PLC数据网络通信.docx
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PLC数据网络通信.docx
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PLC数据网络通信
PLC数据网络通信
八、1数据通信基础
不管是运算机,仍是PLC、变频器及触摸屏都是数字设备,它们之间互换的信息是由“0”和“1”表示的数字信号。
通常把具有必然编码、格式和位长要求的数字信号称为数据信息。
数据通信确实是将数据信息通过适当的传送到另一台机械。
那个地址的机械能够是运算机、变频器、可编程操纵器、触摸屏和远程I/O模块。
数据通信系统任务是把地理位置不同的运算机和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、信息互换和通信处置三项任务。
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——所传送数据的列位同时发送或接收。
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,因此经常使用于近距离的通信,在远距离传送的情形下,导线通信线路复杂,本钱高。
(2)串行通信——所传送数据按顺序一名一名地发送或接收。
因此,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、本钱低,但与并行线路相较,传送速度慢,故经常使用于长距离传送而速度要求不高的场合。
但最近几年来串行通信速度有了专门快的进展,乃至可达到Mdit/s的数量级,因此在散布式操纵系统中也取得普遍应用。
二、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。
同步不行,轻者致使误码增加,重者使整个系统不能正常工作。
传送进程中必需要解决好传送同步这一问题。
依照数据信息通信时,传送字符中的bit数量相同分为同步传送和异步传送。
(1)同步传送。
采纳同步传输(SynchronusTransmission)时,将许多字符组成一个信息组进行传输,可是需要:
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,因为同步传输不许诺有间隙。
在同步传输进程中,一个字符能够对应5~8bit。
固然,在同一个传输进程中,所有字符对应一样的比特数,比如说n比特。
如此,传输时,按每n比特划为一个时刻片,发送端在一个时刻片中发送一个字符,接收端在一个时刻片中接收一个字符。
同步传输时,一个信息帧中包括许多字符,每一个信息帧用同步字符作为开始。
一样将同步字符和空字符用同一个代码。
在整个系统中,由一个统一的时钟操纵发送端的发送信息帧和空字符。
接收端固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,把尔后的比特作为实际传输信息来处置。
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,因此就克服了异步传送效率低的缺点,但同步传送所需的软、硬件价钱是异步的8~12倍。
因此通常在数据传送速度超过2000bps的系统中才采纳同步传送,它适用于1:
n点之间的数据传输。
(2)异步传送。
异步传送(AynchronousTransmission)是将比特划分成小组独立传送。
发送方能够在任何时刻发送该比特组,而接收方并非明白它们什么时刻发送。
因此异步传输存在一个问题,当它检测到数据并作出响应之前,第一个比特已通过去了。
因此那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、接收缓和冲数据比特的时刻。
在传输终止时,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,因此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马上刻是犬牙交错的,即每一个字符的bit数量是不相同的。
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份按顺序组成的,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,第一发出一个逻辑0信号,那个逻辑低电平确实是起始位。
起始位通过信号线传向接收设备,接收设备检测到那个逻辑低电平后,就开始预备接收数据位信号。
起始位所起的作用确实是设备同步,通信两边必需在传送数据位前和谐同步。
数据位:
当接收设备收到起始为后,紧接着就会收到数据位。
