遵义市西门子模块代理商

PLC网络是由几级子网复合而成，各级子网的通信过程是由通信协议决定的，而通信方式是通信协议核心的内容。通信方式包括存取控制方式和数据传送方式。所谓存取控制（也称访问控制）方式是指如何获得共享通信介质使用权的问题，而数据传送方式是指一个站取得了通信介质使用权后如何传送数据的问题。 
    1．周期I/O通信方式
    周期I/O通信方式常用于PLC的远程I/O链路中。远程I/O链路按主从方式工作，PLC远程I/O主单元为主站，其它远程I/O单元皆为从站。在主站中设立一个“远程I/O缓冲区”，采用信箱结构，划分为几个分箱与每个从站—一对应，每个分箱再分为两格，一格管发送，一格管接收。主站中通信处理器采用周期扫描方式，按顺序与各从站交换数据，把与其对应的分箱中发送分格的数据送给从站，从从站中读取数据放入与其对应的分箱的接收分格中。这样周而复始，使主站中的“远程I/O缓冲区”得到周期性的刷新。
    在主站中PLC的CPU单元负责用户程序的扫描，它按照循环扫描方式进行处理，每个周期都有一段时间集中进行I/O处理，这时它对本地I/O单元及远程I/O缓冲区进行读写操作。PLC的CPU单元对用户程序的周期性循环扫描，与PLC通信处理器对各远程I/O单元的周期性扫描是异步进行的。尽管PLC的CPU单元没有直接对远程I/O单元进行操作，但是由于远程I/O缓冲区获得周期性刷新，PLC的CPU单元对远程I/O缓冲区的读写操作，就相当于直接访问了远程I/O单元。这种通信方式简单、方便，但要占用PLC的I/O区，因此只适用于少量数据的通信。
2．全局I/O通信方式
    全局I/O通信方式是一种串行共享存储区的通信方式，它主要用于带有链接区的PLC之间的通信。
全局I/O方式的通信原理如图7-27所示。在PLC网络的每台PLC的I/O区中各划出一块来作为链接区，每个链接区都采用邮箱结构。相同编号的发送区与接收区大小相同，占用相同的地址段，一个为发送区，其它皆为接收区。采用广播方式通信。PLC1把1＃发送区的数据在PLC网络上广播，PLC2、PLC3收听到后把它接收下来存入各自的1＃接收区中。PLC2把2＃发送区数据在PLC网上广播，PLC1、PLC3把它接收下来存入各自的2＃接收区中。PLC3把3＃发送区数据在PLC网上广播，PLC1、PLC2把它接收下来存入各自的3＃接收区中。显然通过上述广播通信过程，PLC1、PLC2、PLC3的各链接区中数据是相同的，这个过程称为等值化过程。通过等值化通信使得PLC网络中的每台PLC的链接区中的数据保持一致。它既包含着自己送出去的数据，也包含着其它PLC送来的数据。由于每台PLC的链接区大小一样，占用的地址段相同，每台PLC只要访问自己的链接区，就等于访问了其它PLC的链接区，也就相当于与其它PLC交换了数据。这样链接区就变成了名符其实的共享存储区，共享区成为各PLC交换数据的中介。
 
