PLC与上位计算机的通信技术
彭瑜(上海工业自动化仪表研究所)
在PLC的系统结构上没有类似DCS的显示操作站。为了向用户提供画面显示,PLC必须充分利用PC
机的通信能力。
PLC与PC机的通信途径主要有以下3种:
1、异步通信口:RS232C/RS422/RS485(物理层)
2、以太网 IEEE802.3(物理层,数据链路层)
3、 MODBUS 专用串行协议,事实上的工业标准(物理层,应用层)
一、RS232C
RS232C应用极广,但存在以下不足:
?传输速率和传输距离有限
?每根信号线只有一根导线,公用一根信号地线
?接口采用不平衡单端收发器,易产生信号间干扰
改善RS232C的传输质量可采取以下措施:
?采用隔离器,变压器隔离效果好
?每根信号线选用双绞线,每米20-40绞
?选用高质量电缆,分布电容越小越好
?采用可靠的隔离接口:提供噪声滤波,提供隔离,安装可靠,接线牢靠,易于维护
经过改进,RS-232C实际的传输速率已有所提高,从最高19.2Kbps提高至28.8K,38.4K,57.6K,到115.2Kbps。应注意的是传输速率与所用的电缆特性有关,容许的最大的电缆电容为2500pF。要使用高的传输速率,必须选用其电容尽可能低的电缆。
二、RS422/RS485
为了克服RS232C的不足,在1977年EIA制定了新的标准。用得最多的是RS422及它的变型RS485。
形式
RS422 RS485
动作形式: 差动方式 差动方式
工作方式: 全双工 半双工
接口电路 两对平衡差分信号线 壹对平衡差分信号线
可挂节点 一个驱动可挂10点接收 一个驱动可挂32点接收
驱动器负载阻抗 100 欧姆 54 欧姆
传输距离 1200米 1200米
最大传输速率
10Mbps/12米
1Mbps/120米
100Kbps/1200米
10Mbps/12米
1Mbps/12米
100Kbps/12米
在工业环境中,一般希望用最少的信号线完成通信任务。所以在PLC网络中应用串行总线RS485 比较普遍。有些现场总线也是建立在RS485的基础上的。RS485支持在其总线上挂32个节点。每个节点有其自身的地址。RS485同样也
有传输速率和距离的限制,这与分支的长度有关。通过使用中继器(repeater),可使物理层的拓扑结构不受单一电缆段上的节点数和传输距离的一般限制。
RS485系统使用中继器后具有以下优点:
? 可使用混合树型拓扑结构,消除了对分支长度最短不应少于5米的限制。
? 每个总线网段都是电隔离的。每个中继器可使网段的长度加倍,若再将中继器加以串接,可使通信距离
增加更多。
? 整个总线网络的可靠性得到改善。一旦某个网段短路并不会影响其它设备,仅有部分总线不能工作。
? 加一个中继器允许挂更多的节点,用n个中继器可挂n*32个节点。每个中继器实际上即是一个RS 485系统。
? 可取得更高的数据传输速率。由于数据传输速率与传输距离有关。用了中继器后,长距离的网络再不是传
输速率慢的网络,甚至可工作于己于1.5Mbps。
下表给出RS 485系统中传输速率,总线长度和串接中继器之间的关系:
传输速率(Kbs) 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500
网段长度(米) 1200 1200 1200 1200 1200 1200
最多可串接网段 9 9 9 5 5 3
最长总线距离(公里) 12 12 12 6 2.4 0.8
PC机与PLC通过串行接口通信的条件:
1、PC机和PLC两侧均装有RS232C或RS485的通信接口。若两侧的通信端口不一致,则必须用适配器将串口进行转换。
2、通过两侧串口的初始化,保证通信速率,数据位(7或8位),停止位(1或2位)以及奇偶校验均一致。
3、查阅PLC运用串口通信的专用协议,按此协议为PC机编写通信程序(或称驱动程序)。或者从PLC厂商(或第三方)购买通信用驱动程序。
差错检测校正
数据通信的基本任务是高效而无差错地传送数据。实际上,无论是远程通信线路还是局域,都难以避免各种干扰的影响,使发送端发出的信息与接收端所接收到的信息之间产生差错。可以用误码率Pc 来表示通信线路的准确程度:
Pc= 错误接收的数码位数/接收的数码总位数
一般用平均误码率来表达。
目前的电话线路,在传输速率为此300-2400bps时,平均误码率1/10000至1/100000;当传输速率达4800-9600bps时,平均误码率高达1/100至1/1000。工业通信用户要求尽可能将平均误码率降低到可以忽略的程度。
三、MODBUS和MODBUS PLUS
MODBUS 和MODBUS PLUS都是美国MODICON公司开发的专用串行通信协议,并已注册为其专有的商标。它们广泛用于美国,欧洲,用来支持计算机和各种控制(包括PLC),仪表装置之间通信。它已成为事实上的工业标准。