数据位的个数能够是五、六、7或8,IBMPC中常常采纳7位或8位数据传送。
这些数据位接收到移位寄放器中,组成传送数据字符。
在字符数据传送进程中,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采纳不同的位数据位。
奇偶校验位:
数据位发送完以后,能够发送奇偶校验用于有限过失检测,通信两边约定一致的奇偶校验,那么组成数据位和奇偶位的逻辑1的个数必需是偶数:
若是选择奇校验,那么逻辑1的个数必需是奇数。
就数据传送而言,奇偶校验位是冗余(为增强靠得住性而设置)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操纵器芯片中。
串行数据在传输进程中,由于干扰可能引发信息的犯错,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变成1,这种情形,称之为显现“误码”;发觉传输中的错误叫“检错”;发觉错误后,清除错误,叫“纠错”。
最简单的检错方式是“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,可采纳奇校验或偶校验。
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011001011的个数为偶数,加一个1,变成奇数,因此校验位为1。
8位数据011000011的个数为奇数,加一个0,仍为奇数,因此校验位为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011001011的个数为偶数,加一个0,仍为偶数,因此校验位为0。
8位数据011000011的个数为奇数,加一个1,变成偶数,因此校验位为1。
采纳奇偶校验,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。
在发觉错误后,只能要求重发。
但由于其方式简单,仍取得普遍利用。
停止位:
在奇偶位或数据位(当无奇偶校验时)以后发送的是停止位是一个字符数据的终止标志,能够是1位、位或2位的低电平。
接收设备收到停止位以后,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采纳1位停止位。
例如,传送一个ASCII字符(每一个字符有7位),假设选用2位停止位,那么传送那个七位的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
异步传送确实是依照上述约定好的固定格式,一帧一帧地传送,因此采纳异步传送的方式硬件结构简单,可是传送每一个字节就要加起始位、停止位、因此传送效率低,要紧用于中、低速的通信。
在异步数据传送中,CPU与外设之间必需有两项规定:
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位组成;也能够采纳数据位为8位,无奇偶校验位等格式。
②传送波特率:
在串行通信中,传输速度的单位是波特,即单位时刻内传送二进制位数,其符号为bit/s。
假设数据传送的速度是960字符/s,那么传送的波特率为:
10×960=9600位/s=9600bps
每一名的传送时刻为波特率的倒数:
Tb=1/9600bps≈
8.1.2数据传送方向
在通信线路上依照数据传送的方向能够划分为单工、半单工和双工通信方式。
一、单工通信方式
单工通信确实是指信息的传送始终维持同一个方向,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
半双工通信确实是指信息流能够在两个方向上传送,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A端发送到B端接收,或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端两边都能够一边发送数据,一边接收数据。
8.1.3传送介质
目前普遍利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):
本钱低、安装简单;光缆:
尺寸小、重量轻、传输距离远,但本钱高、安装维修需专用仪器。
传递介质的具体性能如表8-1。
表8-1传送介质性能比较
性能
传送介质
双绞线
同轴电缆
光缆
传送速率
s~2Mbit
1~450Mbit/s
10~500Mbit
连接方法
点到点
多点
1.5km不用中继器
点到点
多点
10km不用中继(宽带)1~3km不用中继(宽带)
点到点
50km不用中继
传送信号
数字、调制信号纯模拟信号(基带)
调制信号、数字(基带)、数字、声音、图象(宽带)
调制信号(基带)数字、声音、图象(宽带)
文件网络
星形、环形、小形交换机