    链接区可以采用异步方式刷新（等值化），也可以采用同步方式刷新。异步方式刷新与PLC中用户程序无关，由各PLC的通信处理器按顺序进行广播通信，周而复始，使其所有链接区保持等值化；同步方式刷新是由用户程序中对链接区的发送指令启动一次刷新，这种方式只有当链接区的发送区数据变化时才刷新。
    全局I/O通信方式中，PLC直接用读写指令对链接区进行读写操作，简单、方便、快速，但应注意在一台PLC中对某地址的写操作在其它PLC中对同一地址只能进行读操作。与周期I/O方式一样，全局I/O方式也要占用PLC的I/O区，因而只适用于少量数据的通信。
    3．主从总线通信方式
    主从总线通信方式又称为1：N通信方式，是指在总线结构的PLC子网上有N个站，其中只有1个主站，其它皆是从站。
    1：N通信方式采用集中式存取控制技术分配总线使用权，通常采用轮询表法。所谓轮询表是一张从机号排列顺序表，该表配置在主站中，主站按照轮询表的排列顺序对从站进行询问，看它是否要使用总线，从而达到分配总线使用权的目的。
对于实时性要求比较高的站，可以在轮殉表中让其从机号多出现几次，赋予该站较高的通信优先权。在有些1：N通信中把轮询表法与中断法结合使用，紧急任务可以打断正常的周期轮询，获得优先权。 
    1：N通信方式中当从站获得总线使用权后有两种数据传送方式。一种是只允许主从通信，不允许从从通信，从站与从站要交换数据，必须经主站中转；另一种是既允许主从通信也允许从从通信，从站获得总线使用权后先安排主从通信，再安排自己与其它从站之间的通信。
    4．令牌总线通信方式
    令牌总线通信方式又称为N：N通信方式是指在总线结构的PLC子网上有N个站，它们地位平等没有主站与从站之分，也可以说N个站都是主站。
    N：N通信方式采用令牌总线存取控制技术。在物理总线上组成一个逻辑环，让一个令牌在逻辑环中按一定方向依次流动，获得令牌的站就取得了总线使用权。令牌总线存取控制方式限定每个站的令牌持有时间，保证在令牌循环一周时每个站都有机会获得总线使用权，并提供优先级服务，因此令牌总线存取控制方式具有较好的实时性。
    取得令牌的站有两种数据传送方式，即无应答数据传送方式和有应答数据传送方式。采用无应答数据传送方式时，取得令牌的站可以立即向目的站发送数据，发送结束，通信过程也就完成了；而采用有应答数据传送方式时，取得令牌的站向目的站发送完数据后并不算通信完成，必须等目的站获得令牌并把应答帧发给发送站后，整个通信过程才结束。后者比前者的响应时间明显增长，实时性下降。
    5．浮动主站通信方式
    浮动主站通信方式又称N：M通信方式，适用于总线结构的PLC网络，是指在总线上有M个站，其中N（N＜M＝个为主站，其余为从站。
    N：M通信方式采用令牌总线与主从总线相结合的存取控制技术。首先把N个主站组成逻辑环，通过令牌在逻辑环中依次流动，在N个主站之间分配总线使用权，这就是浮动主站的含义。获得总线使用权的主站再按照主从方式来确定在自己的令牌持有时间内与哪些站通信。  一般在主站中配置有一张轮询表，可按轮询表上排列的其它主站号及从站号进行轮询。获得令牌的主站对于用户随机提出的通信任务可按优先级安排在轮询之前或之后进行。
    获得总线使用权的主站可以采用多种数据传送方式与目的站通信，其中以无应答无连接方式速度快。
    6.CSMA/CD通信方式
CSMA/CD通信方式是一种随机通信方式，适用于总线结构的PLC网络，总线上各站地位平等，没有主从之分，采用CSMA/CD存取控制方式，即“先听后讲，边讲边听”。
    CSMA/CD存取控制方式不能保证在一定时间周期内，PLC网络上每个站都可获得总线使用权，因此这是一种不能保证实时性的存取控制方式。但是它采用随机方式，方法简单，而且见缝插针，只要总线空闲就抢着上网，通信资源利用率高，因而在PLC网络中CSMA/CD通信法适用于上层生产管理子网。
CSMA/CD通信方式的数据传送方式可以选用有连接、无连接、有应答、无应答及广播通信中的每一种，可按对通信速度及可靠性的要求进行选择。
以上是PLC网络中常用的通信方式，此外还有少量的PLC网络采用其它通信方式，如令牌环的通信方式等。另外，在新近推出的PLC网络中，常常把多种通信方式集成配置在某一级子网上，这也是今后技术发展的趋势

