(电工技师培训资料)-PLC数据网络通信

（电工技师培训资料）PLC数据网络通信8、1 数据通信基础无论是计算机，还是PLC、变频器及触摸屏都是数字设备，它们之间交换的信息是由“0”和“1”表示的数字信号。

通常把具有一定编码、格式和位长要求的数字信号称为数据信息。

数据通信就是将数据信息通过适当的传送到另一台机器。

这里的机器可以是计算机、变频器、可编程控制器、触摸屏以及远程I/O模块。

数据通信系统任务是把地理位置不同的计算机和PLC、变频器、触摸屏及其他数字设备连接起来，高效地完成数据的传送、信息交换和通信处理三项任务。

8.1.1 数据通信方式1、并行通信与串行通信在数据信息通信时，按同时传送位数来分可分为并行通信与串行通信。

（1）并行通信——所传送数据的各位同时发送或接收。

并行通信传送速度快，但由于一个并行数据有n位二进制数，就需要n根传送线，所以常用于近距离的通信，在远距离传送的情况下，导线通信线路复杂，成本高。

（2）串行通信——所传送数据按顺序一位一位地发送或接收。

所以，串行通信仅需要一根到两根传送线，在长距离传送时，通信线路简单、成本低，但与并行线路相比，传送速度慢，故常用于长距离传送而速度要求不高的场合。

但近年来串行通信速度有了很快的发展，甚至可达到Mdit/s的数量级，因此在分布式控制系统中也得到广泛应用。

2、同步传送和异步传送发送端与接收端之间的同步问题是数据通信中的一个重要问题。

同步不好，轻者导致误码增加，重者使整个系统不能正常工作。

传送过程中必须要解决好传送同步这一问题。

根据数据信息通信时，传送字符中的bit数目相同分为同步传送和异步传送。

（1）同步传送。

采用同步传输（Synchronus Transmission）时，将许多字符组成一个信息组进行传输，但是需要：在每组信息（通常称为帧）的开始处加上同步字符，在没有帧传输时，要填上空字符，因为同步传输不允许有间隙。

在同步传输过程中，一个字符可以对应5～8bit。

当然，在同一个传输过程中，所有字符对应同样的比特数，比如说n比特。

这样，传输时，按每n比特划为一个时间片，发送端在一个时间片中发送一个字符，接收端在一个时间片中接收一个字符。

同步传输时，一个信息帧中包含许多字符，每个信息帧用同步字符作为开始。

一般将同步字符和空字符用同一个代码。

在整个系统中，由一个统一的时钟控制发送端的发送信息帧和空字符。

接收端当然是能识别同步字符的，当检测到有一串比特和同字符相匹配时就认同该信息帧，于是，把此后的比特作为实际传输信息来处理。

在这种传输方式中数据以一组数据（数据块）为单位传送，数据块中每字节不需要起始位和停止位，因而就克服了异步传送效率低的缺点，但同步传送所需的软、硬件价格是异步的8～12倍。

因此通常在数据传送速率超过2000bps的系统中才采用同步传送，它适用于1：n点之间的数据传输。

（2）异步传送。

异步传送（Aynchronous Transmission）是将比特划分成小组独立传送。

发送方可以在任何时刻发送该比特组，而接收方并不知道它们什么时间发送。

因而异步传输存在一个问题，当它检测到数据并作出响应之前，第一个比特已经过去了。

因此这个问题需要通过通信协议加以解决，如每次异步传输都以一个开始的比特开头。

它通知接收方数据已经发送。

这就给了接收方响应、接收和缓冲数据比特的时间。

在传输结束时，一个停止比特表示一个传输的终止，因为它是利用起止法来达到收发同步的，所以异步传送又称起止式传送。

它适用于点对点之间的数据传输。

在异步传送中被传送的数据编码成一串脉冲组成的字符。

所谓异步是指相邻两个字符数据之间的停顿时间是长短不一的，即每个字符的bit数目是不相同的。

通常在异步串行通信中，收发的每一个字符数据是由四个部分按顺序组成的，如图8-1所示。

图8-1 异步串行通信方式的信息格式起始位：指在通信线上没有数据被传送时处于逻辑1状态。

当发送设备发送一个字符数据时，首先发出一个逻辑0信号，这个逻辑低电平就是起始位。

起始位通过信号线传向接收设备，接收设备检测到这个逻辑低电平后，就开始准备接收数据位信号。

起始位所起的作用就是设备同步，通信双方必须在传送数据位前协调同步。

数据位：当接收设备收到起始为后，紧接着就会收到数据位。

数据位的个数可以是5、6、7或8，IBMPC中经常采用7位或8位数据传送。

这些数据位接收到移位寄存器中，构成传送数据字符。

在字符数据传送过程中，数据位从最小有效位开始发送，依次顺序在接收设备中被转换为并行数据。

不同系列的PLC采用不同的位数据位。

奇偶校验位：数据位发送完之后，可以发送奇偶校验用于有限差错检测，通信双方约定一致的奇偶校验，那么组成数据位和奇偶位的逻辑1的个数必须是偶数：如果选择奇校验，那么逻辑1的个数必须是奇数。

就数据传送而言，奇偶校验位是冗余（为增强可靠性而设置）位，但它表示数据的一种性质。

这种性质用于检错，虽有限但很容易实现。

通常奇偶校验电路集成在通信控制器芯片中。

串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错，例如，传输字符“E”所对应的ASCII码为45H，用二进制表示，其个位为“0100，0101”。

