PLC 基础及应用 第3版 教学课件 ppt 作者 廖常初 FX基础第7章

第6章 PLC的通信与自动化通信网络,6.1 计算机通信方式与串行通信接口 6.1.1 计算机通信方式与传输速率 1并行通信与串行通信 并行通信以字节或字为单位传输数据，已很少使用。串行通信每次只传送二进制数的一位。最少只需要两根线就可以组成控制网络。 2异步通信与同步通信 接收方和发送方的传输速率的微小差异产生的积累误差，可能使发送和接收的数据错位。异步通信采用字符同步方式（见图6-1），通信双方需要对采用的信息格式（数据位、奇偶校验位和停止位）和传输速率作相同的约定。接收方将停止位和起始位之间的下降沿作为接收的起始点，在每一位的中点接收信息。,奇偶校验用硬件保证发送方发送的每一个字符的数据位和奇偶校验位中“1”的个数为偶数或奇数。接收方用硬件对接收到的每一个字符的奇偶性进行校验，如果奇偶校验出错，SM3.0为ON。 同步通信的发送方和接收方使用同一个时钟脉冲。接收方可以通过调制解调方式得到与发送方同步的接收时钟信号。 3单工通信与双工通信 单工通信只能沿单一方向传输数据，双工通信每一个站既可以发送数据，也可以接收数据。 全双工方式通信的双方都能在同一时刻接收和发送数据。 半双工方式通信的双方在同一时刻只能发送数据或只能接收数据。 4传输速率的单位为bit/s或bps 。,6.1.2 串行通信的端口标准 1RS-232C RS-232C的最大通信距离为15m，最高传输速率为20kbit/s，只能进行一对一的通信。RS-232C使用单端驱动、单端接收电路，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。 2RS-422A RS-422A采用平衡驱动、差分接收电路，因为接收器是差分输入，两根线上的共模干扰信号互相抵消。在最大传输速率10Mbit/s时，允许的最大通信距离为12m。传输速率为100kbit/s时，最大通信距离为1200m，一台驱动器可以连接10台接收器。 3RS-485 RS-422A是全双工，用4根导线传送数据。RS-485是RS-422A的变形，为半双工，使用双绞线可以组成串行通信网络。,6.2 计算机通信的国际标准 6.2.1 开放系统互连模型 物理层的下面是物理媒体，例如双绞线、同轴电缆和光纤等。物理层定义了传输媒体端口的机械、电气功能和规程的特性。 数据链路层的数据以帧为单位传送，每一帧包含数据和同步信息、地址信息和流量控制信息等。通过校验、确认和要求重发等方法实现差错控制。 应用层为用户的应用服务提供信息交换，为应用接口提供操作标准。,6.2.2 IEEE 802通信标准 1CSMA/CD（带冲突检测的载波侦听多路访问 ）的基础是以太网。 每个站都是平等的，采用竞争方式发送信息到传输线上，“先听后讲”和“边听边讲”。其控制策略是竞争发送、广播式传送、载体监听、冲突检测、冲突后退和再试发送。以太网越来越多地在底层网络使用。 2令牌总线 令牌绕逻辑环周而复始地传送。要发送报文的站等到令牌传给自己，判断为空令牌时才能发送报文。令牌沿环网循环一周后返回发送站时，如果报文已被接收站复制，发送站将令牌置为“空”，送上环网继续传送，以供其他站使用。,3令牌环用得少 4主从通信方式 主从通信网络有一个主站和若干个从站。主站向某个从站发送请求帧，该从站接收到后才能向主站返回响应帧。主站按事先设置好的轮询表的排列顺序对从站进行周期性的查询。 6.2.3 现场总线及其国际标准 1现场总线 IEC对现场总线的定义“安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线”。 2现场总线的国际标准 （1）IEC 61158 IEC 61158第4版采纳了经过市场考验的20种现场总线（见表6-1）。其中约一半是实时以太网。 （2）IEC 62026 IEC 62026是供低压开关设备与控制设备使用的控制器电气接口标准。