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 PLC网络概述

  随着全球经济的发展，制造业领域大规模集约化生产的趋势对生产自动化程度的要求越来越高。自动控制系统也从传统的集中式控制向分布式网络化控制发展。这就要求构成控制系统的PLC必须有通信及网络控制功能，能够互相连接，远程通信，从而构成网络。这些市场的需求促使各PLC的生产厂商纷纷给自己的产品增加通信及联网的功能，研制开发自己的 PLC网络产品。如西门子公司的SINECH3网,OMRON 公司的SYSMAC网，三菱公司的 MELSEC NET网等。目前，市场上的 PLC产品，即使是微型和小型的PLC也都具有网络通信的接口。今后的PLC网络的总体发展趋势是向高速、多层次、大信息吞吐量、高可靠性和开放式发展。

  本章将先介绍数据通信及网络基础，循序渐进地介绍 S7-200系列PLC的通信与网络，Zui后介绍 S7-200系列 PLC的网络gaoji应用。

  数据通信及网络基础

  模拟信号与数字信号

  在数字通信中，信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。电话线上传送的按照声音的强弱幅度连续变化的电信号称为模拟信号(Analog signal)。模拟信号的信号电平是连续变化的，其波形如图6-1(a)所示。计算机所产生的电信号是用两种不同的电平来表示 Obit、1bit 序列的电压脉冲信号，这种电信号称为数字信号(Digital signal)。数字信号的波形如图6-1(b)所示。按照在传输介质上传输的信号类型，可以相应地将通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统两种。

  串行通信与并行通信

  数据通信按照字节使用的信道数，可以分为两种:串行通信和并行通信。在计算机中，通常是用8位的二进制代码来表示一个字符。在数据通信中，按图6-2(a)所示的方式，将待传送的每个字符的二进制代码按由低位到高位的顺序，依次发送。这种方式称为串行通信。

  在数据通信中，如果按图6-2(b)所示的方式，将表示一个字符的8位二进制代码同时通过8条并行的通信信道发送出去，每次发送一个字符代码，这种工作方式称为并行通信。

  显然，采用串行通信方式只需要在收发双方之间建立一条通信信道；采用并行通信方式，收发双方之间必须建立并行的多条通信信道。对于远程通信来说，在同样传输速率的情况下，并行通信在单位时间内所传送的码元数是串行通信的n倍(此例中n=8)。由于需要建立多个通信信道，并行通信方式的造价较高；因此在远程通信中，人们一般采用串行通信方式。

  单工通信、半双工通信与全双工通信

  数据通信按照信号传送方向与时间的关系，可以分为3种:单工通信、半双工通信、全双工通信。

  单工通信方式如图6-3(a)所示，信号只能向一个方向传输，任何时候都不能改变信号的传送方向。只能向一个方向传送的通信信道，只能用于单工通信方式中。

  半双工通信方式如图6-3(b)所示，信号可以双向传送，但必须是交替进行，一个时间只能向一个方向传送。可以双向传送信号，但必须交替进行的通信信道，只能用于半双工通信方式中。

  全双工通信方式如图6-3(c)所示，信号可以同时双向传送。只有可以双向同时传送信号的通信信道，才能实现全双工通信，自然也就可以用于单工或半双工通信。

目前PLC生产厂家很多，产品结构也各不相同，图1-7为通用PLC的结构框图，其基本组成部分如图1-8(整体式)～图1-10(组合式)所示。可以看出，PLC采用了典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和1/O接口电路等。其内部采用总线结构进行数据和指令的传输。如果把PLC看作一个系统，该系统由“输入变量→PLC→输出变量”组成。外部的各种开关信号、模拟信号以及传感器检测的各种信号均可作为PLC的输入变量;它们经PLC 外部输入端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其他各种运算处理后送到输出端子，它们是PLC的输出变量;由这些输出变量对外围设备进行各种控制。因此也可以把PLC看作是一个中间处理器或变换器，它将工业现场的各种输入变量转换为能控制工业现场设备的各种输出变量。

  下面结合图1-8～图1-10，具体介绍各部分的作用。

  图1-7 通用PLC的结构框图

  CPU是PLC的核心部件，整个PLC的工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行的。它的主要任务是按一定的规律或要求读入被控对象的各种工作状态，然后根据用户所编制的应用程序的要求去处理有关数据，再向被控对象送出相应的控制(驱动)信号。它与被控对象之间的联系是通过各种I/O接口实现的。

  ①中央处理模板PLC中的中央处理模板通常是指PLC中的主控板，它与一般计算机系统中的CPU概念不同，后者常用CPU表示一个中央处理器，即它是一块芯片。事实上，在一个中型或大型PLC的中央处理模板上，不仅有CPU集成芯片(可能还不止一块)，还有一定数量的ROM或EPROM(储存系统的操作系统)和RAM(储存少量的数据或用户程序)。

  ②字处理器和位处理器 在中型或大型规模的PLC中常装有两个中央处理器∶字处理器和位处理器。其中字处理器是主处理器，它完成字节(Byte，B)指令的处理，并实现各种控制作用(包括对位处理器的控制)。而位处理器是辅助处理器，它主要处理位(bit)信息，其主要特点是它在处理位信息时，速度可以很高。在小型PLC中，往只用一个处理器同时完成这两方面的工作。

  ③CPU的主要功能

  a.接收用户从编程器输入的用户程序，并将它们存入用户存储区。

  b. 用扫描方式接收源自被控对象的状态信号，并存入相应的数据区(输入映射区)。

  C. 用户程序的语法错误检查，并给出错误信息。

  D. 系统状态及电源系统的监测。

  e.执行用户程序，完成各种数据的处理、传输和存储等功能。

  E.根据数据处理的结果，刷新输出状态表，以实现对各种外部设备的实时控制和其他辅助工作(如显示和打印等)。

  目前PLC中所用的CPU多为单片机，在机中现已采用16位甚至32位的CPU。

PLC的性能指标有哪些 可编程序控制器的主要性能指标

1．存储容量

存储容量是指用户程序存储器的容量。用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。一般来说，小型PLC的用户存储器容量为几千字，而大型机的用户存储器容量为几万字。

2．I/O点数

输入/输出（I/O）点数是PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量PLC性能的重要指标。I/O点数越多，外部可接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。

3．扫描速度

扫描速度是指PLC执行用户程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标。一般以扫描1K字用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以ms/K字为单位。PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。

4．指令的功能与数量

指令功能的强弱、数量的多少也是衡量PLC性能的重要指标。编程指令的功能越强、数量越多，PLC的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。

5．内部元件的种类与数量

在编制PLC程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。这些元件的种类与数量越多，表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。

6．特殊功能单元

特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。近年来各PLC厂商非常重视特殊功能单元的开发，特殊功能单元种类日益增多，功能越来越强，使PLC的控制功能日益扩大

7．可扩展能力

PLC的可扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。在选择PLC时，经常需要考虑PLC的可扩展能力。