PLC網(wǎng)絡(luò)的幾種常用通訊方式

1. 周期性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(hù)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(xiě)操作。 PLC的CPU單元對(duì)用戶(hù)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?huà)呙枋钱惒竭M(jìn)行的。 盡管PLC的CPU單元沒(méi)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(xiě)操作，就相當(dāng)于直接訪(fǎng)問(wèn)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方式的通信原理如上圖所示。 在PLC網(wǎng)絡(luò)的每臺(tái)PLC的I/O區(qū)中各劃出一塊來(lái)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(tīng)到后把它接收下來(lái)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(lái)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(lái)存入各自的3＃接收區(qū)中。 顯然通過(guò)上述廣播通信過(guò)程，PLC1、PLC2、PLC3的各鏈接區(qū)中數(shù)據(jù)是相同的，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為等值化過(guò)程。 通過(guò)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(lái)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(fǎng)問(wèn)自己的鏈接區(qū)，就等于訪(fǎng)問(wèn)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。

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(hù)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(hù)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(xiě)指令對(duì)鏈接區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)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(xiě)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(xiàn)通信方式

主從總線(xiàn)通信方式又稱(chēng)為1：N通信方式，是指在總線(xiàn)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(xiàn)使用權(quán)，通常采用輪詢(xún)表法。 所謂輪詢(xún)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(xún)表的排列順序?qū)恼具M(jìn)行詢(xún)問(wèn)，看它是否要使用總線(xiàn)，從而達(dá)到分配總線(xiàn)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(xún)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(xún)，獲得優(yōu)先權(quán)。

1：N通信方式中當(dāng)從站獲得總線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)通信方式

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

N：N通信方式采用令牌總線(xiàn)存取控制技術(shù)。 在物理總線(xiàn)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(xiàn)使用權(quán)。 令牌總線(xiàn)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(xiàn)使用權(quán)，并提供優(yōu)先級(jí)服務(wù)，因此令牌總線(xiàn)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(guò)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(guò)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(chēng)N：M通信方式，適用于總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的PLC網(wǎng)絡(luò)，是指在總線(xiàn)上有M個(gè)站，其中N（N＜M）為主站，其余為從站。

N：M通信方式采用令牌總線(xiàn)與主從總線(xiàn)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(guò)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(xiàn)使用權(quán)，這就是浮動(dòng)主站的含義。 獲得總線(xiàn)使用權(quán)的主站再按照主從方式來(lái)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(xún)表，可按輪詢(xún)表上排列的其它主站號(hào)及從站號(hào)進(jìn)行輪詢(xún)。 獲得令牌的主站對(duì)于用戶(hù)隨機(jī)提出的通信任務(wù)可按優(yōu)先級(jí)安排在輪詢(xún)之前或之后進(jìn)行。

獲得總線(xiàn)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(xiàn)結(jié)構(gòu)的PLC網(wǎng)絡(luò)，總線(xiàn)上各站地位平等，沒(méi)有主從之分，采用CSMA/CD存取控制方式，即“先聽(tīng)后講，邊講邊聽(tīng)”。

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(xiàn)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(jiàn)縫插針，只要總線(xiàn)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，在一些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，這都是今后技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

審核編輯：湯梓紅