工控网基础讲稿资料.ppt

工业控制网络基础 上海电机学院 仲葆文 工业控制网络在工业生产中已得到广泛的应用 －－西门子工控网在啤酒生产线中的应用 $1 概述 一、工业控制网络的基本概念 二、通信方式与串行通信接口 三、网络的类型 四、常用网络设备 五、 构成通信网络的数据传输介质 一、工业控制网络的基本概念 工业控制网络是一种把整个工厂中各个生产流程和自动化控制系统通过各种通信设备组织为一个整体的一种通信网络。 在这个通信网络中，可有各种不同结构、遵守各种不同通信协议的通信系统存在，其中主要是工业以太网和工业现场总线。 工业以太网Industrial Etherenet －－按IEEE 802.3标准建立的开放的通信系统，用于传输大量数据，可与远程网络连接 工业现场总线－－按现场总线标准建立的开放的通信系统，用于现场控制和数据交换 点到点通信ptp－－用于2个点之间的通信，如PLC与PLC、PLC与PC、PLC与人机接口、打印机、条码扫描器、读卡器等设备连接。 工厂自动化网络结构 1．现场设备层 主要功能是连接现场设备，例如分布式I/O、传感器、驱动器、执行机构和开关设备等，完成现场设备控制及设备间连锁控制。 一般采用现场总线如Profibus-DP，也可用PtP。 2．车间监控层 车间监控层又称为单元层，用来完成车间主生产设备之间的连接，实现车间级设备的监控。 车间级监控包括生产设备状态的在线监控、设备故障报警及维护等。通常还具有生产统计、生产调度等车间级生产管理功能。 3．工厂管理层 车间操作员工作站通过集线器（HUB）或交换器（SWITCH）与车间办公管理网连接，将车间生产数据送到车间管理层。 车间管理网又作为工厂主网的一个子网，通过交换机、网桥或路由器等网络设备连接到厂区骨干网，将车间数据集成到工厂管理层。 工厂管理层又称信息层，一般使用以太网技术，这一层关注的焦点是高速的数据包传输和高容量的数据共享。 二、通信方式与串行通信接口 1. 计算机的通信方式 (1)并行通信与串行通信 并行通信是以字节（8位）或字（16位）为单位的数据传输方式，有8根或16根数据线、1根公共线以传输数据，另外还有一些通信双方联络用的控制线。并行通信速度快，但因传输线的数量多，抗干扰性差，一般用于近距离的数据传送，例如PLC的模块之间的数据传送。 串行通信是以二进制的位（bit）为单位的传输方式，每次只传送1位，最少只需要2根线（双绞线）就可以连接多台设备，组成控制网络。串行通信需要的信号线少，适用于距离较远的场合。 串行通信的传输速度要比并行通信慢。 （2）异步通信与同步通信 串行通信中，接收方和发送方应使用相同的传输速率。但由于双方使用的传输速率存在微小的误差，会形成累积误差而使发送和接收的数据造成错位，使接收方收到错误的信息。 为了解决这一问题，需要使发送过程和接收过程同步。按同步的方式不同，串行通信分为异步通信和同步通信。 异步通信的字符信息格式如图，每发送1个字符（数据），由1位“起始位”开始，接着是7～8位“数据位”，然后是1位“奇偶校验位”（也可以没有），最后是1～2位“停止位”。 双方对格式和传输速率约定相同。 接收方在收到停止位与起始位之间的下降沿时，将它作为接收的起点，在每一个时钟脉冲（代表1位）的中间接收信息。由于接收的位数不多，即使双方的时钟频率有微小的误差，其累积误差也不会过大而造成错位。 同步通信以字节为单位，每次按约定传送1～2个同步字符（作为通知对方开始接收）、若干个数据字节和校验字符。 同步通信时，双方采用同一个时钟脉冲以保持完全的同步。接收方通过调制解调的方式在数据流中提取出同步信号，使接收方得到与发送方同步的接收时钟信号。 同步通信不必在每一个数据字节上加上起始位、停止位、奇偶校验位，因此传输效率较高，但对硬件要求较高。 （3）单工和双工通信 单工方式只能沿单一方向传输数据，即某一方只能发送或只能接收； 双工方式可以沿两个方向传输数据，每一方既能发送也能接收。 （4）传输速率 串行通信中传输速率的单位是波特（bit），又称为波特率，符号是bit/s或bps，即每秒传送的二进制位数。 常用的波特率有9600bps、19200bps、38.4kbps、1.5Mbps、10Mbps等 2. 串行通信接口的标准 （1）RS-232C 由美国EIC（电子工业联合会）于1969年公布的通信协议。该协议规定采用负逻辑，用-15～-5V表示逻辑“1”，+5～+15V表示逻辑“0”。使用9针和25针DB型连接器。当通信距离较近时通信双方可直接连接。 最简单的情况，在通信中不需要控制联络信号，只需要3根线（发送线、接收线、信号地）便可实现全双工异步串行通信。 RS-232C采用共地传送方式，容易引起共模干扰。 （2）R