近年来，在绿色节能意识的推动下，以智能电表为核心的智能电网成为欧美日中等诸多国家竞相发展的一个重点领域。电网技术面临着一场重要的革命，而不只是简单的技术演进。

在智能电网中，智能电表发挥关键的作用，可以使用户与电力系统之间实现互动。如一方面帮助电力机构了解用户的用电规律，为高峰用电或低谷用电设定差异化的电价；另一方面，用户也可以合理调整自己的用电计划，从而优化电费支出。从功能模块来看，智能电表除了电源和计量模块外，还涉及到数据存储功能，需采用安全可靠的存储器；此外，双向实时通信是智能电网的重要特征，故通信模块至关重要，需要选择适合的通信方式及相应的解决方案。

实际上，智能电网是一个庞大系统，涉及电力、通信及应用等多个层次，以及局域网(LAN)和广域网(WAN)等不同网络类型。其中，LAN连接家庭或建筑物内的不同类型的智能电表到数据集中器(concentrator)。就这一段的网络连接而言，通常它们对通信速率的要求不高，主要的考虑因素是降低成本，常见的通信方式有无线射频网络，或有线的电力线载波(PLC)或电力线宽带(BPL)等。具体采用何种通信方式，需要考虑各国电网实际状况等因素，同时先行先试国家的做法也会提供借鉴意义。

例如，在欧洲能源市场有重要影响力的法国电力(Electricité de France, EDF)于2009年中启动了当前世界上大的智能电表项目bbbby，计划到2017年在法国部署3,500万个智能电表。这个项目为智能电表到数据集中器之间的通信选择了PLC技术，然后再利用通用分组无线业务(GPRS)技术将数据传送到该公司的数据中心。考虑到中国的智能电网仍在试点阶段，法国ERDF的选择对中国等其他国家也具有借鉴意义。

PLC调制技术的选择

虽然PLC技术提供了一种低成本的选择，但电力线的初衷并不是用于通信，故在应用PLC通信时也面临一些挑战。特别是设计人员需要密切注意会出现的信号衰减和噪声问题，反之也要求复杂的收发器技术。

为了抑制由噪声导致的信号衰减，降低误码率，并改善频率效率，有必要利用适合的信号调制技术。实际上，电力机构在部署智能电表抄表系统时，有多种不同的调制方式，但主要的有三种，分别是正交频分复用(OFDM)、相移键控(PSK)和扩频型频移键控(S-FSK)。

OFDM的理论带宽较高，但实际上在低压网络中的噪声条件下会损失很大一部分的带宽，而且OFDM的应用成本较高，工作时还消耗可观的电能。PSK调制技术的应用成本很低，但不是特别可靠，性能会受到相位噪声影响，而且无法充分覆盖较长距离。相比较而言，虽然S-FSK的数据率比OFDM低，但更胜任智能电表应用。这种调制技术能实现可靠的通信，同时应用成本更低，消耗的电能也更少。因此，就当前的智能电网PLC应用而言，复杂度低、商用潜力更大及有可靠现场应用记录的S-FSK调制技术无疑是更适合的选择。

实际上，法国ERDF的bbbby项目规范中，物理层参考规范是IEC61334-5-1/EN50065，其中规定的调制技术就是S-FSK，通信频率为标记频率(mark frequency, Fm) 63.3kHz和空频(space frequency, Fs) 74kHz，传输速率2.4Kbps，并与50Hz电气网络频率物理同步。

安森美半导体PLC调制解调器的应用优势

安森美半导体在开发PLC调制解调器方面拥有较长的历史。速率1.2 kb的AMIS-30585为早前推出，初开发时就符合IEC 61334标准(SFSK规范)，迄今已历经8年的现场应用检验。新近推出的AMIS-49587是一款高集成度、符合标准的低功率PLC方案，支持PLC现场部署要求的4种不同模式，如NO_CONFIG、MASTER(集中器)、SLAVE(电表)和SPY(给测试人员的原始数据)，非常适合智能电表以及智能街灯和智能插座等应用。与AMIS-30585相比，AMIS-49587支持2.4 kb的更高半双工可调节通信速率速率，符合诸如ERDF规范这样的市场新要求，目前已经获得法国原设备制造商(OEM)的先期使用，在中国也已获得数家电表客户的选用。两款器件引脚对引脚兼容，为客户提供了更大的设计便利。

