第6章 PLC网络系统.ppt

1、第6章 PLC网络系统,6.1 网络与通信概述 6.2 OMRON PLC 网络系统概述 6.3 HOST LINK网络 6.4 Ethernet网络系统 6.5 SYSMAC LINK网络 6.6 Controller Link网络 6.7 远程I/O系统 6.8 CompoBus/D 网络 6.9 CompoBus/S网络,6.1 网络与通信概述,6.1.1 数据通信数据通信主要采用串行和并行两种方式。并行通信时数据的各位同时传递，通信速度快，但使用的通信线多、成本高，故不宜进行远距离通信，并行方式应用于计算机或PLC内部数据传送。串行通信时数据逐位顺序传递，串行通信的传递速度低但传送距离

2、可以很长，因此串行通信技术发展很快，传输速率已可达Mb/s级，在微型工业测控系统中普遍采用串行数据通信。目前应用最为广泛的是RS-232E和RS-422A/485串行通信。,1.并行通信,并行通信是指以字节或字为单位、同时将多个数据在多个并行信道上同时进行传输.,图9.2 8位数据并行传输的示意图,2.串行通信,串行通信是指以二进制的位(bit)为单位，对数据一位、一位顺序成串传送的通信传输方式 。,图9.3 8位数据串行传输示意图,PLC网络中的任何设备之间的通信，都是使数据由一台设备的端口发出（信息发送设备），经过信息传输通道（信道）传输到另一台设备的端口进行接收（信息接收设备）。一般通信

3、系统由信息发送设备、信息接收设备和通信信道构成，基于该通信系统硬件的信息传送、交换和处理则依靠通信协议和通信软件的指挥、协调和运作。,图 9.1 数据通信系统的构成框图,PLC与计算机除了作为信息发送与接收设备外也是系统的控制设备。为确保信息发送和接收的正确性和一致性，控制设备必须按照通信协议和通信软件的要求对信息发送和接收过程进行协调,信息通道是数据传输的通道。选用何种信道媒介应视通信系统的设备构成不同以及在速度、安全、抗干扰性等方面的要求的不同而确定。PLC数据通信系统一般采用有线信道,通信软件是人与通信系统之间的一个接口，使用者可以通过通信软件了解整个通信系统的运作情况，进而对通信系统进

4、行各种控制和管理,从通信双方信息的交互方式看，串行通信方式可以有以下三种：(1) 单工通信。单工通信是指只有一个方向的信息传送而没有反方向的交互。,(2) 半双工通信。半双工通信是指通信双方都可以发送(接收)信息，但不能同时双向发送。(3) 全双工通信。全双工通信是指通信双方可以同时发送和接收信息，双方的发送与接收装置同时工作。单工通信不能实现双方信息交流，故在PLC网络中极少使用。因此，在PLC网络中主要应用半双工及全双工通信方式。串行通信中，传输速率用每秒钟传送的数据位数(比特/秒)来表示，称之为比特率(b/s)。常用的标准传输速率有300 b/s、600 b/s、1200 b/s、240

5、0 b/s、4800 b/s、9600 b/s和19 200 b/s等。,RS-232C、RS-422/RS-485串行通信接口1RS-232C串行通信接口RS-232C是1969年由美国电子工业协会EIA公布的串行通信接口。RS(Recommended Standard)是英文“推荐标准”的缩写，232是标识号，C表示修改的次数。它规定了终端设备(DTE)和通信设备(DCE)之间的信息交换的方式和功能。早期RS-232C主要用于公用电话网的通信，通信双方通过Modem连接到电话网进行远距离通信。现在微机系统可以直接通过RS-232C口进行通信。目前几乎每台计算机和终端设备都配备了RS-232

6、C接口。,如图所示为RS-232C的标准接口，共有25条线，其中4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线.,1) RS-232C接口标准的电平信号RS-232C接口标准的电平信号(EIA电平)不同于TTL电平。标准的逻辑“1”电平在-5-15 V之间，逻辑“0”电平在+5+15 V之间。串行接口能够识别的逻辑“1”小于-3 V，而逻辑“0”则大于+3 V，显然在-3 V和+3 V之间有一段不稳定的电压区间。另外，串行接口的空载输出电压可达-25 V或+25 V。在设计与RS-232C接口连接的设备接口电路时，其输入端应能承受这个电压信号。,2) RS-232C接口物理连接器每个

