时性。

3、 关于重要的站可优先服务，对某项紧急通信任务应当给予优先处理，应当能够用 静态（固左1的方式给予某站以较髙的优先权，应当能够用动态1临时）方式给予某些紧 急任务以较高的优先权。

PLC网络的实时性第一是由它所选用的存取操纵方式来保证的。此外提高实时性还能 够通过减少通信协议的层数来实现，一样靠近底层的子网采纳只包含3层通信协议的他塌 缩结构。这正是为了提髙实时性。另外选择适当的数据传送方式关于提高实时性有明显的 成效，发送数据要求对方承诺，比无应答服务慢的多，要求连接又要有应答的服务那么更 慢，而广播式通信最快。因此不能只考虑实时性，还要考虑可靠性。

4通信方式

4.1周期I/O通信方式

可编程操纵器的远程I/O链路确实是一种PLC操纵网络，在远程I/O链路中采纳 ''周期 I/O方式"交换数据。远程I/O链路按主从方式工作，可编程操纵器带的远程I/O主单元在 远程I/O链路中担任主站，其他远程I/O单元皆为从站。在主站中设立一个"远程I/O缓冲 区"，采纳信箱结构，划分为n个分箱与每一个从站一一对应，每个分箱再分为两格，一格 管发送，一个管接收。主站中负责通信的处理器采纳周期扫描方式，按顺序与各从站交换数 据，把与英对应的分箱中发送分格的数据送给从站，从从站中读取数据存入与其对应的分箱 的接收分格中，如此周而复始，是主站中的 ''远程I/O缓冲区"得到周期性的刷新。

在主站中的CPU单元负责用户程序的扫描，它按照循环扫描方式进行扫描处理，每个周 期都有一段集中进行I/O处理,这时它对本地I/O单元及远程I/O缓冲区进行读写操作。PLC 的CPU单元对用户程序的周期性循环扫描，与PLC负责通信的处理器对各远程I/O单元的周 期性扫描是异步进行的。

尽管PLC的CPU单元没有直截了当对远程I/O单元进行操作，然而由于远程I/O缓冲区 获得周期性刷新，PLC的CPC单元对远程I/O缓冲区的读写操作，就相当于直截了当访问了 远程I/O单元。

主站中负责通信的处理器采纳周期扫描方式与各从站交换数据，使主站中 ''远程I/O 缓冲区"得到周期性刷新，如此一种通信方式既涉及到周期又涉及到I/O,因而被称为"周 期I/O方式"，这种通信方式要占用PLC的I/O区，因此，只适用于少量数据的通信。从表 而看来远程I/O链路的通信就看起来是PLC直截了当对远程I/O单元进行读写操作，因此简 单。

4.2全局I/O通信方式

全局I/O方式是一种串行共享储备区通信方式要紧用于带有链接区的PLC之间的通信。

全局I/O方式的通信原理如以下图所示。在PLC网络的每台PLC的I/O区中各划出一块 来作为链接区，每一个链接区采纳如图1所示的邮箱结构。相同编号的发送区与接收区大小 相同，占用相同的地址段，一个为发送区，英它皆为接收区。采纳广播方式通信。PLC1把1
发送区的数据在PLC网络上广播,PLC2, PLC3接收到后把它接收下来存入各自的1接收区中， PLC2把2#发送区的数据在PLC网络上广播，PLCI, PLC3接收到后把它接收下来存入各自的 2#接收区中，PLC3把3#发送区数据在PLC网上广播，PLCI, PLC2把它接收下来存入各自的 3#接收区中。明显通过上述广播通信过程，PLCI, PLC2, PLC3的％链接区中数据是相同 的，那个过程称为等值变化过程，通过等值化通信使得PLC网络中的每台PLC链接区中的数 拯保持一致。它既包含着自己送岀去的数据，也包含着苴它PLC送来的数据。由于每台PLC 链接区大小一样，占用的地址段相同，每台PLC只要访问自己的链接区，就等于访问了英它 PLC的链接区，也就相当与其他PLC交换了数据。如此链接区就变成了名副事实上的共享储 备，共享区成为各PLC交换数据的中介。

