二、通信方法的含義

網絡是由幾級子網復合而成，每級子網中都配置不同的協(xié)議，其中大部分是各公司的專用通信協(xié)議。

各級子網的通信過程是由通信協(xié)議決定的，從根本上講，要搞清楚某級子網的通信就必須徹底剖析它采用的通信協(xié)議，這個工作量很大，更何況大多數又都是各個公司的專用協(xié)議，繁瑣的協(xié)議規(guī)定常會掩蓋問題的本質，通常會遇到這樣的情況：兩個公司的兩種專用協(xié)議，從協(xié)議的規(guī)定、幀格式等表面現象看可能有明

網絡的各級子網無論采用總線結構、還是環(huán)形結構，他的通信介質是共享資源。掛在共享介質上的各站要想通信，首先要解決共享通信介質使用權的分配問題，這就是常說的存取控制或稱訪問控制。

一個站取得了通信介質使用權，并不等用完成了通信過程，還有怎樣傳送數據的問題，這就是常說的數據傳送方式，比如說采用的數據傳送方式是否先建立一種邏輯連接，然后再傳送？所采用的數據傳送方式發(fā)給對方的數據是否要對方應答？發(fā)出去的數據是由一個站收，或者多個站收，還是全體接收？諸如此類就是所謂的數據傳送方式。

這里所謂的通信方法就是存取控制方式＋數據傳送方式。本來存取控制方式與數據傳送方式都是通信協(xié)議有關層次的內容，這里專門把他們抽出來加以介紹。是因為用它們來描述一種通信過程與人們意念上有關的概念非常接近。對于局域網來說，存取控制方式與數據傳送方式是其通信協(xié)議最核心的內容。

三、工業(yè)局域網實時性的含義

工業(yè)局域網對實時性是有要求的，各級子網對實時性的的要求不同，通常越靠底層的子網對實時性要求越高，越靠近上層的子網對實時性的要求越低。

實時性通常采用響應時間來定量描述。響應時間是指某一系統(tǒng)對輸入作出響應所需的時間，以ms、s、min，h為計量單位。響應時間很短，就標志著系統(tǒng)的實時性越好。

PLC網絡中，各站通過通信子網互聯(lián)在一起，當某站對子網請求通信時，他對響應是時間是有要求的，不同站對實時性的要求可能不同，同一站不同通信任務對實時性的要求也可能不同。一項通信任務的實時性得到滿足是指其響應時間小于規(guī)定的時限；一個站的實時性合乎要求是指該站提出的所有通信任務在指定的時限內都能獲得響應。整個通信子網的實時性符合要求是指分布在子網上每一個站的每項通信任務的實時性均得到保證。

要保證PLC網絡的實時性必須滿足下列三個時間約束條件：

1、必須限定每個站每次取得通信權的時間上限制，以防止某一站長時間霸占子網而導致其他各站實時性惡化。

2、應當保證在某一固定的時間周期內，通信子網上的每個站都有機會取得通信權，這將為每個站提供基本實時性。

3、對于重要的站可優(yōu)先服務，對某項緊急通信任務應當給予優(yōu)先處理，應當可以用靜態(tài)（固定）的方式賦予某站以較高的優(yōu)先權，應當可以用動態(tài)（臨時）方式賦予某些緊急任務以較高的優(yōu)先權。

PLC網絡的實時性首先是由它所選用的存取控制方式來保證的。此外提高實時性還可以通過減少通信協(xié)議的層數來實現，一般靠近底層的子網采用只包含3層通信協(xié)議的他塌縮結構。這正是為了提高實時性。另外選擇適當的數據傳送方式對于提高實時性有明顯的效果，發(fā)送數據要求對方答應，比無應答服務慢的多，要求連接又要有應答的服務則更慢，而廣播式通信最快。當然不能只考慮實時性，還要考慮可靠性。

