电气控制与PLC工程应用-PLC的通信及网络技术

第7章PLC的通信及网络技术7.1PLC通信基础7.2三菱FX系列PLC的通信7.3PLC网络7.4三菱PLC网络的工程应用实例7.1PLC通信基础7.1.1通信方式7.1.2通信介质7.1.3PLC常用通信接口7.1.4计算机通信标准7.1.1通信方式1.并行通信与串行通信2.单工通信与双工通信3.异步通信与同步通信4.基带传输与频带传输3.异步通信与同步通信图7-1异步通信的信息格式7.1.2通信介质1.双绞线2.同轴电缆3.光缆表7-1常用通信介质特性传输媒介特性传输媒介双绞线同轴电缆光缆基带（50Ω）宽带（75Ω）传输速率/（Mbit/s）1~41~101~45010~500网络段最大长度/km1．51~31050抗电磁干扰弱中中强支持的拓扑结构星形、环形、公共总线型环形、公共总线型公共总线型环形、公共总线型3.光缆1)光纤支持很宽的带宽，其范围在1014~1015Hz之间，这个范围覆盖了红外线和可见光的频谱。2)具有很快的传输速率，当前限制其所能实现的传输速率的因素来自信号生成技术。3)光纤抗电磁干扰能力强，由于光纤中传输的是不受外界电磁干扰的光束，而光束本身又不向外辐射，因此它适用于长距离的信息传输及安全性要求较高的场合。4)光纤衰减较小，中继器的间距较大。7.1.3PLC常用通信接口1.RS-232C2.RS-422A3.RS-4851.RS-232C1)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。表7-2RS-232C接口引脚信号的定义引脚号（9针）引脚号（25针）信号方向功能18DCDIN数据载波检测23RXDIN接收数据32TXDOUT发送数据420DTROUT57GND—信号公共参考地66DSRIN74RTSOUT请求传送85CTSIN清除传送922CI（RI）IN振铃指示1.RS-232C图7-2两个RS-232C数据终端设备的连接a)典型连接b)近距离连接1.RS-232C图7-3单端驱动单端接收的电路2.RS-422A图7-4平衡驱动差分接收的电路3.RS-485图7-5使用RS-485的网络3.RS-485图7-6RS-232C/RS-422A转换器原理图7.1.4计算机通信标准1.开放系统互连模型2.IEEE802通信标准1.开放系统互连模型(1)物理层(2)数据链路层(Data(3)网络层(Network(4)传输层(Transport(5)会话层(Session(6)表示层(Presentation(7)应用层(Application1.开放系统互连模型图7-7开放系统互连(OSI)模型2.IEEE802通信标准(1)CSMA/CD协议(2)令牌总线(3)令牌环(2)令牌总线图7-8令牌总线结构7.2三菱FX系列PLC的通信7.2.1FX系列PLC的通信模式7.2.2PLC与计算机专有协议的通信7.2.3PLC与计算机无协议通信7.2.4并行通信与N∶N通信7.2.1FX系列PLC的通信模式1)PLC的N∶N通信方式。2)PLC双机并联通信方式。3)PLC与计算机专有协议通信方式。4)PLC与计算机无协议通信方式。(1)PLC的N∶N通信方式(2)PLC双机并联通信方式(3)PLC与计算机专有协议通信方式(4)PLC与计算机无协议通信方式表7-3FX系列PLC各通信模式的特性N∶N网络PLC并联专用协议计算机连接无协议通信传输标准RS⁃􀰊485RS⁃􀰊485/RS⁃􀰊422ARS⁃􀰊485/RS⁃􀰊422A或RS⁃232C传输距离500mRS⁃􀰊485/RS⁃􀰊422A:500mRS⁃232C:15m连接数量8站1∶11∶N(N≤16)1∶1通信方式半双工半双工/全双工数据长度固定7bit/8bit校验无/奇/偶停止位1bit/2bit表7-3FX系列PLC各通信模式的特性N∶N网络PLC并联专用协议计算机连接无协议通信波特率38400bit/s19200bit/s300/600/1200/2400/4800/9600/19200bit/s头字符固定无/有效尾字符控制线—协议—格式1/格式4无和校验固定无/有效7.2.2PLC与计算机专有协议的通信1)判别PC上配置的通信接口是否与要连入的PLC匹配，若不匹配，则增加通信模板。