S7-200的通信与网络8.1通信的基本知识n8.1.1 基本概念和术语n1. 并行传输与串行传输 （1）并行传输是指通信中同时传送构成一个字或字节的多位二进制数据。 （2）串行传输是指通信中构成一个字或字节的多位二进制数据是一位一位被传送的。 （3）特点：与并行传输相比，串行传输的传输速度慢，但传输线的数量少，成本比并行传输低，故常用于远距离传输且速度要求不高的场合，如计算机与可编程控制器间的通信、计算机USB口与外围设备的数据传送。并行传输的速度快，但传输线的数量多，成本比高，故常用于近距离传输的场合，如计算机内部的数据传输、计算机与打印机的数据传输。2. 异步传输和同步传输n（1）异步传输：信息以字符为单位进行传输，当发送一个字符代码时，字符前面都具有自己的一位起始位，极性为0，接着发送5到8位的数据位、1位奇偶校验位，1到2位的停止位，数据位的长度视传输数据格式而定，奇偶校验位可有可无，停止位的极性为1，在数据线上不传送数据时全部为1。n异步传输中一个字符中的各个位是同步的，但字符与字符之间的间隔是不确定的，也就是说线路上一旦开始传送数据就必须按照起始位、数据位、奇偶校验位、停止位这样的格式连续传送，但传输下一个数据的时间不定，不发送数据时线路保持1状态。 异步传输的优点：收、发双方不需要严格的位同步，所谓“异步”是指字符与字符之间的异步，字符内部仍为同步。其次异步传输电路比较简单，链络协议易实现，所以得到了广泛的应用。其缺点在于通信效率比较低。2. 异步传输和同步传输n（2）在同步传输中，不仅字符内部为同步，字符与字符之间也要保持同步。信息以数据块为单位进行传输，发送双方必须以同频率连续工作，并且保持一定的相位关系，这就需要通信系统中有专门使发送装置和接收装置同步的时钟脉冲。n在一组数据或一个报文之内不需要启停标志，但在传送中要分成组，一组含有多个字符代码或多个独立的码元。在每组开始和结束需加上规定的码元序列作为标志序列。发送数据前，必须发送标志序列，接收端通过检验该标志序列实现同步。 同步传输的特点：可获得较高的传输速度，但实现起来较复杂。3. 信号的调制和解调n串行通信通常传输是数字量，这种信号包括从低频到高频极其丰富的谐波信号，要求传输线的频率很高。而远距离传输时，为降低成本，传输线频带不够宽，使信号严重失真、衰减，常采用的方法是调制解调技术。n调制：发送端将数字信号转换成适合传输线传送的模拟信号，完成此任务的设备叫调制器。n解调：接收端将收到的模拟信号还原为数字信号的过程。完成此任务的设备叫解调器。n实际上一个设备工作起来既需要调制，又需要解调，将调制、解调功能由一个设备完成，称此设备为调制解调器。n当进行远程数据传输时，可以将可编程控制器的PC/PPI电缆与调制解调器进行连接以增加数据传输的距离。4. 传输速率n传输速率是指单位时间内传输的信息量，它是衡量系统传输性能的主要指标，常用波特率(Baud Rate)表示。n波特率是指每秒传输二进制数据的位数，单位是bps。常用的波特率有19200bps、9600bps、4800bps、2400bps、1200bps等。n例如，1200bps的传输速率，每个字符格式规定包含10个数据位（起始位、停止位、数据位），信号每秒传输的数据为：1200/10=120（字符/秒）5. 信息交互方式（1）单工通信是指信息始终保持一个方向传输，而不能进行反向传输。如无线电广播、电视广播等就属于这种类型。（2）半双工通信是指数据流可以在两个方向上流动，但同一时刻只限于一个方向流动，又称双向交替通信。（3）全双工通信方式是指通信双方能够同时进行数据的发送和接收。8.1.2 差错控制n1. 纠错编码n纠错编码的方法是在有效信息的基础上附加一定的冗余信息位，利用二进制位组合来监督数据码的传输情况。n一般冗余位越多，监督作用和检错、纠错的能力就越强，但通信效率就越低，而且冗余位本身出错的可能也变大。n纠错编码的方法很多，如奇偶检验码、方阵检验码、循环检验码、恒比检验码等。