PLC網(wǎng)絡(luò)中常用的通信方式

PLC網(wǎng)絡(luò)是由幾級(jí)子網(wǎng)復(fù)合而成，各級(jí)子網(wǎng)的通信過程是由通信協(xié)議決定的，而通信方式是通信協(xié)議最核心的內(nèi)容。通信方式包括存取控制方式和數(shù)據(jù)傳送方式。所謂存取控制（也稱訪問控制）方式是指如何獲得共享通信介質(zhì)使用權(quán)的問題，而數(shù)據(jù)傳送方式是指一個(gè)站取得了通信介質(zhì)使用權(quán)后如何傳送數(shù)據(jù)的問題。

1．周期I/O通信方式

周期I/O通信方式常用于PLC的遠(yuǎn)程I/O鏈路中。遠(yuǎn)程I/O鏈路按主從方式工作，PLC遠(yuǎn)程I/O主單元為主站，其它遠(yuǎn)程I/O單元皆為從站。在主站中設(shè)立一個(gè)“遠(yuǎn)程I/O緩沖區(qū)”，采用信箱結(jié)構(gòu)，劃分為幾個(gè)分箱與每個(gè)從站—一對(duì)應(yīng)，每個(gè)分箱再分為兩格，一格管發(fā)送，一格管接收。主站中通信處理器采用周期掃描方式，按順序與各從站交換數(shù)據(jù)，把與其對(duì)應(yīng)的分箱中發(fā)送分格的數(shù)據(jù)送給從站，從從站中讀取數(shù)據(jù)放入與其對(duì)應(yīng)的分箱的接收分格中。這樣周而復(fù)始，使主站中的“遠(yuǎn)程I/O緩沖區(qū)”得到周期性的刷新。

在主站中PLC的CPU單元負(fù)責(zé)用戶程序的掃描，它按照循環(huán)掃描方式進(jìn)行處理，每個(gè)周期都有一段時(shí)間集中進(jìn)行I/O處理，這時(shí)它對(duì)本地I/O單元及遠(yuǎn)程I/O緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫操作。PLC的CPU單元對(duì)用戶程序的周期性循環(huán)掃描，與PLC通信處理器對(duì)各遠(yuǎn)程I/O單元的周期性掃描是異步進(jìn)行的。盡管PLC的CPU單元沒有直接對(duì)遠(yuǎn)程I/O單元進(jìn)行操作，但是由于遠(yuǎn)程I/O緩沖區(qū)獲得周期性刷新，PLC的CPU單元對(duì)遠(yuǎn)程I/O緩沖區(qū)的讀寫操作，就相當(dāng)于直接訪問了遠(yuǎn)程I/O單元。這種通信方式簡(jiǎn)單、方便，但要占用PLC的I/O區(qū)，因此只適用于少量數(shù)據(jù)的通信。

2．全局I/O通信方式

全局I/O通信方式是一種串行共享存儲(chǔ)區(qū)的通信方式，它主要用于帶有鏈接區(qū)的PLC之間的通信。

全局I/O方式的通信原理如圖7-27所示。在PLC網(wǎng)絡(luò)的每臺(tái)PLC的I/O區(qū)中各劃出一塊來作為鏈接區(qū)，每個(gè)鏈接區(qū)都采用郵箱結(jié)構(gòu)。相同編號(hào)的發(fā)送區(qū)與接收區(qū)大小相同，占用相同的地址段，一個(gè)為發(fā)送區(qū)，其它皆為接收區(qū)。采用廣播方式通信。PLC1把1＃發(fā)送區(qū)的數(shù)據(jù)在PLC網(wǎng)絡(luò)上廣播，PLC2、PLC3收聽到后把它接收下來存入各自的1＃接收區(qū)中。PLC2把2＃發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)在PLC網(wǎng)上廣播，PLC1、PLC3把它接收下來存入各自的2＃接收區(qū)中。PLC3把3＃發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)在PLC網(wǎng)上廣播，PLC1、PLC2把它接收下來存入各自的3＃接收區(qū)中。顯然通過上述廣播通信過程，PLC1、PLC2、PLC3的各鏈接區(qū)中數(shù)據(jù)是相同的，這個(gè)過程稱為等值化過程。通過等值化通信使得PLC網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)PLC的鏈接區(qū)中的數(shù)據(jù)保持一致。它既包含著自己送出去的數(shù)據(jù)，也包含著其它PLC送來的數(shù)據(jù)。由于每臺(tái)PLC的鏈接區(qū)大小一樣，占用的地址段相同，每臺(tái)PLC只要訪問自己的鏈接區(qū)，就等于訪問了其它PLC的鏈接區(qū)，也就相當(dāng)于與其它PLC交換了數(shù)據(jù)。這樣鏈接區(qū)就變成了名符其實(shí)的共享存儲(chǔ)區(qū)，共享區(qū)成為各PLC交換數(shù)據(jù)的中介。

圖7-27 全局I/O方式的通信原理

鏈接區(qū)可以采用異步方式刷新（等值化），也可以采用同步方式刷新。異步方式刷新與PLC中用戶程序無(wú)關(guān)，由各PLC的通信處理器按順序進(jìn)行廣播通信，周而復(fù)始，使其所有鏈接區(qū)保持等值化；同步方式刷新是由用戶程序中對(duì)鏈接區(qū)的發(fā)送指令啟動(dòng)一次刷新，這種方式只有當(dāng)鏈接區(qū)的發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)變化時(shí)才刷新。

全局I/O通信方式中，PLC直接用讀寫指令對(duì)鏈接區(qū)進(jìn)行讀寫操作，簡(jiǎn)單、方便、快速，但應(yīng)注意在一臺(tái)PLC中對(duì)某地址的寫操作在其它PLC中對(duì)同一地址只能進(jìn)行讀操作。與周期I/O方式一樣，全局I/O方式也要占用PLC的I/O區(qū)，因而只適用于少量數(shù)據(jù)的通信。