因此那个地点的共享储备区与并行总线的共享储备区在结构上有些差别，它把物理上分 布在各站的链接区，通过等值化通信使其看起来重叠在一起，在逻辑上变成一个储备区，大 小与一个链接区一样，这种共享储备区称为串行共享储备区。

链接区能够采纳异步方式刷新（等值化），也能够采纳同步方式刷新。异步方式刷新与 PLC中用户程序无关，由各PLC所带的通信处理器按顺序进行广播通信，周而复始，使其所 有链接区保持等值化，同步方式刷新是由用户程序中对链接区的发送指令启动一次刷新，这 种方式只有当链接区的发送数据变化时才刷新（等值化），如此事半功倍。

全局I/O方式中的链接区是从PLC的I/O区划分岀来的，通过等值化通信变成所有PLC 共享（全局共享），因此称为 ''全局I/O方式"。这种方式下PLC直截了当用读写指令对链 接区进行读写操作，简单、方便、快速，但应注意在一台PLC中对某地址的写操作在其他 PLC中对同一地址只能进行读操作。与周期I/O方式一样，全局I/O方式也要占用PLC的I/O 区，因而这适用于少量数据的通信。

PLC2
链接区
1#接收区
2#发送区
3#接收区

图1全局I/O方式的工作原理

4.3主从总线通信方式

主从总线通信方式又称为1：N通信方式，这是在PLC通信网络上采纳的一种通信方式。 在总线结构的PLC子网上有N个站，其中只有一个主站，其他皆是从站，也确实是因为那个 缘故主从总线通信方式又称为1：N通信方式。

主从总线通信方式采纳集中式存取操纵技术分配总线使用权，通常采纳轮询表法，所谓 轮询表是一张从机号排列顺序表，该表配宜在主站中，主站按照轮询表的排列顺序对从站进 行询问，看它是否使用总线，从而达到分配总线使用权的目的。

为了保证实时性，要求轮询表包含每个从站号不能少于一次，如此在周期轮询时，每个 从站在一个周期中至少有一次机会取得总线使用权，从而保证了每个站的差不多实时性，关 于实时性要求比较高的站，能够在轮询表中让其从机号多现几次，如此就用静态的方式，给 予该站较高的通信优先权。在有些主从总线中轮询表法与中断法结合使用，让紧急任务能够 打断正常的周期轮询而插入，获得优先服务，这确实是用动态给予某项紧急任务以较髙优先 权。

存取操纵只解决了谁使用总线的问题，获得总线的从站还有如何使用总线的问题，即采 纳什么样的数据传送方式。主从总线通信方式中有两种差不多的数据传送方式，一种是只承 诺主从通信，不承诺从从通信，从站与从站要交换数据，必须经主站中转。另一种是既承诺 主从通信也承诺从从通信，从站获得总线使用权后安排主从通信，再安排自己与苴他从站（即 从从）之间的通信。

4.4令牌总线通信方式

令牌总线通信方式又称为N： N通信方式是指在总线结构的PLC子网上有N个站，它们 地位平等没有主站与从站之分，也能够说N个站差不多上主站。

N： N通信方式采纳令牌总线存取操纵技术。在物理总线上组成一个逻辑环，让一个令 牌在逻辑环中按一左方向依次流淌，获得令牌的站就取得了总线使用权。令牌总线存取操纵 方式限定每个站的令牌持有时刻，保证在令牌循环一周时每个站都有机会获得总线使用权, 并提供优先级服务，因此令牌总线存取操纵方式具有较好的实时性。