总线形、环形
总线形、环形
抗干扰
好(雷外屏蔽)
很好
极好
抗恶劣环境
好
好,但必须将电缆与腐蚀物隔开
极好,耐高温和其他恶劣环境
8.1.4串行通信接口标准
一、RS-232C串行接口标准
RS-232C是1969年由美国电子工业协会ELA(ElectronicIndustriesAssociation)所发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互换的方式和功能。
PLC与上位运算机间的通信确实是通过RS-232C标准接口来实现的。
它采纳按位串行的方式,传递的速度,机波特率规定为19200、9600、4800、2400、1200、600、300等。
IBMPC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能够直接采纳,既简单又方便。
可是,由于RS232C接口采纳单端发送、单端接收,因此,在利用中有数据通信速度低、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普遍的一种串行接口。
RS-232被概念为一种在低速度串行通信的单端标准。
RS-232以非平稳数据传输(UnbalancedDataTransmission)的介面方式,这种方式是以一根信号线相关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8-4RS-232典型的连接方式
RS-232连接线的长度是最被讨论的话题,标准标准是不可超过50英尺(1英尺=30.48cm)或电容值不可超过2500pF。
若是以电容值为标准,一样连接线典型电容值的17pF/英尺,那么允许的连接线长度为147英尺约44m。
若是是有屏蔽的连接线,那么它的允许长度会更长。
在有干扰的环境下,连接线的允许长度会减小。
由于RS-232接口标准显现较早,不免有不足的地方:
1接口的信号电平值较高,易损坏接口电路的芯片。
2传输速度较低,在异步传输时,波特率为20kbps。
3接口利用一根信号线和一根信号返回线而组成共地的传输形式,这种共地传输容易产生共模干扰,因此抗噪声干扰能力差,当波特率越高其抗干扰的能力会呈倍数下降。
4
其传输距离有限。
2、RS-422A串行接口标准
RS-422A采纳平稳驱动、差分接收电路(见图8-5),从全然上取消了信号地线。
平稳驱动器相当于两个单端驱动器,其输入信号相同,两个输出信号互为
图8-5平稳驱动差分接收
反相信号,图中的小圆圈表示反相。
外部输入的干扰信号是以模方式显现的,两根传输线上的共模干扰信号相同,因接收器是差分输入,共模信号能够相互抵消。
只要接收有足够的抗共模干扰能力,就能够从干扰信号中识别出驱动器输出的有效信号,从而克服外部干扰的阻碍。
RS-422A在最大传输速度(10Mdit/s)时,许诺的最大通信距离为12m传输速度为100kbit/s时,最大通信距离为1200m。
一台驱动器能够连接10台接收器。
3、RS-485串行接口标准
由于RS-485是从RS-422基础上进展而来的,因此RS-485许多电气规定与RS-422相仿,如都采纳平稳传输方式,都需要在传输线上接终端电阻。
RS-485能够采纳二线四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信,其中的使能信号操纵数据的发送或接收。
RS-485的点气特性:
逻辑“1”以两线间的电压差为+(2至6)V表示:
逻辑“0”以两线间的电压差为-(2~6)V表示,RS-485的数据最高传输速度为10Mbps,RS-485接口是采纳平稳驱动器和差分接收器的组合,抗共模干扰能力增强,即抗噪声干扰性好,它的最大传输距离标准值为4000英尺,事实上可达3000米。
另外,RS-232接口在总线上只许诺连接1个收发器,即单站能力。
而RS-485接口在总线上是许诺连接多达128个收发器,即具有多站能力,如此用户能够利用单一的RS-485接口方便地成立起设备网络。
因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性、长的传输距离和多站能力等上述优势,使其成为首选的串行接口。
因为RS485接口组成的半双工网络,一样只需二根连线,因此RS485接口均采纳屏蔽双绞线传输。
500/PLC[RS-485](两线)的接脚图如表8-2所示。
表8-2500/PLC[RS-485](两线)的接脚图
接脚号
接脚名
说明
1
RX-
数据接收或发送信号线A
2
RX+
数据接收或发送信号线B
5
GND
接地信号线
4.通信格式D8120的位概念
其通信格式包括:
传送速度(波特率)和奇偶性等,能够由FX2N系列PLC的特殊数据寄放器D8120的内容来设定。
D8120的位概念如表8-9所示。