2)要熟悉PLC的通信协议，按照协议的规定及帧格式编写PC的通信程序。3)选择适当的操作系统提供的软件平台，编制用户要求的画面。4)若要远程传送，可通过Modem接入电话网。1.硬件连接2.FX系列PLC通信协议3.PC通信程序的编写1.硬件连接图7-9PC与PLC的硬件连接a)通过FX-232AW单元的点对点连接b)通过通信功能扩展板FX-232BD的点对点连接c)多点结构连接2.FX系列PLC通信协议(1)数据格式(2)通信命令(3)通信控制字符(4)报文格式(5)传输规程图7-10数据格式表7-4FX系列PLC的通信命令命令命令代码目标软继电器功能读命令′0′即ASCII码′30H′X，Y，M，S，T，C，D读取软继电器状态、数据写命令′1′即ASCII码′31H′X，Y，M，S，T，C，D把数据写入软继电器强制通命令′7′即ASCII码′37H′X，Y，M，S，T，C强制某位ON强制断命令′8′即ASCII码′38H′X，Y，M，S，T，C强制某位OFF表格STXCMD数据段ETXSUMHSUML字节1~字节4字节5/字节6第1数第2数据第3数据…第N数据软继电器首址读/写字节数上位下位上位下位上位下位…上位下位表格STX数据ETXSUMHSUML第1数据第2数据…第N数据上位下位上位下位…上位下位表7-5FX系列PLC通信控制字符控制字符ASCII码功能说明ENQ05HPC发出请求ACK06HPLC对ENQ的确认回答NAK15HPLC对ENQ的否认回答STX02H信息帧开始标志ETX03H信息帧结束标志图7-11传输过程3.PC通信程序的编写(1)通信口初始化(2)请求通信与确认(3)发送命令报文(4)读取应答报文图7-12传输应答过程及命令报文7.2.3PLC与计算机无协议通信1.系统配置2.通信数据的处理1.系统配置表7-6无协议通信时PLC与通信接口的配置传输标准PLC型号使用接口最大通信距离/mRS⁃232CFF-232-BD15F-CNV-BD+F-232ADPF-CNV-IF+F-232IFRS⁃􀰊485A(422A)F-485-BDF-CNV-BD+F-485ADP500使用计算机的RS⁃232C接口连接时，需要RS⁃􀰊485A/RS⁃232C信号转换器2.通信数据的处理(1)16位数据处理模式(2)8位数据处理模式图7-13RS指令在处理16位数据时的控制程序图7-14发送数据和发送数据剩余量图7-15接收数据和已接收数据量(2)8位数据处理模式1)打印机每打一条信息下移一行，在信息的末尾写2)利用X0驱动RS指令;3)每次X1打开(↑)时，将D200~D210的内容发送到打印机，并打印“测试行”。图7-16RS指令在处理8位数据时的控制程序图7-17发送数据和发送数据余量图7-18接收数据和接收数据余量表7-7通信格式(D8120=006FH)数据长度8位起始符无奇偶校验偶终止符无停止位2位控制线不用传输速率2400bit/s通信协议无图7-19控制程序7.2.4并行通信与N∶N通信1.并行通信2.N∶N网络通信1.