一、通信方法—通信的類別
三菱PLC在其網絡中存在兩類通信:一類是三菱PLC間的通訊,另一類是并行通信,一般發生在可編程序控制器的內部,它指的是多處理器PLC中多臺處理器之間的通信,以及PLC中CPU單元與智能模板的CPU之間的.
在及其網絡中存在兩類通信:一類是,另一類是,并行通信一般發生在可編程序控制器的內部,它指的是多處理器PLC中多臺處理器之間的通信,以及三菱PLC中CPU單元與智能模板的CPU之間的通信。前者是在協處理器的控制與管理下,通過共享存儲區實現多處理器之間的數據交換;后者則是經過背板總線(公用總線)通過雙口RAM實現通信。PLC的并行通信由于發生在PLC內部,對應用設計人員不必多加研究,重要的是了解三菱PLC網絡中的串行通信。
二、通信方法的含義
網絡是由幾級子網復合而成,每級子網中都配置不同的協議,其中大部分是各公司的專用通信協議。
網絡的各級子網無論采用總線結構、還是環形結構,他的通信介質是共享資源。共享介質要通信,首先要解決共享通信介質使用權的分配問題,這就是常說的存取控制或稱訪問控制。一個站取得了通信介質使用權,并不等用完成了通信過程,還有怎樣傳送數據的問題,這就是常說的數據傳送方式,比如說采用的數據傳送方式是否先建立一種邏輯連接,然后再傳送?所采用的數據傳送方式發給對方的數據是否要對方應答?發出去的數據是由一個站收,或者多個站收,還是全體接收?諸如此類就是所謂的數據傳送方式。
這里所謂的通信方法就是存取控制方式+數據傳送方式。本來存取控制方式與數據傳送方式都是通信協議有關層次的內容,這里專門把他們抽出來加以介紹。是因為用它們來描述一種通信過程與人們意念上有關的概念非常接近。對于局域網來說,存取控制方式與數據傳送方式是其通信協議最核心的內容。
三、工業局域網實時性的含義
工業局域網對實時性是有要求的,各級子網對實時性的的要求不同,通常越靠底層的子網對實時性要求越高,越靠近上層的子網對實時性的要求越低。
實時性通常采用響應時間來定量描述。響應時間是指某一系統對輸入作出響應所需的時間,以ms、s、min,h為計量單位。響應時間很短,就標志著系統的實時性越好。
三菱PLC網絡中,各站通過通信子網互聯在一起,當某站對子網請求通信時,他對響應是時間是有要求的,不同站對實時性的要求可能不同,同一站不同通信任務對實時性的要求也可能不同。一項通信任務的實時性得到滿足是指其響應時間小于規定的時限;一個站的實時性合乎要求是指該站提出的所有通信任務在指定的時限內都能獲得響應。整個通信子網的實時性符合要求是指分布在子網上每一個站的每項通信任務的實時性均得到保證。
要保證三菱PLC網絡的實時性必須滿足下列三個時間約束條件:
1、應當保證在某一固定的時間周期內,通信子網上的每個站都有機會取得通信權,這將為每個站提供基本實時性。
2、必須限定每個站每次取得通信權的時間上限制,以防止某一站長時間霸占子網而導致其他各站實時性惡化。
3、對于重要的站可優先服務,對某項緊急通信任務應當給予優先處理,應當可以用靜態(固定)的方式賦予某站以較高的優先權,應當可以用動態(臨時)方式賦予某些緊急任務以較高的優先權。
四、周期I/O方式
三菱PLC的遠程I/O鏈路就是一種PLC控制網絡,在遠程I/O鏈路中采用“周期I/O方式”交換數據。遠程I/O鏈路按主從方式工作,三菱PLC帶的遠程I/O主單元在遠程I/O鏈路中擔任主站,其他遠程I/O單元皆為從站。在主站中設立一個“遠程I/O緩沖區”,采用信箱結構,劃分為n個分箱與每一個從站一一對應,每個分箱再分為兩格,一格管發送,一個管接收。主站中負責通信的處理器采用周期掃描方式,按順序與各從站交換數據,把與其對應的分箱中發送分格的數據送給從站,從從站中讀取數據存入與其對應的分箱的接收分格中,這樣周而復始,是主站中的“遠程I/O緩沖區”得到周期性的刷新。
在主站中的CPU單元負責用戶程序的掃描,它按照循環掃描方式進行掃描處理,每個周期都有一段集中進行I/O處理,這時它對本地I/O單元及遠程I/O緩沖區進行讀寫操作。PLC的CPU單元對用戶程序的周期性循環掃描,與PLC負責通信的處理器對各遠程I/O單元的周期性掃描是異步進行的。
盡管PLC的CPU單元沒有直接對遠程I/O單元進行操作,但是由于遠程I/O緩沖區獲得周期性刷新,三菱PLC的CPU單元對遠程I/O緩沖區的讀寫操作,就相當于直接訪問了遠程I/O單元。
主站中負責通信的處理器采用周期掃描方式與各從站交換數據,使主站中“遠程I/O緩沖區”得到周期性刷新,這樣一種通信方式既涉及到周期又涉及到I/O,因而被稱為“周期I/O方式”,這種通信方式要占用PLC的I/O區,因
此只適用于少量數據的通信。從表面看來遠程I/O鏈路的通信就好像是PLC直接對遠程I/O單元進行讀寫操作,所以簡單。
五、全局I/O方式
全局I/O方式是一種串行共享存儲區通信方式主要用于帶有鏈接區的PLC之間的通信。