取得令牌的站有两种数拯传送方式，即无应答数据传送方式和有应答数据传送方式。采 纳无应答数据传送方式时，取得令牌的站能够赶忙向目的站发送数据，发送终止，通信过程 也就完成了：而采纳有应答数据传送方式时，取得令牌的站向目的站发送完数据后并不算通 信完成，必须等目的站获得令牌并把应答帧发给发送站后，整个通信过程才终止。后者比前 者的响应时刻明显增长，实时性下降。有些令牌总线型PLC网络的数据传送方式固左为一种, 有些那么可由用户选择。

4.5浮动主站通信方式

浮动主站通信方式又称N： M通信方式，适用于总线结构的PLC网络，是指在总线上有 M个站，苴中N (N<M=个为主站，苴余为从站。

N： M通信方式采纳令牌总线与主从总线相结合的存取操纵技术。第一把N个主站组成 逻辑环，通过令牌在逻辑环中依次流淌，在7个主站之间分配总线使用权，这确实是浮动主 站的含义。获得总线使用权的主站再按照主从方式来确左在自己的令牌持有时刻内与哪些站 通信。一样在主站中配置有一张轮询表，可按轮询表上排列的英它主站号及从站号进行 轮询。获得令牌的主站关于用户随机提出的通信任务可按优先级安排在轮询之前或之后进 行。

获得总线使用权的主站能够采纳多种数据传送方式与目的站通信，其中以无应答无连接 方式速度最快。

4.6 CSMA/CD通信方式

CSMA/CD通信方式是一种随机通信方式，适用于总线结构的PLC网络，总线上各站地位 平等，没有主从之分，采纳CSMA/CD存取操纵方式，即 ''先听后讲，边讲边听"。

CSMA/CD存取操纵方式不能保证在一立时刻周期内，PLC网络上每个站都可获得总线使 用权，因此这是一种不能保证实时性的存取操纵方式。然而它采纳随机方式，方法简单，而 且见缝插针，只要总线闲暇就抢着上网，通信资源利用率高，因而在PLC网络中CSMA/CD 通信法适用于上层生产治理子网。

CSMA/CD通信方式的数据传送方式能够选用有连接、无连接、有应答、无应答及广播通 信中的每一种，可按对通信速度及可靠性的要求进行选择。

4.7令牌环通信方式

有少量的PLC网络采纳环形拓扑结构，其存取操纵采纳令牌法，具有较好的实时性。图

1表示了令牌工作过程及其帧结构。

 

 

 

 

图（令牌环通信方式）

在图6〕中，令牌在物理环中按箭头指向，一站接一站的传送，获得令牌的站才有权 发送数据，设B站要向D站发送数据。当令牌传送到B站时,B站把令牌变为暂停证，然后 把待发送数据按图（b〕表示的格式加在暂停证后面从B站发送出去，最后再加上令牌一起 发往C站。此帧信息经C站中转后到达D站，D站把自己的本站地址与帧格式中目的地址相 比较，发觉两者相同，说明此帧信息事发给D站的，然后对此帧信息作差错校验，并把校验 结果以确信应答或否定应答填在ACK段中。同时把此帧信息复制下来，再把带有应答的帧连 续向下传送，经A站中转到达B站。B站用自己的本站地址与帧中源地址相比较，发觉两者 相同，说明此帧是自己发出的，再检查ACK段。假设为否泄应答，要有组织重发，假设为确 信应答，那么把此帧从环上吸取掉，只剩下令牌在环中连续

在图（b）的帧格式的最后为一令牌，因而当某站获得此令牌后也同样能够发送数据， 把此令牌变为暂停证，后而带上发送的帧最后再加上令牌,这时的帧格式就变成两个暂停证、 两帧，再加令牌，其传送过程与一帧相似，那个地点不再重复，从上述过程可见，令牌环通 信方式采纳的是有应答数据传送方式。

5小结

以上是PLC网络中常用的通信方式，其中少量的PLC网络采纳令牌环的通信方式等。另外. 在新近推出的PLC网络中，常常把多种通信方式集成配置在某一级子网上，这也是今后技 术进展的趋势