PLC各种通信方式的特点与选择

PLC 各种通信方式的特点与选择廖常初(重庆大学电气工程学院　400044) 摘　要　以OMRON 公司的PLC 为例,介绍了PLC 各种通信方式的特点、硬件接线和实现数据交换的方法,最后介绍了选择通信方式时应考虑的一些问题。

关键词　PLC 通信　网络1　概述大型控制系统中通信网络的最高层一般采用以太网,第二层一般是PLC 厂家提供的通信网络或现场总线,如西门子的Profibus ,Rockwell 的Con2trolNet 和欧姆龙的Controller Link 等。

底层是现场总线,如DeviceNet 和AS —i (执行器传感器接口)等。

PLC 也可以通过RS —232C 和RS —485等标准的串行通信接口进行通信。

PLC 如果没有内置的串行通信接口,需配用通信模块或通信适配器。

如果要接入以太网、现场总线和其他网络,需使用专用的内置通信接口或通信模块。

以OMRON 公司的PLC 为例,通过RS —232C 、RS —422和RS —485通信接口,可实现有协议通信(上位机链接通信、一对一链接通信和N T 链接通信)和RS —232C 无协议通信。

使用专用的通信模块,可以通过以太网、Controller Link 、SYSMAC L IN K 、CompoBus/D 和CompoBus/S 等网络进行通信。

2　上位机链接通信211　串行通信接口的硬件接线通过RS —232C 接口和上位机链接(HostLink )协议,一台计算机可以控制一台PLC ,如果PLC 本身不带RS —232C 接口(如CPM1A ),应使用RS —232C 通信模块或通信适配器。

OMRON 公司的N T (可编程终端)也可以作上位机,RS —232C 接口之间的接线如图1所示。

如果用一台上位机控制多台PLC (最多可控制32台,如图2所示),可用一台链接适配器与计算机相联。

每台CPM1A PLC 应配一块RS —422图1　一对一上位机链接接线图图2　一对N 上位机链接接线图通信模块或通信适配器,将它们连接在一起,再与链接适配器相联,采用RS —422通信协议电缆最长为500m 。

212　上位机链接的通信方式在上位机链接中,数据以“帧”(Frame )为单位传送,上位机一般具有优先发送权并启动通信,发出命令帧给PLC ,PLC 收到后自动发出响应帧。

上位机可以读出PLC 存储区的信息,或将信息写入PLC 。

图3和图4给出了命令帧和响应帧的结构。

帧中的节点(即作为下位机的PLC )编号为00～31,两个字符的标题码用来说明帧的性质。

结束代码返回命令的完成情况,如是否发生错误。

例如命令帧@—63—《电工技术杂志》2002年第11期 ・论　坛・00RD00010002表示计算机要求读出节点号为00的PLC 中起始地址为0001的两个DM (数据存储器)字的内容,假设响应帧为@00RC001234ABCD ,标题码RC 之后的00为结束代码,表示没有错误。

十六进制数1234H 和ABCDH 分别是从PLC 读出的DM0001和DM0002中的数据。

图3　命令帧的结构图4　响应帧的结构一个帧最多由131个ASCII 字符组成,如果需要发送的字符超过131个,必须将数据分成若干个帧,第一帧和中间各帧的接尾用分界符(回车符CR )代替结束符(3和CR )。

PLC 处于RUN 状态时,不能执行或写入与强制操作有关的命令。

在RUN 和MON ITOR 状态下,不能写入程序,只有在编程状态下才能写入程序。

213　帧校验序列码FCSPLC 在执行发送指令TXD 时,图4中正文部分的数据被转换为ASCII 码,并自动加入符号@、节点号、标题码、FSC 和结束符等(均为ASCII 码)。

上位计算机收到后需要用一段程序来解释和处理这些数据。

帧校验序列码FCS (Frame Check Sequences )是为提高通信的可靠性设置的。

将每一帧中的第一个字符@到该帧中正文的最后一个ASCII 字符作“异或”运算,并将异或的结果转换为两个ASCII 码,便得到了FCS ,它作为帧的一部分发送到接收端。

接收端计算出收到的帧的FCS ,如果与发送端传送过来的FCS 不同,可以判定通信有误。

3　一对一链接通信与NT 链接通信311　一对一链接的硬件接线一对一链接提供了实现两台PLC 之间通信的最简单方便的手段,通信的一方为主站,另一方为从站。

一对一链接通信时,两台PLC 的RS —232C 接口之间的接线与图1中N T 与PLC 之间的接线相同。

312　一对一链接通信传送数据的方法一对一链接通信并不需要用户编写通信程序,通信是自动完成的,用户只需要设置与通信有关的DM (数据存储器)中的参数。

对于CPM1A ,主站的链接继电器L R0～7CH 自动地周期性地传送给从站的L R0～7CH ,从站的L R8～15CH 自动传送给主站的L R8～15CH ,传送周期约为20ms 。

图5和图6给出了一对一链接通信的演示程序,在PLC 运行时25313的常开触点一直接通。

主站将000号通道的输入继电器00000～00015传送给链接继电器L R00,通过串行通信,L R00通道的内容被自动地传送到从站的L R00通道,在从站中,L R00通道的内容被传送到010通道的输出继电器01000～01015。