表8-9 D8120的位概念
位号
意 义
内 容
位号
意 义
内 容
0(OFF)
1(ON)
0(OFF)
1(ON)
b0
数据长度
7位
8位
b8
起始符*1
无
D8124*2
b1
b2
奇偶校验
b2,b1
(0,0):
无(None)
(0,1):
奇数(Odd)
(1,1):
偶数(Even)
b9
结束符*1
无
D8125*3
b3
停止位
1位
2位
b10
未使用
b4
b5
b6
b7
波特率(bps)
b7,b6,b5,b4
(0,0,1,1):
300
(0,1,0,0):
600
(0,1,0,1):
1200
(0,1,1,0):
2400
b7,b6,b5,b4
(0,1,1,1):
4800
(1,0,0,0):
9600
(1,0,0,1):
19200
b11
DTR检查
发送和
接收
接收
b12
控制线*4
无
H/W
b13
和校验*5
不加和校验码
加和校验码
b14
协议
无协议
专门协议
b15
传输控制协议
协议格式1
协议格式4
为了利用232BD在RS232C设备之间发送和接收数据,二者间的通信格式必需一致,修改设定后,必然要先关闭PLC的电源,然后从头开机。
表中说明:
*1当利用专门协议时设置为“0”。
*2仅被选择无协议(RS指令)和有一个STX的初始值(02H:
能够被用户修改)时有效。
*3仅被选择无协议(RS指令)和有一个ETX的初始值(03H:
能够被用户修改)时有效。
*4当利用专门协议时,设定(b11,b12)=(1,0)。
*5当利用无协议时,设定为“0”。
三菱系列PLC与变频器的RS485通信
一、三菱系列变频器RS485串行通信协议
1.通信协议
运算机(PLC可编程操纵器)与变频器之间的数据通信执行进程如图
8-15所示。
*1若是发觉数据错误而且进行再试,能够从用户程序执行再试操作;若是持续再试次数超过参数设定值,变频器进入到报警停止状态。
*2发生接收一个错误数据时,变频器给运算机(PLC可编程操纵器)返回“再试数据”;若是持续数据错误次数达到或超过参数设定值,变频器进入到报警停止状态。
数据通信协议执行进程分五个步骤进行,具体进程分析如下。
(1)从运算机(PLC可编程操纵器)发送数据到变频器;写入数据时依照需要,选择利用格式A、A/,读出数据时,利用格式B进行,如图8-16。
(2)变频器数据数据处置时刻,即变频器的等待时刻;依照变频器参数选择,=9999,由通信数据设定其等待时刻;=0~150ms,由变频器参数设定其等待时刻。
(3)从变频器返回数据到运算机(PLC可编程操纵器);变频器检查步骤:
发送的数据有无错误,若是通信没有错误、同意请求时,将从变频器返回格式为C、E、E/;若是通信有错误、拒绝请求时,那么从变频器返回数据格式为D、F,如图8-17、8-18。
(4)运算机(PLC可编程操纵器)处置延不时刻。
(5)运算机(PLC可编程操纵器)依照返回数据应答变频器;当利用格式B后,运算机可检查从变频器返回的应答数据有无错误,并通知变频器,没有发觉错误利用格式G,发觉错误利用格式H。
2.数据格式类型
采纳十六进制,数据在运算机(PLC可编程操纵器)与变频器之间自动利用ASCⅡ码传输。
(1)从运算机(PLC可编程操纵器)到变频器的通信请求数据,如图8-16所示。
注:
①变频器站号用十六进制数在H00~H1F(站号00~31)之间设定;②*3表示操纵代码;③*4表示CR(回车符)或LF(换行符)代码;当数据从运算机(PLC可编程操纵器)传输到变频器,有些运算机中代码CR(回车符)和LF(换行符)自动设置到数据组的结尾,因此变频器的设置也必需依照运算机来确认,而且可通过变频器的选择有无CR和LF代码;④*[响应时刻设定]不设定为9999的场合下,数据格式的“响应时刻”字节没有,请作成通信请求数据(字符数减少一个)。
(2)利用格式A和格式A/后从变频器返回的应答数据,如图8-17所示。
(3)利用格式B后从变频器返回的应答数据,如图8-18所示。
(4)利用格式B后,检查从变频器返回的应答数据有无错误,并通知变频器,如图8-19所示。
3.数据概念
(1)操纵代码(以ASCⅡ码表示),如表8-14所示。
ASCⅡ码表见表8-15。
表8-14常见操纵代码的ASCⅡ码表示
信号
ASCⅡ码
说明
STX
H02
正文开始(数据开始)
ETX
H03
正文结束(数据结束)
ENQ
H05
询问(通信请求)
ACK
H06
承认(没有发现数据错误)
LF
H0A
换行
CR
H0D
回车
NAK
H15
不承认(发现数据错误)
表8-157位ASCⅡ码表
d6d5d4位
d3d2d1d0位
000
001
010
011
100
101
110
111
0000
NUL
DLE
SP
0
@
P
、
p
0001
SOH
DC1
!