AMIS-49587符合IEC61334-5-1标准，为客户提供众多应用优势。例如，这器件基于ARM7TDMI处理器内核，同时包含物理接口收发器(PHY)和媒体访问控制器(MAC)层，使其以单芯片方案结合了模拟调制解调器前端和数字后处理功能，而大多数竞争方案需要复杂的嵌入式软件来执行与AMIS-49587相同的功能。设计人员使用AMIS-49587调制解调器，可以简化设计，能在不到一个季度的时间内开发出全套互操作PLC方案，还降低开发及应用成本。实际上，基于AMIS-49587的调制解调器方案中仅使用2颗IC(另一颗为NCS5650 2 A PLC线路驱动器)，外加16颗电阻、17颗电容、2个二极管、1个晶体和1个脉冲变压器，总元件数量仅为39个，提供低物料单(BOM)成本。

此外，AMIS-49587采用S-FSK调制技术，结合高分辨率的滤波算法，配以自动可信值/中继器(repeater)功能，提供基于长距离电力线的高可靠性数据通信。通信误差比其它可选及现有方案更低。这器件藉板载低抖动锁相环(PLL)与交流主电源(mains)信号同步。由于包含16位分辨率的模拟前端，使器件具有极优的噪声免疫性和极高的接收灵敏度。

AMIS-49587的易用性也很突出。由于内嵌协议处理功能，使设计人员无需涉及PHY和MAC协定传输细节问题，节省多达50%的软件开发耗费，从而加快上市时间，降低总成本。这器件藉串行接口直接连接至用户主微控制器(MCU)。

AMIS-49587同时兼容于单相和多相电表，满足客户不同需求。此外，其能耗也比基于数字信号处理器(DSP)的方案更低，非常适合智能电表至集中器的PLC通信应用。为了帮助设计人员加快开发进程，安森美半导体还提供评估套件AMIS49587EVK，方便用户开发。这套件内含2个PLC调制解调器，用于在客户端与服务器端之间配置通信；还包含开源图形用户界面，用于配置端到端通信。

安森美半导体为智能电表应用提供完整方案

与普通电表相比，智能电表无疑是更为复杂的系统。而安森美半导体为智能电表应用提供完整的解决方案，除了上述用于通信应用的PLC调制解调器和线路驱动器方案外，还提供用于电源管理、测量和存储等关键功能的解决方案。如在电源管理模块，可以应用安森美半导体的NCP1014、NCP1015等AC-DC转换器，LM2596、NCP3063和CS51411等DC/DC转换器，MC78L05、MC7805、CAT6217和CAT6219等低压降(LDO)稳压器，以及NTMFS4823等中压及高压FET。此外，在智能电表应用中，也可采用安森美半导体系列EEPROM、SDRM等存储器，以及ESD/TVS、SIM卡接口、逻辑、USB保护、监控、I/O扩展、时钟和温度传感器等。

本文小结

在方兴未艾的智能电网应用中，智能电表发挥关键作用。设计人员需要为智能电表与数据集中器之间的通信选择适合的通信方式，而PLC已经成为业界先导公司及先期试验项目的选择，颇具示范及借鉴意义。设计人员需要为PLC通信选择调制解调器方案。安森美半导体用于PLC的调制解调器产品符合标准及客户规范，并提供众多应用优势，如简化设计、降低成本、降低耗电、提供可靠通信及加快上市进程等。安森美半导体更为智能电表应用提供包括电源/电源管理及保护、通信、测量和存储等关键功能的完整解决方案，方便客户的选择，帮助他们降低采购成本及加快产品上市。