全局I/O方式中的鏈接區是從三菱PLC的I/O區劃分出來的,經過等值化通信變成所有PLC共享(全局共享),因此稱為 “全局I/O方式”。這種方式下PLC直接用讀寫指令對鏈接區進行讀寫操作,簡單、方便、快速,但應注意在一臺PLC中對某地址的寫操作在其他PLC中對同一地址只能進行讀操作。與周期I/O方式一樣,全局I/O方式也要占用PLC的I/O區,因而這適用于少量數據的通信。
六、主從總線1:N通信方式
主從總線通信方式又稱為1:N通信方式,這是在PLC通信網絡上采用的一種通信方式。在總線結構的PLC子網上有N個站,其中只有一個主站,其他皆是從站,也就是因為這個原因主從總線通信方式又稱為1:N通信方式。
主從總線通信方式采用集中式存取控制技術分配總線使用權,通常采用輪詢表法,所謂輪詢表是一張從機號排列順序表,該表配置在主站中,主站按照輪詢表的排列順序對從站進行詢問,看它是否使用總線,從而達到分配總線使用權的目的。
為了保證實時性,要求輪詢表包含每個從站號不能少于一次,這樣在周期輪詢時,每個從站在一個周期中至少有一次機會取得總線使用權,從而保證了每個站的基本實時性,對于實時性要求比較高的站,可以在輪詢表中讓其從機號多現幾次,這樣就用靜態的方式,賦予該站較高的通信優先權。在有些主從總線中輪詢表法與中斷法結合使用,讓緊急任務可以打斷正常的周期輪詢而插入,獲得優先服務,這就是用動態賦予某項緊急任務以較高優先權。
存取控制只解決了誰使用總線的問題,獲得總線的從站還有如何使用總線的問題,即采用什么樣的數據傳送方式。主從總線通信方式中有兩種基本的數據傳送方式,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據,必須經主站中轉。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后安排主從通信,再安排自己與其他從站(即從從)之間的通信。
六、令牌總線N:N通信方式
令牌總線通信方式又稱為N:N通信方式。在總線結構上的子網上有N個站,它們地位平等沒有主站與從站之分,也可以說N個站都是主站,所以稱之為N:N通信方式。
N:N通信方式采用令牌總線存取控制技術。在物理總線上組成一個邏輯環,讓一個令牌在邏輯環中按一定方向依次流動,獲得令牌的站就取得了總線使用權,令牌總線存取控制方式限定每個站的令牌有時間,保證在令牌循環一周時每個站都有機會獲得總線使用權,并提供優先級服務,因此令牌總線存取控制方式具有較好的實時性。
取得令牌的站采用什么樣的數據傳送數據方式對實時性影響非常明顯。如果采用無?應答數據傳送方式,取得令牌的站可以立即向目的站發送數據,發送結束,通信過程也就完成了。如果采用有應答數據傳送方式,取得令牌的站向目的站發送完數據后并不算通信完成,必須等目的站獲得令牌并把答應幀發給發送站后,整個通信過程結束。這樣一來響應明顯增長,而使實時性下降。有些令牌總線型PLC網絡的數據傳送方式固定為一種,有些則可由用戶選擇。
七、浮動主站N:M通信方式
浮動主動通信方式又稱N:M通信方式,它適用與總線結構的三菱PLC網絡。設在總線上有M個站,其中N個為主站,其余為從站(N<M),故稱之為N:M通信方式。
N:M通信方式采用令牌總線與主從總線相結合的存取控制技術。首先把N個主站組成邏輯環,通過令牌在邏輯環中依次流動,在N 個主站之間分配總線使用權,這就是浮動主站的含義。獲得總線使用權的主站再按照主從方式來確定再自己的令牌持有時間內與哪些站通信。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及從站號進行輪詢,獲得令牌的主站對于用戶隨機提出的通信任務可按優先級安排在輪詢之前或之后進行。
獲得總線使用的主站可以采用多種數據傳送方式與目的站通信,其中以無應答無連接方式速度最快。
八、CSMA/CD
CSMA/CD(carrier-sense multiple access with collision detection)通信方式是一種隨機通信方式,適用于總線結構的PLC網絡,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,該控制方式用通俗的語言描述為“先聽后講,邊講邊聽”。所謂先聽后講是指要求使用總線的各站,在發送數據之前必須先監聽,看看總線是否空閑,認總線空閑后再向總線發送數據。“先聽后講”并不能完全避免沖突,如果仍發生了沖突,則不能等到差錯校驗時再發現,這樣對通信資源浪費太嚴重,而要采用“邊講邊聽”。發送數據的站,一邊發送,一邊監聽,若發現沖突,立即停止發送,并發出阻塞音,通知網上的其它站發生了沖突,然后沖突雙方采用取隨機數代入指數函數的退避算法來決定重新上網時間,解決沖突。
CSMA/CD存取控制方式不能保證在一定時間周期內,PLC網上每個站都可獲得總線使用權,也不能用靜態方式賦予某些站以較高優先權,不能用動態方式賦予某些緊急通信任務以較高優先權,因此這是一種不能保證實時性的存取控制方式,但是它采用隨機方式,方法本身簡單,而且見縫插針,只要總線空閑就搶著上網,通信資源利用率高,因而在PLC網絡中CSMA/CD通信法適合用于上層生產管理子網。