由于干扰，可能使某个0变为1，这种情况，称之为出现“误码”；发现传输中的错误叫“检错”；发现错误后，清除错误，叫“纠错”。

最简单的检错方法是“奇偶校验”，即在传送字符的个位之外，再传送1位奇/偶校验位，可采用奇校验或偶校验。

奇校验：所有传送的数位（含字符的各数位）中，“1”的个数为奇数，如：8位数据01100101 1的个数为偶数，加一个1，变为奇数，所以校验位为1。

8位数据01100001 1的个数为奇数，加一个0，仍为奇数，所以校验位为0。

偶校验：所有传送的数位（含字符的各数位）中，“1”的个数为偶数，如：8位数据01100101 1的个数为偶数，加一个0，仍为偶数，所以校验位为0。

8位数据01100001 1的个数为奇数，加一个1，变为偶数，所以校验位为1。

采用奇偶校验，1位误码能检出，而2位及2位以上误码不能检出，同时，它不能纠错。

在发现错误后，只能要求重发。

但由于其方法简单，仍得到广泛使用。

停止位：在奇偶位或数据位（当无奇偶校验时）之后发送的是停止位是一个字符数据的结束标志，可以是1位、1.5位或2位的低电平。

接收设备收到停止位之后，通信线便又恢复到逻辑1状态，直到下一个字符数据的起始位到来。

通常PLC采用1位停止位。

例如，传送一个ASCII字符（每个字符有7位），若选用2位停止位，那么传送这个七位的ASCII字符就需要11位，其中起始位1位，校验位1位，停止位2位。

其格式如图8-2所示。

图8-2 异步传送异步传送就是按照上述约定好的固定格式，一帧一帧地传送，因此采用异步传送的方式硬件结构简单，但是传送每一个字节就要加起始位、停止位、因而传送效率低，主要用于中、低速的通信。

在异步数据传送中，CPU与外设之间必须有两项规定：①字符数据格式：即前述的字符信号编码形式。

例如起始位占用1位，数据位为7位，1个奇偶校验位，1个停止位，于是一个字符数据就由10位构成；也可以采用数据位为8位，无奇偶校验位等格式。

②传送波特率：在串行通信中，传输速率的单位是波特，即单位时间内传送二进制位数，其符号为bit/s。

假如数据传送的速率是960字符/s，则传送的波特率为：10×960=9600位/s=9600 bps每一位的传送时间为波特率的倒数：T b=1/9600 bps≈0.104ms8.1.2 数据传送方向在通信线路上按照数据传送的方向可以划分为单工、半单工和双工通信方式。

1、单工通信方式单工通信就是指信息的传送始终保持同一个方向，而不能进行反转，如图8-3a）所示。

其中A端只能作为发送端，B端只能作为接收端接收数据。

图8-3 通信方向2、半双工通信方式半双工通信就是指信息流可以在两个方向上传送，但同一时刻只限于一个方向传送，如图8-3b）所示，其中A端和B端都具有发送和接收的功能，但传送线路只有一条，或者A端发送到B端接收，或者B端发送到A端接收。

3、全双工通信方式全双工通信能在两个方向同时发送和接收，如图8-3c）所示。

其中A端和B 端双方都可以一边发送数据，一边接收数据。

8.1.3 传送介质目前普遍使用的传送介质有同轴电缆、双绞线和光缆。

其他介质如无线电、红外、微波等在PLC网络中应用很少。

其中双绞线（带屏蔽）：成本低、安装简单；光缆：尺寸小、重量轻、传输距离远，但成本高、安装维修需专用仪器。

传递介质的具体性能如表8-1。

8.1.4 串行通信接口标准1、RS-232C 串行接口标准RS-232C 是1969年由美国电子工业协会ELA （Electronic Industries Association ）所公布的串行通信接口标准。

“RS ”是英文“推荐标准”一词的缩写，“232”是标识号，“C ”表示此标准修改的次数。

它既是一种协议标准，又上一种电器标准，它规定了终端和通信设备之间信息交换的方式和功能。

PLC 与上位计算机间的通信就是通过RS-232C 标准接口来实现的。

它采用按位串行的方式，传递的速率，机波特率规定为19200、9600、4800、2400、1200、600、300等。

IBM PC 及其兼容机通常均配有RS232C 接口。

在通信距离较近、波特率要求不高的场合可以直接采用，既简单又方便。

但是，由于RS232C 接口采用单端发送、单端接收，所以，在使用中有数据通信速率低、通信距离近、抗共模干扰能力差等缺点。

目前RS-232是PC 机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。

RS-232被定义为一种在低速率串行通讯的单端标准。

RS-232以非平衡数据传输（Unbalanced Data Transmission ）的介面方式，这种方式是以一根信号线相对于接地信号线的电压来一个逻辑状态Mark 或Space 。

图8-4为一个典型的连接方式。

RS-232是全双功传输模式，具有各自独立的传送（TD ）及接收（RD ）信号线与一根接地信号线。

图8-4 RS-232典型的连接方式RS-232连接线的长度是最被讨论的话题，标准规范是不可超过50英尺（1英尺=30.48cm ）或者电容值不可超过2500pF 。

如果以电容值为标准，一般连接线典型电容值的17pF/英尺，则容许的连接线长度为147英尺约44m 。

如果是有屏蔽的连接线，则它的容许长度会更长。

在有干扰的环境下，连接线的容许长度会减小。

由于RS-232接口标准出现较早，难免有不足之处：① 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。

② 传输速率较低，在异步传输时，波特率为20kbps 。

③接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰能力差，当波特率越高其抗干扰的能力会呈倍数下降。