7、RS-232C接口有两个物理连接器(插头)。实际使用时，计算机的串口都是公插头，而PLC端为母插头，与它们相连的插头正好相反。连接器规定为25芯，实际使用9芯连接器就够了，所以，近年来多用9芯的连接器。一般微机多配有两个RS-232C串口，25芯或9芯的连接器。,表6.1.1 RS232接口引脚分配表,数据通信的主要技术指标(1) 信号传输速率：信号传输速率是指通信系统单元时间内传递的信息量。,二进制信号的传输速率用比特每秒(b/s)作单位，常称比特率。如比特率为1200 b/s，就意味着每秒可传输1200个二进制脉冲。,(2) 误码率：误码率是指码元在数据传输系统中传错的比率。可用下式计算：

8、Ne为被传错的码元数，N为传输的码元总数。在通信系统中，误码率是衡量数字通信系统可靠性的指标，要求Pe为10-510-9。,4. 差错检测与校正技术数据在传递过程中由于各种原因造成信号失真，即接收端和发送端信号不一致，由“1“变“0“，这就是差错。而数据通信系统要能发现这种差错，并采取措施纠正，将差错控制在能允许的尽可能小的范围内，这就是所谓的差错检测与校正技术。数据通信中，差错控制最常用的方法是差错控制编码，所采用的方式基本上有两类：自动请求重发ARQ(Automatic Request for Repeat)和前向纠错FEC(Forward Error Correction)。其中，ARQ

9、使用检错码和双向通道；FEC则使用纠错码，不必重发，实时性高。,图6.1.4 网络拓扑结构图 (a) 星形拓扑；(b) 总线拓扑；(c) 树形拓扑；(d) 环形拓扑,6.1.2 工业局域网概述,1. 网络拓扑,(1) 星形拓扑：每个节点都通过点-点连接到中央节点，任意两站之间通信都要通过中央节点进行，所有通信均由中央节点控制，属于集中式通信控制。其缺点是对中央节点依赖性过强。星形拓扑主要适用于低数据率设备。(2) 总线拓扑：在总线拓扑中，传输介质是一条总线，所有节点都连接到总线上。利用中继器可延长总线的长度。一个站发送数据，所有其他站都能接收，因此所有节点共享一条传输链路。PLC网络较多采用总

10、线结构形式。,(3) 树形拓扑：树形拓扑是总线拓扑的扩展形式。它适应性强，非常适合于分主次、分等级的层次型管理系统。(4) 环形拓扑：环形拓扑指网络中的中继器进行点-点链路连接，构成一个封闭的环路，该链路是单向的，数据沿一个方向(顺时针或逆时针)在网上环行。其特点是：网络设备只是简单的中继器，工作站提供复杂拆包和存取控制功能。与其他网络拓扑相比，环形拓扑能提供更大的吞吐量，可适用于工业环境。,2. 传输介质传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是实际传送信息的载体。网络中普遍使用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光导纤维电缆、微波、红外线、激光、卫星通信等。双绞线由按螺旋结构规则排列的两根或四

11、根绝缘线组成。各个线对按螺旋结构排列的目的是使各线对之间的电磁干扰最小，低频传输时其抗干扰能力相当于同轴电缆。其优点是成本低，安装简单。RS-232C、RS-422A和RS-485口多采用双绞线连接。,同轴电缆由内导体、外屏蔽层、绝缘层及外部保护层组成。根据同轴电缆通频带可分为基带(50 )和宽带(75 )两种同轴电缆。其中基带同轴电缆常用于Ethernet(以太网)中。同轴电缆的抗干扰能力较强，维护方便，价格介于双绞线和光缆之间。光导纤维电缆是以直径为50100 m的柔软、能传导光波的光纤作为介质所构成的光纤电缆，简称光缆。由于光纤具有低损耗、宽频带、高数据传输率、低误码率、安全保密性好等优