1
A
Q
a
q
0010
STX
DC2
“
2
B
R
b
r
0011
ETX
DC3
#
3
C
S
c
s
0100
EOT
DC4
$
4
D
T
d
t
0101
ENQ
NAK
%
5
E
U
e
u
0110
ACK
SYN
&
6
F
V
f
v
0111
BEL
ETB
7
G
W
G
w
1000
BS
CAN
(
8
H
X
H
x
1001
HT
EM
)
9
I
Y
i
y
1010
LF
SUB
*
:
J
Z
j
z
1011
VT
ESC
+
;
K
[
k
{
1100
FF
FS
‘
<
L
\
l
|
1101
CR
GS
-
=
M
]
m
}
1110
SO
RS
.
>
N
↑
n
~
1111
SI
US
/
?
O
↓
o
DEL
(2)变频器站号。
规定与运算机(PLC可编程管制器)通信的站号,在H00~H1F(00~31)之间设定。
(3)指令代码。
由运算机(PLC可编程管制器)发给变频器,指明程序要求(例如:
运行、监视)。
因此,通过响应的指令代码,变频器可进行各类方式的运行和监视。
(4)数据。
表示与变频器传输的数据,例如频率和参数;依照指令代码确认数据的概念和设定范围。
(5)等待时刻。
规定变频器收到从运算机(PLC可编程管制器)来的数据和传输应答数据之间的等待时刻;在0~150ms之间设定等待时刻,最小设定单位10ms(例如:
1=10ms,2=20ms),如图8-20所示。
注:
Pr.123[响应时刻设定]不设定为9999,在此场合下,数据格式的“响应时刻”字节没有,请作成通信请求数据(字符数减少一个)。
(1)总和校验。
总和校验代码是由被校验代码是由被校验的ASCⅡ码(详见表)数据的总和(二进制)的最低一个字节(8位)表示的2个ASCⅡ码数字(十六进制),如图8-21所示。
图8-21总和校验
4.PLC串行数据通信指令简介
现举一简单的通信指令,如图8-22所示加以表达。
(1)该RS指令为利用RS-232C及RS-485功能扩展板及特殊适配器,进行发送接收串行数据的指令,数据的格式能够通过特殊数据寄放器D8210设定,并要与变频器的数据格式类型完全对应;通过PLC传送指令把通信数据装到D200开始的持续单元中。
(2)D200:
发送数据的首地址(指针)。
(3)D0:
发送数据的字节数(点数),依照协议能够用常数直接指定字节数,在不进行发送的系统中,将数据发送点数设定为K0。
(4)D500:
接收数据的首地址(指针)。
(5)D1:
数据接收的字节数(点数),依照协议能够用常数直接指定字节数,在不进行发送的系统中,将数据接收点数设定为K0。
(6)发送通信数据时请利用脉冲执行方式,SETM8122即可。
5.PLC可编程操纵器的通信格式D8120
利用串行数据的发送和接收时,变频器和PLC可编程操纵器的通信格式必需一致,PLC可编程操纵器的通信参数通过D8120来设定。
PLC可编程操纵器的通信格式为D8120=H009F,其设定如表8-16所示。
表8-16通过D8120设定通信参数
B15
B14
B13
B12
B11
B10
B9
B8
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
1
1
1
使用RS指令
保
留
发送和接收
保
留
无起始位
无停止位
波特率为
2位停止位
偶数
8位数据
6.程序设计的建议
(1)当从运算机(PLC可编程管制器)发送的数据有错误时,变频器将不同意
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