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PLC通信基礎
1．通信系統
一個通信系統由硬件（發送設備、接收設備、控制設備和通信介質等）及軟件（通信協議和通信軟件）組成。通信系統的組成示意圖如圖7-1所示。
圖7-1 通信系統的組成示意圖
發送設備在發送數據的同時也可接收來自其他設備的信息。同樣地，接收設備在接收數據的同時，也可發送反饋信息。
控制設備按照通信協議和通信軟件的要求，對發送和接收之間進行同步的協調，確保信息發送和接收的正確性和*性。
通信介質是數據傳輸的信道。通信協議的作用主要是規定各種數據的傳輸規則，更有效率地利用通信資源，保持通信的順暢。收發雙方都必須嚴格遵守通信協議的各項規定。
通信軟件則是人與通信系統之間的一個接口，使用者可以通過通信軟件了解整個通信系統的運作情況，進而對通信系統進行各種控制和管理。本章主要介紹有關PLC的通信與工廠自動化通信網絡方面的初步知識。
2．通信方式
(1)并行通信與串行通信
數據通信主要有并行通信和串行通信兩種方式。
1)并行通信特點：將多個數據位同時進行傳輸，傳輸的數據有多少位，就相應地有多少根傳輸線。并行通信傳輸示意圖如圖7-2所示。
圖7-2 8位數據并行通信傳輸示意圖
并行通信是以字節或字為單位的數據傳輸方式，除了8根或16根數據線、1根公共線外，還需要數據通信聯絡用的控制線。并行通信的傳送速度快，但是傳輸線的根數多，成本高，一般用于近距離的數據傳送。并行通信一般用于PLC的內部，如PLC內部元件之間、PLC主機與擴展模塊之間或近距離智能模塊之間的數據通信。
2)串行通信特點：多位數據在一根數據線上順序進行傳送，其速度比并行通信要慢。電路簡單，適合多數位、長距離通信。串行通信傳輸示意圖如圖7-3所示。
圖7-3 8位數據串行通信傳輸示意圖
串行通信是以二進制的位(bit)為單位的數據傳輸方式，每次只傳送一位，除了地線外，在一個數據傳輸方向上只需要一根數據線，這根線既作為數據線又作為通信聯絡控制線，數據和聯絡信號在這根線上按位進行傳送。串行通信需要的信號線少，zui少的只需要兩三根線，適用于距離較遠的場合。計算機和PLC都備有通用的串行通信接口，工業控制中一般使用串行通信。串行通信多用于PLC與計算機之間、多臺PLC之間的數據通信。
在串行通信中，傳輸速率常用比特率（每秒傳送的二進制位數）來表示，其單位是比特／秒( bit/s)或bps。傳輸速率是評價通信速度的重要指標。常用的標準傳輸速率有300bit/s、600bit/s、1200bit/s、2400bit/s、4800bit/s、9600bit/s和19200bit/s等。不同的串行通信的傳輸速率差別*，有的只有數百bit/s，有的可達100Mbit/s。
(2)單工通信與雙工通信
串行通信按傳輸方向，可分為單工、半雙工和全雙工三種，如圖7-4所示。
圖7-4 串行傳輸示意圖
a)單工b）半雙工c）全雙工
單工通信方式只能沿單一方向發送或接收數據。雙工通信方式的信息可沿兩個方向傳送，一個站既發送數據，也接收數據。
雙工方式又分為全雙工和半雙工兩種方式。數據的發送和接收分別由兩根或兩組不同的數據線傳送，通信的雙方都能在同一時刻接收和發送信息，這種傳送方式稱為全雙工方式；用同一根線或同一組線接收和發送數據，通信的雙方在同一時刻只能發送數據或接收數據，這種傳送方式稱為半雙工方式。在PLC通信中常采用半雙工和全雙工通信。
(3)異步通信與同步通信
串行通信中發送設備與接收設備間要同步，否則會導致通信失敗。它可分為同步和異步兩種。
在串行通信中，通信的速率與時鐘脈沖有關，接收方和發送方的傳送速率應相同，但是實際的發送速率與接收速率之間總是有一些微小的差別，如果不采取一定的措施，在連續傳送大量的信息時，將會因積累誤差造成錯位，使接收方收到錯誤的信息。為了解決這一問題，需要使發送和接收同步。按同步方式的不同，可將串行通信分為異步通信和同步通信。
異步通信的信息格式如圖7-5所示，發送的數據字符由一個起始位、7-8個數據位、1個奇偶校驗位（可以沒有）和停止位（1位、1.5位或2位）組成。通信雙方需要對所采用的信息格式和數據的傳輸速率做相同的約定。接收方檢測至停止位和起始位之間的下降沿后，將它作為接收的起始點，在每一位的中點接收信息。由于一個字符中包含的位數不多，即使發送方和接收方的收發頻率略有不同，也不會因兩臺機器之間的時鐘周期的誤差積累而導致錯位。異步通信傳送附加的非有效信息較多，它的傳輸效率較低，一般用于低速通信，PLC一般使用異步通信。
圖7-5 異步通信的信息格式
同步通信以字節為單位（一個字節由8位二進制數組成），每次傳送一兩個同步字符、若干個數據字節和校驗字符。同步字符起聯絡作用，用它來通知接收方開始接收數據。在同步通信中，發送方和接收方要保持*的同步，這意味著發送方和接收方應使用同一時鐘脈沖。在近距離通信時，可以在傳輸線中設置一根時鐘信號線。在遠距離通信時，可以在數據流中提取出同步信號，使接收方得到與發送方*相同的接收時鐘信號。由于同步通信方式不需要在每個數據字符中加起始位、停止位和奇偶校驗位，只需要在數據塊（往往很長）之前加一兩個同步字符，所以傳輸效率高，但是對硬件的要求較高，一般用于高速通信。
(4)基帶傳輸與頻帶傳輸
基帶傳輸是按照數字信號原有的波形（以脈沖形式）在信道上直接傳輸，它要求信道具有較寬的通頻帶?；鶐鬏敳恍枰{制解調，設備花費少，適用于較小范圍的數據傳輸?；鶐鬏敃r，通常對數字信號進行一定的編碼，常用數據編碼方法有非歸零碼NRZ、曼徹斯特編碼和差動曼徹斯特編碼等。后兩種編碼因具有不含直流分量、包含時鐘脈沖、便于雙方自同步的特點，所以應用廣泛。
頻帶傳輸是一種采用調制解調技術的傳輸形式。發送端通過調制手段，對數字信號進行某種變換，將代表數據的二進制1和0變換成具有一定頻帶范圍的模擬信號，以適應在模擬信道上傳輸；接收端通過解調手段進行相反變換，把模擬的調制信號復原為1或0。常用的調制方法有頻率調制、振幅調制和相位調制。具有調制、解調功能的裝置稱為調制解調器，即Modem。頻帶傳輸較復雜，傳送距離較遠，若通過市話系統配備Modem，則傳送距離可不受限制。
PLC通信中，基帶傳輸和頻帶傳輸兩種傳輸形式都有采用，但多采用基帶傳輸。
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