12、点，因此它是一种最有前途的传输介质。,在OMRON网络系统中，Remote I/O、Ethernet等采用光缆，其主要类型包括全塑光纤电缆APF(All Plastic Fiber Cable)、塑料护套光纤电缆PLCF(Plastic Clad Optical Fiber Cable)和硬塑料护套光纤电缆H-PLCF(Hard Plastic Clad Optical Fiber Cable)三种。,3. 介质访问控制方法不同网络拓扑上的设备必须共享传输线路, 通信系统中对介质的访问可以是随机的(即各工作站可在任意时刻访问任意介质)，也可以是受控的(即按照某特定的算法调整访问的时间和顺序)。

13、随机访问方式：载波监听多路访问/冲突检测(Carrier Sense Multiple Access Collision Detect)简称CSMA/CD，是以太网采用的介质访问控制方法(边讲边听)。,控制访问方式：令牌总线(Token Bus)方式和CSMA/CD方式一样，采用的是总线网络拓扑，但不同的是各工作站在网上按一定顺序形成一个逻辑环。环中各站均有一个指定的逻辑位置(与物理位置无关)，具有令牌的站点在一段规定时间内被授予对介质的访问控制权。从物理上看，这属于一种总线结构的局域网，但从逻辑上看，又属于一种环形结构的局域网。组成逻辑环的站点被赋予一个顺序的逻辑位置，只有取得令牌的站点才能

14、发送帧，该令牌在逻辑环上依次传递。有些PLC网络中采用这种访问方式。令牌环(Token Ring)是环形拓扑局域网采用的一种访问控制方式。在环形结构中，某一瞬间只有一个站点允许发送报文，令牌在网络环路上按一定顺序不断地传送，只有拥有令牌的站点才有权向环路上发送报文，而其他站点仅允许接收报文。站点发送后便将令牌发给下一个站点。该方式比较适合在实时系统中使用。OMRON的SYSMAC NET就采用这种方式。,6.2 OMRON PLC 网络系统概述,图 6.2.1 PLC网络系统的分层结构简图,三层结构 上 层：生产管理； 中间层：生产过程的控制和优化； 下 层：现场控制与检测。,图6.2.2 O

15、MRON PLC网络系统总览,6.3 HOST LINK 网络（上位链接网络）,6.3.1 概述 上位链接系统(Host Link SYSTEM)是把一台微型计算机做为上位机，通过Host Link单元及串行总线链接多台PLC构成的监督控制系统，属于一种主从式总线型工业局域网。,表6.3.1上位链接系统通信单元的主要型号,1光缆连接的Host Link系统,图6.3.1 Host link系统串行结构形式,上位机最多联接32台PLC,2RS-232C电缆连接的Host Link系统使用RS-232C连接可实现11的通信，即一台上位机与一台PLC进行通信，也称点对点通信，最大通信距离不超过15

16、m，因此不宜构成较大的上位链接系统。它有两种连接方式：利用PLC自带的RS-232C通信口和在外设口安装适配器形成RS-232C通信口。,3RS-422电缆连接的Host Link系统,图6.3.2 RS-422多点链接系统,上位机最多联接32台PLC，形成1：N结构， 主线不超过500m，分支不超过10m。,4多级HOST Link系统,图6.3.3 多级Host Link系统的结构形式,多台上位机混合联接,6.3.2 上位链接单元参数的设置,图6.3.4 C200H-LK202上位链接单元的面板图,拨盘开关设置：设备号、波特率、数据格式、通信形式,6.3.3 上位机链接通信协议(Host

17、Link协议)上位机链接通信使用的是OMRON的Host Link协议，在一次交换中传输的命令或应答的数据被称为一帧，一帧最多可包含131个数据字符。上位机链接命令可参考相应PLC的编程手册，其基本格式如下：,上位机到PLC,节点号,命令码,正文,起始符,校验码,终止符,命令格式,节点号,命令码,正文,起始符,校验码,终止符,响应格式,结束码, 两位数字 两个字母 两位数字 传输数据 两位数字 *,图6.3.5 上位机与上位链接单元的通信协议,6.4 Ethernet网络系统（以太网）,6.4.1 以太网组成及特点,图6.4.1 PLC Ethernet的基本结构,以太网通信系统，该网络系统的

