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用三菱的FX2N PLC实现N:N网络(令牌总线)

来源:上元教育   【上元教育:技能改变命运,上元成就未来】   2013-8-9 10:34:29
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一 网络概述: 
    目前PLC网络采用分级分布式复合结构时,一般分为三级(层)  1管理层(以太网)  2控制层(开放式,标准的现场总线)  3现场层(部件层)也就是指装置层和传感器层 
    以太网采用CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Asscess with Collision Detection)介质访问控制方式,即载波监听多路访问/冲突检测方式,该方式可以简单通俗地叙述为“先听后讲,边讲边听”。以太网在工厂管理层、车间监控层将成为主流技术,与互连网技术结合是未来eManufactory技术基础; 在没有严格时间要求的设备层也将获得一定的发展;但对一般工业网络要求实时性、确定性通信场合,现场总线技术还将处于主导地位;我们必须学会面对一个多种网络技术并存的现实世界。以下就对现场总线中的一种 ――令牌总线进行研究。
 二 关键字:以太网, 令牌总线(N:N网络),RS485
  N:N网络相当于三级总线型结构的中间一级,即控制层,最低一层为远程I/O链路,负责与现场设备通信,收集现场数据,驱动执行器,在远程I/O链路中配置周期I/O通信机制,这一层也可配置AS-I(传感器-执行器接口)链路,除了N:N网络外,比较通用的有主从总线(1:N)方式,争用总线方式,令牌环方式,浮动主站(N:M)方式,目前已存在若干种现场总线,现场总线的体系结构,省略了网络层,传输层,回话层及表示层这四层,包括应用层(APPLICATION),数据链路层(DATALINK),物理层(PHYSICAL),这主要时针对工业过程的特点,使数据在网络流动中尽量减少中间环节,加快数据的传输速度,提高网络通信及数据处理的实时性,他们之间区别最大之处在于数据链路层协议,尤其是这层中的介质访问控制(MAC)子层,MAC协议可分为如下三个类型。(1)集中式轮询协议。1:N  (2)令牌总线协议N:N(3)总线仲裁协议。  SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统作为生产过程和事物管理自动化最为有效的计算机软硬件系统之一,它包含两个层次的含义:一是分步式的数据采集系统,即智能数据采集系统,也就是通常所说的下位机;另一个是数据处理和显示系统,即上位机HMI(Human Machine Interface)系统。
 三 RS232C和RS422/485串行通信接口介绍
   RS232C和RS422/485串行通信接口,RS232C地电气接口电路是单端驱动,单端接收地电路,有公共地线,这种接口电路不能区分有用信号和干扰信号,抗干扰能力差,故其传输速率和传输距离收到很大限制。 RS422/485采用平衡驱动,差分接收电路,取消了信号地地接法,平衡驱动器相当于两个单端驱动器,当输入同意信号时其输出是反相的,如有共模信号干扰时,接收器只接收差分信号电压,从而大大提高了抗共模干扰的能力,并能在较长距离内明显提高传输速率。其传输距离可达1200M(10KB/S)传输速率可达10MB/S,分别是RS232C的100倍和500倍。
    RS485是RS422的变形,二者的区别是RS422为全双工型,RS485为半双工型,在使用RS485互联时,某一时刻只有一个站点可以发送数据,其他站点只能接收,因此,其发送电路必须由使能端加以控制,  用FX2N所组成地N:N网络地总站点数最大为8个,使用专用协议时,最多16个站,包括A系列的可编程控制器,半双工通讯,38400bps,  N:N网络 RS485连线的选择是 一对导线 ,单对子布线的情况下,在端子RDA和RDB之间连接端子电阻(110欧,1/2瓦棕棕棕),双对子布线的情况下,在端子SDA和SDB之间连接端子电阻,(220欧姆,1/4瓦),而在RDA和RDB之间也是这样。(橙橙棕),   优点: 1节省配线,2提高处理速度,3实时性。
   
 四N:N网络设计
   1硬件设计, PLC可选用FX2N,FX2NC,FX1N,FX0N,通讯选用FX2N-485-BD,或者FX1N-485-BD,FX0N-485-BD,在本设计中,选用两个FX2N-485-BD,两个FX1N-485-BD。一个FX1N-32MR,一个FX1N-485-BD   2软件设计, 由于使用了三个FX2N可编程控制器,在软件设计中,要分别对每个可编程控制器进行编程,选一个PLC为主站, 将网络参数写在这个主站中.   其他程序见附表, 分别为每个可编程控制器写好程序。其通讯通过以下操作实现:
  1) 主站点的输入点X000到X003(M1000到M1003)输出到站点号1和2的输出点Y010到Y013。
  2) 站点1的输入点X000到X003(M1064到M1067)输出到主站点和站点2的输出点Y014到Y017。
     3) 站点2的输入点X000到X003(M1128到M1131)输出到主站点和站点1的输出点Y020到Y023.
   4) 主站点中的数据寄存器D1指定为站点1中计数器C1的设定值。  计数器C1的接触(M1070)状态反映在主站点的输出点Y005上。
   5) 主站点中的数据寄存器D2指定为站点2中计数器C2的设定值。  计数器C2的接触(M1140)状态反映在主站点的输出点Y006上。
   6) 站点1中数据寄存器D10的值和站点2中数据寄存器D20的值被加入主站点,并被存入数据寄存D3中。
   7) 主站点中数据寄存器D0的值和站点2中数据寄存器D20的值被加入站点1,并被存入数据寄存器D11中。
   8) 主站点中数据寄存器D0的值和站点1中数据寄存器D10的值被加入站点2,并被存入数据寄存器D21中。
 
五 结果分析
    在本试验中,N=3, 在这个网络中,通过485BD的通讯功能,链接了这个网络中的数据,这种通讯是通过在刷新范围内的字软元件和位软件的数值和状态交换来实现的,可以通过改变一个站点的数值,来改变整个网络的控制状态。
   此网络的最大总站点数最大为8个,为半双工通讯,可以根据需要来决定站点数的多少,当增加站点数的时候, 可以通过修改N=3的程序,写入增加站点的程序,并在原有的站点进行相应的改变即可实现。
   此网络适用于多点分散控制, 实时性要求高的场合, 且处理速度快。能节省配线, 。但存在的问题是有通讯距离的限制,在此系统中不使用FX2N-485-BD或FX1N-485-BD时,最大延伸距离是500M,(使用时:最大50M)。

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