并行通信(1)模式与链接单元(2)应用举例图7-20并行通信的系统配置示意图表7-8并行通信时PLC使用的通信接口PLC型号使用接口通信介质最大通信距离/mFF-485-BD屏蔽双绞线50F-CNV-BD+F-485ADPFF-485ADP表7-9并行通信时相关的辅助继电器与数据寄存器辅助继电器和数据寄存器动作功能M8070并行链接中，PLC为主站点时驱动M8071并行链接中，PLC为从站点时驱动M8072并行链接中，当PLC运行时为ONM8073并行链接中，M8070/M8071设置不正确时为ONM8162并行链接为高速模式时为ON，仅2个数据字读/写M8070并行链接监视时间图7-21并行链接的工作模式a)普通模式b)高速模式表7-10普通模式下的链接单元通信元件主站→从站从站→主站M800~M899(100点)D490~D499(10点）M900~M999（100点）D500~D509（10点）通信时间70（ms）+主扫描时间（ms）+从扫描时间（ms）表7-11高速模式下的链接单元通信元件主站→从站从站→主站D490，D491（2点）D500，D501（2点）通信时间20（ms）+主扫描时间（ms）+从扫描时间（ms）图7-22主站参考控制程序图7-23从站参考控制程序2.N∶N网络通信(1)设置方法(2)应用举例图7-24N∶N网络系统配置表7-12与N∶N网络相关的数据寄存器特性数据寄存器名称描述响应类型读D8173站点号存储自己的站点号主站，从站读D8174从站点数存储从站点的总数主站，从站读D8175刷新范围存储刷新范围主站，从站写D8176站点号设置设置自己的站点号主站，从站写D8177总从站点数设置设置从站点总数主站写D8178刷新范围设置设置刷新范围主站读/写D8179重试次数设置设置重试次数主站读/写D8180通信超时设置设置通信超时主站读D8201当前网络扫描时间存储当前网络扫描时间主站，从站表7-12与N∶N网络相关的数据寄存器读D8202最大网络扫描时间存储最大网络扫描时间主站，从站读D8203主站点的通信错误数目主站点的通信错误数目从站读D8204～D8210从站点的通信错误数目从站点的通信错误数目主站，从站读D8211主站点的通信错误代码主站点的通信错误代码从站读D8212～D8218从站点的通信错误代码从站点的通信错误代码主站，从站表7-13与N∶N网络相关的辅助继电器特性辅助继电器名称描述响应类型读M8038N∶N网络参数设置用来设置N∶N网络参数主站，从站读M8183主站点的通信错误当主站点产生通信错误时为ON从站读M8184~M8190从站点的通信错误当从站点产生通信错误时为ON主站，从站读M8191数据通信当与其他站点通信时为ON主站，从站(1)设置方法1)设定站点号D8176。2)设定从站点总数D8177。3)设置刷新范围D8178。4)设定重试次数D8179。5)设置通信超时D8180。表7-14N∶N网络在三种刷新模式下占用的编程元件站点号模式0模式1模式2位元件M字元件D位元件M字元件D位元件M字元件D0点4点32点4点64点8点第0号—D0～D3M1000～M1031D0～D3M1000～M1063D0～D7第1号—D10～D13M1064～M1095D10～D13M1064～M1127D10～D17第2号—D20～D23M1128～M1159D20～D23M1128～M1191D20～D27第3号—D30～D33M1192～M1223D30～D33M1192～M1255D30～D37第4号—D40～D43M1256～M1287D40～D43M1256～M1319D40～D47表7-14N∶N网络在三种刷新模式下占用的编程元件第5号—D50～D53M1320～M1351D50～D53M1320～M1383D50～D57第6号—D60～D63M1384～M1415D60～D63M1384～M1447D60～D67第7号—D70～D73M1448～M1479D70～D73M1448～M1511D70～D77图7-25主站参数设定程序7.3PLC网络7.3.1现场总线简介7.3.2三菱PLC的网络7.3.3基于FX2N系列PLC的网络技术7.3.1现场总线简介1.现场总线控制系统的组成2.现场总线控制系统体系结构3.典型现场总线4.现场总线的特点图7-26典型的FCS体系结构3.典型现场总线