18、主要特点是：(1) 以太网单元使PLC支持宽范围的以太网协议，包括UDP/IP和TCP/IP国际通用Internet协议，可与不同的以太网单元、工作站和个人计算机之间方便地通信，最多可对8个Socket端口用不同协议进行通信服务。(2) 支持PLC与上位机之间的文件传输FTP功能，不需编程就可传输大量的数据，工作站或节点用FTP客户机就可读写PLC中的文件。,(3) 通过UDP/IP 支持OMRON公司自己的标准通信协议FINS，其他OMRON PLC利用SEND、RECV和CMND指令传输数据，利用FINS网关功能可进行网络互联，如信息系统以太网之间、以太网与控制系统Controller L

19、ink网络、SYSMAC NET等异型网络之间可互联交换信息。Controller Link网的PLC可监控以太网上的PLC。(4) 支持SMTP信息通信，可将PLC上的用户信息、单元出错信息和状态信息以E-mail形式发送至邮件服务器。(5) 在RAS方面具有自诊断功能，用PING命令可测试远程节点、查询错误历史数据的记录等。,表6.4.1 以太网系统的主要通信技术指标,6.4.2 以太网系统初始化设置,1. 确定IP地址,IP地址也称为Internet地址，它是以太网进行通信的基础。利用IP地址可以识别以太网号和网络上的节点号。IP地址的统一格式由惟一的一个32位二进制数组成。由于二进制使

20、用起来不方便，习惯采用“点分十进制“方式来表示，即每8位为1段，共分4段，并用十进制表示，段间用小数点隔开。如二进制10000010 00010010 00100011 00001000表示为130.18.35.8。,当网络中的节点较多或网络分段较多时，则引入子网掩码的概念，把网络划分为多个子网，将IP 地址的一部分作为子网号。在IP地址中对应网络号或子网号的位设为“1“，其余对应于IP地址中的主机号的位设为“0“。例如Internet网中的C类地址的默认子网掩码为255.255.255.0，它表示IP 地址的前24位为子网号，后8位为主机号。除了用于划分子网，子网掩码还可用于判断IP地址是否

21、属于同一网络。,2. 以太网单元号和节点号的设置,图6.4.3 CS系列以太网单元正面和背面板图 (a) CS1W-ETN01正面板; (b) CS1W-ETN11正面板; (c) CS1W-ETN01/11背面板,3. 设置本地IP地址CS系列ETN单元的本地IP地址可由ETN单元背面板的8个十六进制旋转开关设定。其中SW1和SW2、SW3和SW4、SW5和SW6、SW7和SW8分别复合为一位本地IP地址： SW1 SW2 . SW3 SW4 . SW5 SW6 . SW7 SW8起始IP地址不能设置为127(7FH)，主机号区不能设为全0或全1，子网号区不能设为全1，这一点与互联网中的IP

22、地址稍有不同。,6.5 SYSMAC LINK网络（控制层网）,可对生产过程整体控制。 PLC之间，PLC与上位机之间数据交换，能远程编程与远程监控。,表6.5.1 SYSMAC LINK网的性能指标,SYSNAC LINK网的特点： 可达2 MB/s的高速度数据传输； 通过LR区和DM 区可进行大容量的数据交换，数据链接字可达2966字节； 网络规模大，其最大节点数为62个单元，还可构成多级网络，最多可有128级网络； 网络覆盖范围广，若使用同轴电缆为1 km；光缆节点间距为800 m，传输距离为10 km; 除数据链接外，还能利用网络指令进行通信。,6.6 Controller Link网

23、络（控制器网）,6.6.1 Controller Link网络组成及特点,图6.6.1 Controller Link网的基本结构,Controller Link是工厂自动化（FA）三级网络中的底层网,图6.6.2 C200HW CLK单元和通信板单元的连接,表6.6.1 Controller Link网的主要技术指标,它的主要特点体现在： 大容量的、灵活高效的数据链接功能。 利用双绞线电缆可构成低成本的通信系统；以光缆连接可实现更长距离的通信。 信息服务功能使数据无须分割地大量传送。 灵活设置可形成单级或多级系统，利用CV或CS1 PLC可实现与Ethernet、SYSMAC NET等网络间