下面介绍两种常见的纠错编码方法。1. 纠错编码n（1）奇偶检验码。在信息码组之后加一位监督码，即奇偶检验位。奇偶检验码有奇检验码、偶检验码两种。 奇检验码的方法是信息位和检验位中1的个数为奇数。 偶检验码的方法是信息位和检验位中1的个数为偶数。 例如，一信息码为35H，其中1的个数为偶数，那么如果是奇检验，检验位应为1。如果是偶检验，那么检验位应为0。n（2）循环检验码。循环检验码不象奇偶检验码一个字符校验一次，而是一个数据块校验一次。在同步通信中几乎都使用这种方法。n循环检验码的基本思想是利用线性编码理论，在发送端根据要发送二进制码序列，以一定的规则产生一个监督码，附加在信息之后，构成一新的二进制码序列发送出去。在接收端，则根据信息码和监督码之间遵循的规则进行检验，确定传送中是否有错。n任何N位的二进制数都可以用一个n-1次的多项式来表示。n B()=Bn-1 n-1+ Bn-2n-2+ +B11+ B00 （8-1）n例如， 二进制数11000001，n可写为 B()= 7+ 6+1 （8-2） n此多项式称为码多项式。n二进制码多项式的加减运算为模2加减运算，即两个码多项式相加时对应项系数进行模2加减。所谓模2 加减就是各位做不带进位。借位的按位加减。这种加减运算实际上就是逻辑上的异或运算，即加法和减法等价。nB1()+ B2()= B1()- B2()= B2()- B1() （8-3）n 二进制码多项式的乘除法运算与普通代数多项式的乘除法运算是一样的，符合同样的规律。nB1()/ B2()= Q()+ R()/ B2() （8-4）n其中，Q(x)为商, B2()多项式自定，R(x)为余数多项式。若能除尽，则R(x)=0。n位循环码的格式如图8-1所示，可以看出，一个n位的循环码是由k位信息位，加上 r位校验位组成的。信息位是要传输的二进制数，R(x)为校验码位。n2. 纠错控制方法n（1）自动重发请求。自动重发请求中，发送端对发送序列进行纠错编码，可以检测出错误的校验序列。接收端根据校验序列的编码规则判断是否出错，并将结果传给发送端。若有错，接收端拒收，同时通知发送端重发。n（2）向前纠错方式。向前纠错方式就是发送端对发送序列进行纠错编码，接收端收到此码后，进行译码。译码不仅可以检测出是否有错误，而且根据译码自动纠错。n（3）混合纠错方式。混合纠错方式是上两种方法的结合。接收端有一定的判断是否出错和纠错的能力，如果错误超出了接收端的纠错的能力，再命令发送端重发。8.1.3 传输介质n1. 双绞线 n一对相互绝缘的线螺旋形式绞合在一起就构成了双绞线，两根线一起作为一条通信电路使用，两根线螺旋排列的目的是为了使各线对之间的电磁干扰减小到最小。n而通常人们将几对双绞线包装在一层塑料保护套中，如两对或四对双绞线构成产品的称为非屏蔽双绞线。n在外塑料层下增加一屏蔽层的称为屏蔽双绞线。n2. 同轴电缆n 同轴电缆是从内到外依次由内导体（芯线 ）、绝缘线、屏蔽层铜线网及外保护层的结构制造的。由于从横截面看这四层构成了4个同心圆，故而得名。n同轴电缆外面加了一层屏蔽铜丝网，是为了防止外界的电磁干扰而设计的，因此它比双绞线的抗外界电磁干扰能力要强。n根据阻抗的不同，可分为n（1）基带同轴电缆，特性阻抗为50，适用于计算机网络的连接，由于是基带传输，数字信号不经调制直接送上电缆，是单路传输,数据传输速率可达10Mb/s。n（2）宽带同轴电缆特性阻抗为75，常用于有线电视（CATV）的传输介质，如有线电视同轴电缆带宽达750MHz，可同时传输几十路电视信号，并同时通过调制解调器支持20Mb/s的计算机数据传输。n3. 光纤（又称光导纤维或光缆）n光纤常应用在远距离快速地传输大量信息中，它是由石英玻璃经特殊工艺拉成细丝来传输光信号的介质，这种细丝的直径比头发丝还要细，一般直径在89m（单模光纤）及（多模光纤，50m为欧洲标准，为美国标准），但它能传输的数据量却是巨大的。