,6.3 FX系列PLC的通信功能 6.3.1 数据链接与无协议通信 1并联链接 并联链接使用RS-485通信适配器或功能扩展板，实现同一子系列的两台FX系列PLC之间的信息自动交换，一台作为主站，另一台作为从站。,2PLC之间的简易链接（NN链接） 使用RS-485通信适配器或功能扩展板，实现最多8台FX系列PLC之间的信息自动交换。一台是主站，其余的为从站。各PLC之间通过共享数据区自动交换数据。,3计算机链接 计算机链接用于一台计算机与一台配有RS-232C通信接口的PLC通信，计算机也可以通过RS-485通信网络与最多16台PLC通信，RS-485网络与计算机的RS-232C通信接口之间需要使用FX-485PC-IF转换器。 计算机链接与Modbus通信协议中的ASCII模式相似，由计算机发出读、写PLC中的数据的命令帧，PLC收到后自动生成和返回响应帧。,4变频器通信 通过RS-485，FX2N、FX2NC最多可以与8台三菱的500系列变频器通信。FX3U、FX3UC和FX3G最多可以与8台三菱的500/700系列变频器通信。 5I/O 链接 远程I/O与CPU单元之间的信息交换是自动进行的，只需要很少几根通信线。使用远程I/O时需要增加通信接口模块。 FX2N系列PLC通过FX2N-16LNK-M MELSEC I/O链接主站模块，用双绞线直接连接16个远程I/O站，网络总长为200m，最多支持128点，I/O点刷新时间约5.4ms，传输速率为38400bit/s。 6无协议通信 无协议通信方式可以实现PLC与各种有RS-232C接口或RS-485接口的设备之间的通信。PLC与远程设备之间可以使用用户自定义的通信规约。 7编程通信功能 FX3G内置的USB接口和FX3U和FX3UC的通信用功能扩展板FX3U-USB-BD可以与计算机的USB接口通信。所有的FX系列PLC都集成有RS-422接口，可通过USB编程电缆与计算机的USB接口通信。,9通信的硬件 1）通信用功能扩展板的价格便宜，安装在PLC的内部，没有光电隔离。有RS-232、RS-422、RS-485功能扩展板和FX3U-USB-BD。 2）RS-232和RS-485通信用适配器。 3）FX2N-232-IF是RS-232C通信接口模块，有光电隔离。 4）FX-485PC-IF-SET是RS-232C和RS-485信号转接器，有光电隔离。 在网络的两端，应设置110的终端电阻。FX3U-485-BD、FX3G-485-BD和FX3U-485ADP内置终端电阻，用终端电阻切换开关设置是否使用终端电阻。 6.3.2 开放式通信网络 大型控制系统一般采用3层网络结构，最高层是以太网，第2层是三菱的CCLink。底层是现场总线，例如AS-i。 1CCLink通信网络 除了FX1S外，FX系列PLC可以接入CCLink和AS-i网络。FX3U、FX3UC和FX3G做主站时，可以连接智能设备站。CCLink的最高传输速率为10Mbit/s，最长距离1200m （与传输速率有关）。 使用CCLink接口模块的FX系列PLC可以做CCLink的远程站，安装了CCLink主站模块后， FX系列PLC在CC-Link网络中可以作主站。,2现场总线AS-i网络 AS-i（执行器传感器接口）网络已被纳入IEC 62026标准，响应时间小于5ms，由总线提供电源。AS-i用两芯电缆连接现场的传感器和执行器。 三菱的FX2N-32ASI-M 是AS-i网络的主站模块，最长通信距离100m，使用两个中继器可以扩展到300m。波特率为167kbit/s，最多可以接31个从站。 6.4 计算机链接通信协议 6.4.1 串行通信的参数设置 1用PLC参数设置对话框设置通信参数 在使用计算机链接、变频器通信、无协议通信功能时，可以用D8120设置串行通信的参数，也可以用编程软件来设置。