24、的互联。 用CX-Programmer能设置通信参数。,6.6.2 网络单元的设置无论使用哪种CLK单元，在通信之前都要完成一系列的基本设置，这些设置主要包括： 设置单元号和节点地址：用CLK单元的面板上的旋转开关设置。 设置波特率和操作级别(其中波特率影响网络传送的最长距离)：用面板上的SW1 DP开关设置。 设置终端电阻。 设置网络路径表，对于1996年5月后生产的CV则不需要路径表，其中生产日期可由CPU单元边上的四位分组号决定，最后一位代表年份，倒数第二位代表月份，X、Y、Z分别表示十、十一、十二月。,图6.6.3 C200HW-CLK21的面板图,说明： 节点地址旋转开关设定节点地址

25、：设置范围是二位十进制数0132，它的目的是用来识别网络中的每一个节点。 用SW1 DP开关设定波特率和操作级别：当PC上安装了2个通信单元时，就要给每个通信单元设定不同的操作级别来区分，具体设定如图6.6.3所示。 终端电阻的设定：在网络中将两端节点的终端电阻开关置为ON，其余节点则置为OFF。对于CV机还要设置CLK的单元号，而不需设定操作级别，即SW1 DP的位3、位4置为OFF。对于其他CLK单元的设置可参阅相关手册。,6.7.1 系统构成与分类构成远程 I/O系统的单元包括：(1) 远程I/O主单元(简称主站)分为电缆型和光缆型两种，电缆型有C500-RM201、C200H-RM20

26、1，光缆型有3G2A6-RM001-(P)E等。(2) 远程I/O从单元(简称从站)分为电缆型和光缆型两种，电缆型有C500-RT201、C200H-RT201(交流电压AC100V/200V)、C200H-RT202(直流电压DC24V),光缆型有3G2A6-RT001-(P)EV1等。,6.7 远 程 I/O 系 统（下位连接系统）,实现PLC I/O点的远程扩展，适用于现场控制点分散但要求集中控制的被控对象。,(3) I/O连接单元：如用于C500、C1000H/2000H的3G2A5-LK010-(P)E等。(4) 光传送I/O单元：具有不同的规格型号，如3G5A2-OC221-(P)

27、E继电器触点输出型。(5) 远程终端：它包含的种类较多，如可编程终端NT系列等；传送终端G71-IC16(输入)、G71-OD16(输出)等；传感器控制器，如S3D9-CC/CK等；传送单元S32-RS1等。 根据上述连入系统的I/O单元种类可将远程I/O系统分为4类.,1远程I/O系统由一台PLC上的远程I/O主单元、远程I/O从单元和远程终端组成，通过操作I/O点，从而遥控远处的设备，实现集散控制。远程I/O主单元与从单元通过光缆或电缆相连接，完成通信功能，可大大减少导线的使用量。特别是光缆远程I/O系统还具有通信速度快、不受外部噪声干扰的优点。,图6.7.1 远程I/O系统,2I/O链接

28、系统,图6.7.2 由适配器连接的I/O链接系统,通过I/O链接单元将多台PLC机连接组成的系统，可以现实对多台PLC的分散控制。不仅可以通过光缆直接连接，也可以通过适配器连接。,3光传送I/O系统,图6.7.3 光传送I/O系统,远程I/O主单元和数台光传送I/O单元构成，用于控制点分散且电磁干扰严重的场合。,可以连接64个光传送I/O单元,4混接系统 由光缆作传输介质把远程I/O系统、I/O链接系统和光传送I/O系统混接所构成的系统称为混接系统，混接系统也可通过适配器连接。在混接系统中远程I/O主单元可连接其他类型的远程I/O从单元，但连接的各种远程I/O点数的总和不得超过主PLC机所能控

29、制的I/O点数。,6.7.2 通道与结束端设定在远程I/O系统中，装有远程I/O主单元的PLC要对远程I/O从单元机架上的I/O单元、I/O链接单元及光传送I/O单元设定I/O通道号(即地址)，这样才能保证系统正常工作。安装远程I/O主单元的PC时，若它包含两个以上的主单元，则要用主单元号设定开关(旋转开关)设置其通道号。 当一个远程I/O主单元连接了一个以上远程I/O从单元时，要对每个从单元设置地址，从而使主单元能够识别从单元架上的I/O单元。主单元根据从单元的地址自动地为扩展机架上的I/O单元分配通道号。,图6.7.4 链接通道的DIP开关设定,6.7.3 远程I/O系统的操作使用根据生产