n人们已经实现在一条光纤上传输几百个“太”位（1T=240）的信息量，而且这还远不是光纤的极限。在光纤中以内部的全反射来传输一束经过编码的光信号。n光纤是以光脉冲的形式传输信号的，它具有的优点如下： （1）所传输的是数字的光脉冲信号，不会受电磁干扰，不怕雷击，不易被窃听； （2）数据传输安全性好； （3）传输距离长，且带宽宽，传输速度快。n缺点：光纤系统设备价格昂贵，光纤的连接与连接头的制作需要专门工具和专门培训的人员。n4. 无线介质n（1）使用微波波长或更长波长的无线电频谱。n无线电频谱的典型实例是使用微波频率较低 讲义的扩频微波通信信道。这种小微波技术的一个例子是以310Mb/s的数据传输信道，两个通信点间无障碍物的传输距离可达10km以上。800/900MHz或者1500MHz的蜂窝移动数字通信装置（即数字手机）也是属于无线电频谱类。n（2）光波及红外光范畴的频谱。n如蓝牙技术通信：直接安装在计算机上和外部设备上的小型红外线的收发窗口来进行两机器和设备之间的信息交换，而摆脱了传统的插头插座连接方式，省去了接线的麻烦。n（3）通信卫星做通信中继器的微波通信也是一种常用的无线数据通信。n通信卫星有两类，一类是同步地球通信卫星，这种通信卫星距离地球表面较远，所以微波信号较弱，地面要接收卫星发来的微波信号需要较大口径的天线，有一定的传输延时、地面技术复杂、价格昂贵。但这种通信卫星的通信比较稳定，通信容量大。n另一类是近地轨道通信卫星，这种卫星距离地球大约数十万米，不能做到与地球角速度相同，不能覆盖地面固定的位置，因此需要多个这种卫星接力工作才能做到通信的连续不被中断。8.1.4 串行通信接口标准n1. RS-232Cn计算机上配有RS-232C接口，它使用一个25针的连接器。在这25个引脚中，20个引脚作为RS-232C信号，其中有4个数据线，11个控制线，3个定时信号线，2个地信号线。另外，还保留了2个引脚，有3个引脚未定义。PLC一般使用9脚连接器，距离较近时，3脚也可以完成。TD发送数据：串行数据的发送端。RD接收数据：串行数据的接收端。GND（Ground）信号地：它为所有的信号提供一个公共的参考电平，相对于其他型号，它为0V电压。2. RS-232C的不足n232C既是一种协议标准，又是一种电气标准，它采用单端的、双极性电源电路，可用于最远距离为15m、最高速率达20kbit/s的串行异步通信。232C仍有一些不足之处，主要表现在：n（1）传输速率不够快。232C标准规定最高速率为20kbit/s，尽管能满足异步通信要求，但不能适应高速的同步通信。n（2）传输距离不够远。232C标准规定各装置之间电缆长度不超过15m。实际上，RS-232C能够实现30m或60m的传输，但在使用前，一定要先测试信号的质量，以保证数据的正确传输。n（3）RS-232C接口采用不平衡的发送器和接收器，每个信号只有一根导线，两个传输方向仅有一个信号线地线，因而，电气性能不佳，容易在信号间产生干扰。3. RS-485n由于RS-232C存在的不足，美国的EIC1977年指定了RS-499，RS-422A是RS-499的子集，RS-485是RS-422的变形。nRS-485为半双工，不能同时发送和接收信号。n目前，工业环境中广泛应用RS-422、RS-485接口。S7-200系列PLC内部集成的PPI接口的物理特性为RS-485串行接口，可以用双绞线组成串行通信网络，不仅可以与计算机的RS-232C接口互联通信，而且可以构成分布式系统，系统中最多可有32个站，新的接口部件允许连接128个站。8.2 工业局域网基础n8.2.1 局域网的拓扑结构n网络拓扑结构是指网络中的通信线路和节点间的几何连接结构，表示了网络的整体结构外貌。n网络中通过传输线连接的点称为节点或站点。n常见的有星形网络、环形网络、总线形网络3种拓扑结构形式。 a）星形网络 b）环形网络 c）总线形网络8.