PLC網絡中常用的通信方式

PLC網絡是由幾級子網復合而成，各級子網的通信過程是由通信協議決定的，而通信方式是通信協議最核心的內容。通信方式包括存取控制方式和數據傳送方式。所謂存取控制（也稱訪問控制）方式是指如何獲得共享通信介質使用權的問題，而數據傳送方式是指一個站取得了通信介質使用權后如何傳送數據的問題。

1．周期I/O通信方式

周期I/O通信方式常用于PLC的遠程I/O鏈路中。遠程I/O鏈路按主從方式工作，PLC遠程I/O主單元為主站，其它遠程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，劃分為幾個分箱與每個從站—一對應，每個分箱再分為兩格，一格管發送，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，從從站中讀取數據放入與其對應的分箱的接收分格中。這樣周而復始，使主站中的“遠程I/O緩沖區”得到周期性的刷新。

在主站中PLC的CPU單元負責用戶程序的掃描，它按照循環掃描方式進行處理，每個周期都有一段時間集中進行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通信處理器對各遠程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，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。這種通信方式簡單、方便，但要占用PLC的I/O區，因此只適用于少量數據的通信。

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區的通信方式，它主要用于帶有鏈接區的PLC之間的通信。

全局I/O方式的通信原理如圖7-27所示。在PLC網絡的每臺PLC的I/O區中各劃出一塊來作為鏈接區，每個鏈接區都采用郵箱結構。相同編號的發送區與接收區大小相同，占用相同的地址段，一個為發送區，其它皆為接收區。采用廣播方式通信。PLC1把1＃發送區的數據在PLC網絡上廣播，PLC2、PLC3收聽到后把它接收下來存入各自的1＃接收區中。PLC2把2＃發送區數據在PLC網上廣播，PLC1、PLC3把它接收下來存入各自的2＃接收區中。PLC3把3＃發送區數據在PLC網上廣播，PLC1、PLC2把它接收下來存入各自的3＃接收區中。顯然通過上述廣播通信過程，PLC1、PLC2、PLC3的各鏈接區中數據是相同的，這個過程稱為等值化過程。通過等值化通信使得PLC網絡中的每臺PLC的鏈接區中的數據保持一致。它既包含著自己送出去的數據，也包含著其它PLC送來的數據。由于每臺PLC的鏈接區大小一樣，占用的地址段相同，每臺PLC只要訪問自己的鏈接區，就等于訪問了其它PLC的鏈接區，也就相當于與其它PLC交換了數據。這樣鏈接區就變成了名符其實的共享存儲區，共享區成為各PLC交換數據的中介。

圖7-27 全局I/O方式的通信原理

鏈接區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中用戶程序無關，由各PLC的通信處理器按順序進行廣播通信，周而復始，使其所有鏈接區保持等值化；同步方式刷新是由用戶程序中對鏈接區的發送指令啟動一次刷新，這種方式只有當鏈接區的發送區數據變化時才刷新。

全局I/O通信方式中，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它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，因而只適用于少量數據的通信。

3．主從總線通信方式

主從總線通信方式又稱為1：N通信方式，是指在總線結構的PLC子網上有N個站，其中只有1個主站，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，看它是否要使用總線，從而達到分配總線使用權的目的。

對于實時性要求比較高的站，可以在輪殉表中讓其從機號多出現幾次，賦予該站較高的通信優先權。在有些1：N通信中把輪詢表法與中斷法結合使用，緊急任務可以打斷正常的周期輪詢，獲得優先權。

1：N通信方式中當從站獲得總線使用權后有兩種數據傳送方式。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．令牌總線通信方式

令牌總線通信方式又稱為N：N通信方式是指在總線結構的PLC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。

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持有時間，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。

取得令牌的站有兩種數據傳送方式，即無應答數據傳送方式和有應答數據傳送方式。采用無應答數據傳送方式時，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；而采用有應答數據傳送方式時，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應答幀發給發送站后，整個通信過程才結束。后者比前者的響應時間明顯增長，實時性下降。

5．浮動主站通信方式

浮動主站通信方式又稱N：M通信方式，適用于總線結構的PLC網絡，是指在總線上有M個站，其中N（N＜M＝個為主站，其余為從站。

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在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。

獲得總線使用權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。

6.CSMA/CD通信方式

CSMA/CD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，即“先聽后講，邊講邊聽”。

CSMA/CD存取控制方式不能保證在一定時間周期內，PLC網絡上每個站都可獲得總線使用權，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通信法適用于上層生產管理子網。

CSMA/CD通信方式的數據傳送方式可以選用有連接、無連接、有應答、無應答及廣播通信中的每一種，可按對通信速度及可靠性的要求進行選擇。

以上是PLC網絡中常用的通信方式，此外還有少量的PLC網絡采用其它通信方式，如令牌環的通信方式等。另外，在新近推出的PLC網絡中，常常把多種通信方式集成配置在某一級子網上，這也是今后技術發展的趨勢。