30、过程控制的要求选择合适的PLC和I/O单元，包括PLC机型、远程I/O主单元及从单元、I/O链接单元和光传送I/O单元及远程终端。安装远程I/O主单元到PLC的CPU机架或扩展机架上，连接I/O单元组建成远程I/O系统。, 设置远程I/O从单元的地址、I/O链接单元的I/O点数、输入与输出性质以及通道地址、光传送I/O单元的通道地址。, 编写程序实现PLC与远程I/O系统上的远程I/O从单元、I/O链接单元和光传送I/O单元等从站的通信。, 检查登记是否正确，如果要新增加远程I/O从单元、I/O链接单元及光传送I/O单元，必须重新进行I/O表登记。, 当远程I/O主单元的“END-RS“指示灯

31、熄灭后，用编程器完成I/O表登记。, 接通远程I/O系统电源。,系统操作应遵循以下步骤 确认与PLC主单元相连的最后一个I/O单元的通道号，把连接到SYSBUS上的最后一个单元设置为结束端。,6.8 CompoBus/D 网络（主控总线网）,CompoBus/D是一个用于机器/生产线控制的多位多厂家的网络，它将控制和数据融合在一起，属于开放式现场总线网络。,6.8.1 组成及网络性能支持两种信道方式： 远程I/O通信方式：这种方式不需要在CPU单元编写特别的程序，主单元PLC可直接读写从单元的I/O点；,图6.8.2 CompoBus/D的典型结构1,图6.8.3 CompoBus/D的典型结

32、构2,(2) 信息通道方式：安装主单元的PLC执行网络指令SEND/RECV、CMND、IOWR读取其他主单元、从单元，甚至其他公司的主单元或从单元信息。,表6.8.1 主 单 元 类 型,表6.8.2 从 单 元 类 型,CompoBus/D系统结构,各支线的距离要求(1) 网络最大长度500 m；(2) 支线：a6 m，b6 m，c+e6 m，c+g6 m，c+d+f6 m，c+d+h6 m；(3) 支线总长度：a+b+c+d+e+f+g+h156m。,6.8.2 通信单元的初始化设置,1主单元的初始化设置主单元的参数设置大都类似，主要包括： 主单元号：用主单元号旋转开关设置，设置范围为十

33、六进制一位数0F。 节点号：用背面的DIP开关设置，范围是0063。 通信波特率：用正面的DIP开关设置，同时也可设置发生通信错误时是否继续还是停止。,图6.8.6 C200HW-DRM21-V面板图,2从单元的初始化设置所有从单元都要用DIP开关设置节点号和波特率，设置方法是：第16位开关设置开关地址，第7位到第8位开关设置通信波特率，第9位和第10位设置从单元的类型。,图6.8.7 从单元中I/O链接单元的设置,表6.8.3 CompoBus/D系统的主要技术指标,6.9 CompoBus/S网络（主从式网）,6.9.1 系统配置及特点,图6.9.1 CompoBus/S网络配置,高速主从

34、式网络，不需在CPU单元上编程就可以向CPU单元自动送出远程I/O状态，实现分散控制。,6.9.3 SRM1主控单元,图6.9.4 SRM1-C01/C02面板图,1由SRM1构成的CompoBus/S系统,图6.9.5 以SRM作主单元构成的CompoBus/S系统,表6.9.1 CompoBus/S的从单元种类,CompoBus/S网中的传输介质可选用4芯扁平电缆或2芯VCTF平行电缆，但二者不能同时使用。从单元使用扁平电缆时，有三种供电方式： 网络电源方式，即由扁平电缆的两根电源线为系统供电； 分离电源方式，是指复合供电，也就是说既使用网络电源，又使用I/O单元提供的电源； 本地电源方式，是指从单元使用外部电源。用VCTF电缆时，从单元则使用各自独立电源或统一电源供电的形式。,表6.9.2 CompoBus/S系统的通信指标,CompoBus/S系统的主要特点表现在： 可以高速通信方式控制分散的机器。 布线少，且连接简单。 远程从单元可选范围大，系统配置更灵活。,OMRON公司各种系统性能对照表,