3．主從總線通信方式

主從總線通信方式又稱為1：N通信方式，是指在總線結(jié)構(gòu)的PLC子網(wǎng)上有N個(gè)站，其中只有1個(gè)主站，其它皆是從站。

1：N通信方式采用集中式存取控制技術(shù)分配總線使用權(quán)，通常采用輪詢表法。所謂輪詢表是一張從機(jī)號(hào)排列順序表，該表配置在主站中，主站按照輪詢表的排列順序?qū)恼具M(jìn)行詢問，看它是否要使用總線，從而達(dá)到分配總線使用權(quán)的目的。

對(duì)于實(shí)時(shí)性要求比較高的站，可以在輪殉表中讓其從機(jī)號(hào)多出現(xiàn)幾次，賦予該站較高的通信優(yōu)先權(quán)。在有些1：N通信中把輪詢表法與中斷法結(jié)合使用，緊急任務(wù)可以打斷正常的周期輪詢，獲得優(yōu)先權(quán)。

1：N通信方式中當(dāng)從站獲得總線使用權(quán)后有兩種數(shù)據(jù)傳送方式。一種是只允許主從通信，不允許從從通信，從站與從站要交換數(shù)據(jù)，必須經(jīng)主站中轉(zhuǎn)；另一種是既允許主從通信也允許從從通信，從站獲得總線使用權(quán)后先安排主從通信，再安排自己與其它從站之間的通信。

4．令牌總線通信方式

令牌總線通信方式又稱為N：N通信方式是指在總線結(jié)構(gòu)的PLC子網(wǎng)上有N個(gè)站，它們地位平等沒有主站與從站之分，也可以說N個(gè)站都是主站。

N：N通信方式采用令牌總線存取控制技術(shù)。在物理總線上組成一個(gè)邏輯環(huán)，讓一個(gè)令牌在邏輯環(huán)中按一定方向依次流動(dòng)，獲得令牌的站就取得了總線使用權(quán)。令牌總線存取控制方式限定每個(gè)站的令牌持有時(shí)間，保證在令牌循環(huán)一周時(shí)每個(gè)站都有機(jī)會(huì)獲得總線使用權(quán)，并提供優(yōu)先級(jí)服務(wù)，因此令牌總線存取控制方式具有較好的實(shí)時(shí)性。

取得令牌的站有兩種數(shù)據(jù)傳送方式，即無(wú)應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式和有應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式。采用無(wú)應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式時(shí)，取得令牌的站可以立即向目的站發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送結(jié)束，通信過程也就完成了；而采用有應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送方式時(shí)，取得令牌的站向目的站發(fā)送完數(shù)據(jù)后并不算通信完成，必須等目的站獲得令牌并把應(yīng)答幀發(fā)給發(fā)送站后，整個(gè)通信過程才結(jié)束。后者比前者的響應(yīng)時(shí)間明顯增長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性下降。

5．浮動(dòng)主站通信方式

浮動(dòng)主站通信方式又稱N：M通信方式，適用于總線結(jié)構(gòu)的PLC網(wǎng)絡(luò)，是指在總線上有M個(gè)站，其中N（N＜M＝個(gè)為主站，其余為從站。

N：M通信方式采用令牌總線與主從總線相結(jié)合的存取控制技術(shù)。首先把N個(gè)主站組成邏輯環(huán)，通過令牌在邏輯環(huán)中依次流動(dòng)，在N個(gè)主站之間分配總線使用權(quán)，這就是浮動(dòng)主站的含義。獲得總線使用權(quán)的主站再按照主從方式來確定在自己的令牌持有時(shí)間內(nèi)與哪些站通信。 一般在主站中配置有一張輪詢表，可按輪詢表上排列的其它主站號(hào)及從站號(hào)進(jìn)行輪詢。獲得令牌的主站對(duì)于用戶隨機(jī)提出的通信任務(wù)可按優(yōu)先級(jí)安排在輪詢之前或之后進(jìn)行。

獲得總線使用權(quán)的主站可以采用多種數(shù)據(jù)傳送方式與目的站通信，其中以無(wú)應(yīng)答無(wú)連接方式速度最快。

6.CSMA/CD通信方式

CSMA/CD通信方式是一種隨機(jī)通信方式，適用于總線結(jié)構(gòu)的PLC網(wǎng)絡(luò)，總線上各站地位平等，沒有主從之分，采用CSMA/CD存取控制方式，即“先聽后講，邊講邊聽”。

CSMA/CD存取控制方式不能保證在一定時(shí)間周期內(nèi)，PLC網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)站都可獲得總線使用權(quán)，因此這是一種不能保證實(shí)時(shí)性的存取控制方式。但是它采用隨機(jī)方式，方法簡(jiǎn)單，而且見縫插針，只要總線空閑就搶著上網(wǎng)，通信資源利用率高，因而在PLC網(wǎng)絡(luò)中CSMA/CD通信法適用于上層生產(chǎn)管理子網(wǎng)。

CSMA/CD通信方式的數(shù)據(jù)傳送方式可以選用有連接、無(wú)連接、有應(yīng)答、無(wú)應(yīng)答及廣播通信中的每一種，可按對(duì)通信速度及可靠性的要求進(jìn)行選擇。

以上是PLC網(wǎng)絡(luò)中常用的通信方式，此外還有少量的PLC網(wǎng)絡(luò)采用其它通信方式，如令牌環(huán)的通信方式等。另外，在新近推出的PLC網(wǎng)絡(luò)中，常常把多種通信方式集成配置在某一級(jí)子網(wǎng)上，這也是今后技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。