双击左边工程数据列表的“参数”文件夹中的“PLC参数”，在打开的对话框的“PLC系统（2）”选项卡，选中“通信设置操作”多选框，设置通信的参数。 2用D8120设置串行通信的参数的方法见表6-2和表6-3。 3计算机链接通信用的特殊软元件见表6-4。 2计算机读取PLC数据的数据传输格式 以控制协议格式4为例，计算机从PLC中读数据的过程分为3步：,1）计算机向PLC发送以控制代码ENQ（请求）开始的读数据命令报文，数据按从左至右的顺序发送。 2）PLC接收到命令后，向计算机发送以控制代码STX开始、包含要求读取的数据的报文。计算机向PLC发送的命令有错误时，或在通信过程中产生错误，PLC将向计算机发送以NAK（无法确认）开始的、有错误代码的报文。 3）计算机在接收到PLC返回的数据后，向PLC发送以ACK开始的确认报文。计算机接收到PLC发来的有错误的报文时，向PLC发送以NAK开始的无法确认的报文。NAK错误代码见表6-8。,3计算机向PLC写数据的数据传输格式 计算机首先向PLC发送写数据命令报文，PLC收到计算机的命令后，执行相应的操作，执行完成后向计算机发送以ACK开头的确认报文，表示写操作已执行。 若计算机发送的写命令有错误，或者在通信过程中出现了错误，PLC将向计算机发送以NAK（不能确认）开始的、有错误代码的报文。,6.4.3 控制协议各组成部份的说明 计算机链接的命令帧和响应帧均由ASCII码组成，使用ASCII码的优点是控制代码（包括结束字符）不会和需要传送的数据的ASCII码混淆。一个字节的十六进制数对应两个字节的ASCII码，因此ASCII码的传送效率较低。 1控制代码见表6-5。 2同一网络中各PLC的站号不能重复，用D8121来设定站号（00H0FH）。 3FX系列PLC的标识号为十六进制数FFH对应的ASCII字符46H和46H。 4计算机链接的命令（ASCII字符）用来指定操作的类型（见表6-6）。 5报文等待时间是计算机在接收和发送状态之间切换的延迟时间。以10ms为单位，可以在十六进制数0F之间选择，用ASCII码表示。 6数据字符即需要发送的数据信息。,7校验和代码 校验和代码用来校验接收到的信息中的数据是否正确。将报文的第一个控制代码与校验和代码之间所有字符的十六进制数形式的ASCII码求和，把和的最低两位十六进制数作为校验和代码，以ASCII码的形式放在报文的末尾。接收方收到校验和后，根据接收到的字符计算出校验和代码，并与接收到的校验和代码比较，可以检查出接收到的数据是否出错。 D8120的b13位为1时，要求有校验和代码。 8控制代码CR/LF 选择控制协议格式4时，PLC会在它发出的报文的最后面自动加上回车和换行符，即控制代码CR/LF，对应的十六进制数为0DH和0AH。 11计算机链接通信的错误诊断 有通信错误时，无法确认（NAK）的响应报文中的错误代码见表6-8。 PLC的错误不是用NAK报文发送出去，错误代码储存在D8063中。,6.5 计算机链接通信协议中的命令 命令见表6-6，本节的例子均采用协议格式1，报文末尾无回车、换行符。报文中的ASCII码均用以H结束的十六进制数的形式表示。 6.5.1 计算机读写PLC软元件的命令 1读取位软元件组数据的命令 （1）计算机向PLC发送读命令BR，请求读取X4X7的状态。 （2）PLC返回读取的数据 设X4X6为ON，X7为OFF，PLC正确地接收到命令后，返回报文：,PLC检测到有校验和错误时，返回下面的报文，错误代码的意义见表6-8。 （3）计算机发送确认报文 计算机正确地接收到要读取的数据后，向PLC发送确认报文： 如果计算机检测到通信错误，向PLC发送的报文为： 其他命令的具体情况见6.5节。 6.5.2 下位请求通信功能 计算机与PLC之间的数据传输通常由计算机启动。如果PLC需要主动向计算机发送数据，可以使用下位请求通信功能。该功能用得不多，仅适用于计算机与PLC为1对1的配置，最多可以传送64个字。,6.5.4 计算机链接通信协议