用同样的方法,将从站的00号通道的内容传送到主站的010号通道。

从外部看,主站和从站的输入继电器00000～00015分别控制着对方的输出继电器01000～01015。

图5　主站程序图6　从站程序313　NT 链接通信N T 链接用于OMRON 公司的PLC 与N T (可编程终端)之间的高速通信。

PLC 需要有RS —232C 接口或配一块RS —232C 通信适配器,N T 与PLC 之间的接线如图1所示。

与一对一链接通信一样,N T 与PLC 之间的通信也是自动完成的。

4　RS —232C 无协议通信数据以帧为单位传送,可以选择是否有起始码或结束码。

除起始码和结束码外,最多可传送256个字节。

如果PLC 可能接收到不同长度的信息,必须用结束码来自动结束接收,结束码不能与帧内正文中的数据混淆。

以C200H α系列PLC 为例,如果RS —232C 的发送准备好标志SR26405为ON ,如图7所示。

在00100信号的上升沿,发送用指令中S 指定首地址的N 个字节(N =0～256字节)。

—73—PLC 各种通信方式的特点与选择 《电工技术杂志》2002年第11期图7　通信指令图中的C 是控制字,其00～03位为零时先发送一个字的高字节,为1时先发送低字节。

C 的04～07位为0时为正常数据发送操作;为1时将发送的首字的第15位影射到相应端口的R TS 上,为2时影射到D TR 上,为3时将发送的首字的第14、15位影射到R TS 和D TR 上。

C 的08～15位用来指示是哪一个端口。

C200H α的RS —232C 端口的接收准备好标志SR26406为ON 时,将接收到的N 个字节的数据存储到由D 指定首地址的接收区内。

如果需要接收不同帧长的信息,N 按最大的字节数设置,实际的接收过程在遇到结束字时停止。

RXD 指令中控制字C 的设定与TXD 指令的基本相同,只是04～07位为1时读相应端口的CTS ,并写入接收的首字的第15位;为2时读DSR ,并写入首字的第15位;为3时读CTS 和DSR ,并写入首字的第14、15位。

5　Controller Link 网络Controller Link (控制器链接,简称为CL K )为N :N 令牌总线网,用于在PLC 和计算机之间传送大量的数据,可使用双绞线或光纤,通信距离500m ～1km ,速率为015～2Mbps 。

最多32个子站,每个PLC 的CL K 单元最多可收发8000个字,计算机用的CL K 支持板最多可收发32000个字;数据服务允许各站一次可收发2012字节。

上位计算机可调用OMRON 提供的C 语言库函数或驱动程序来与PLC 交换信息。

在PLC 上安装不同的通信模块,CL K可与其他网络(如以太网和其他的CL K 网)相联。

Data Link (数据链接)是CL K 的重要功能,它使各站点之间共享数据,用户可以任意设置共享的数据链接区。

图8中的1区(链接继电器L R )用于开关量数据的交换,2区(数据存储区DM )用于字信息的交换。

使用OMRON 的编程软件CX —P 中附加的网络组态工具CX —N ET ,只需对各台PLC 和计算机之间交换数据的区域作简单的设置,以及对CL K 通信模块作简单的硬件设置,就可以实现各台设备之间的自动数据交换。

图8　控制器链接6　Device N et (设备网)设备网是基于CAN 总线的开放式现场总线,它采用CAN 总线的物理层和数据链路层规约,它已被纳入IEC62026标准。

有很多厂家生产符合该标准的产品,用户可以将它们连接在同一个设备网中。

OMRON 的CompoBus/D 网就是一种设备网,如图9所示。

图9　CompoBus/D 网络CompoBus/D 网中一般有一个主站(插在PLC内的CompoBus/D 通信模块)和若干个从站(带CompoBus/D 通信接口的设备)。

主站最多可控制64个节点,1024个I/O 点,最高通信速率为500kbps (通信距离39m ),最长通信距离为156m (125kbps )。

CompoBus/D 有两根信号线、两根电源线和一根屏蔽线。

一个从站由多I/O 终端通信单元(DR T1—COM )和最多八个I/O 单元组成。

只需对主站中的通信模块和从站中的通信单元作简单的硬件设置,就可以实现主站和从站之间自动的周期性的数据交换。

因为通信的速率比一般的串行通信高,通信引起的延迟很小,PLC 读写远方从站中的数据就好像读写本机内的I/O 模块一样方便和快捷。

—83—《电工技术杂志》2002年第11期 PLC 各种通信方式的特点与选择7　选择通信方式应考虑的一些问题711　技术指标选择通信速率时应考虑网络中的节点数和网络中单位时间内可能的最大信息流量,并应留有一定的裕量。

通信速率与通信线路的长度有关。

随着通信距离的加长,允许的通信速率会降低。

应注意通信速率(波特率)的单位为bit/s,异步通信方式一般选择八个数据位、一个结束位、一个起始位和无奇偶校验位,一个字符包括二进制的10位。

因此通信速率除以10才是每秒传送的字节数。

上位机链接通信时传送的是ASCII码,一个字节的十六进制数对应两个ASCII码。

可以直接传送十六进制数的RS—232C无协议通信的效率显然比上位机链接的高。