四、周期I/O方式

可編程控制器的遠程I/O鏈路就是一種PLC控制網絡，在遠程I/O鏈路中采用“周期I/O方式”交換數據。遠程I/O鏈路按主從方式工作，可編程控制器帶的遠程I/O主單元在遠程I/O鏈路中擔任主站，其他遠程I/O單元皆為從站。在主站中設立一個“遠程I/O緩沖區(qū)”，采用信箱結構，劃分為n個分箱與每一個從站一一對應，每個分箱再分為兩格，一格管發(fā)送，一個管接收。主站中負責通信的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(fā)送分格的數據送給從站，從從站中讀取數據存入與其對應的分箱的接收分格中，這樣周而復始，是主站中的“遠程I/O緩沖區(qū)”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(huán)掃描方式進行掃描處理，每個周期都有一段集中進行I/O處理，這時它對本地I/O單元及遠程I/O緩沖區(qū)進行讀寫操作。PLC的CPU單元對用戶程序的周期性循環(huán)掃描，與PLC負責通信的處理器對各遠程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(qū)獲得周期性刷新，PLC的CPU單元對遠程I/O緩沖區(qū)的讀寫操作，就相當于直接訪問了遠程I/O單元。

主站中負責通信的處理器采用周期掃描方式與各從站交換數據，使主站中“遠程I/O緩沖區(qū)”得到周期性刷新，這樣一種通信方式既涉及到周期又涉及到I/O，因而被稱為“周期I/O方式”，這種通信方式要占用PLC的I/O區(qū)，因
此只適用于少量

五、全局I/O方式

全局I/O方式是一種串行共享存儲區(qū)通信方式主要用于帶有鏈接區(qū)的PLC之間的通信。

全局I/O方式的通信原理如圖1所示。在PLC網絡的每臺PLC的I/O區(qū)中各劃出一塊來作為鏈接區(qū)，每一個鏈接區(qū)采用如圖1所示的郵箱結構。相同編號的發(fā)送區(qū)與接收區(qū)大小相同，占用相同的地址段，一個為發(fā)送區(qū)，其它皆為接收區(qū)。采用廣播方式通信。PLC1把1發(fā)送區(qū)的數據在PLC網絡上廣播，PLC2,PLC3接收到后把它接收下來存入各自的1接收區(qū)中，PLC2把2#發(fā)送區(qū)的數據在PLC網絡上廣播，PLC1,PLC3接收到后把它接收下來存入各自的2#接收區(qū)中， PLC3把3#發(fā)送區(qū)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(qū)中。顯然通過上述廣播通信過程， PLC1， PLC2， PLC3的各鏈接區(qū)中數據是相同的，這個過程稱為等值變化過程，通過等值化通信使得PLC網絡中的每臺PLC鏈接區(qū)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鏈接區(qū)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(qū)，就等于訪問了其它PLC的鏈接區(qū)，也就相當與其他PLC交換了數據。這樣鏈接區(qū)就變成了名副其實的共享存儲，共享區(qū)成為各PLC交換數據的中介。
 
當然這里的共享存儲區(qū)與并行總線的共享存儲區(qū)在結構上有些差別，它把物理上分布在各站的鏈接區(qū)，通過等值化通信使其好像重疊在一起，在邏輯上變成一個存儲區(qū)，大小與一個鏈接區(qū)一樣，這種共享存儲區(qū)稱為串行共享存儲區(qū)。

鏈接區(qū)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所帶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(qū)保持等值化，同步方式刷新是由用戶程序中對鏈接區(qū)的發(fā)送指令啟動一次刷新，這種方式只有當鏈接區(qū)的發(fā)送數據變化時才刷新（等值化），這樣事半功倍。

全局I/O方式中的鏈接區(qū)是從PLC的I/O區(qū)劃分出來的，經過等值化通信變成所有PLC共享（全局共享）,因此稱為 “全局I/O方式”。這種方式下PLC直接用讀寫指令對鏈接區(qū)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他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(qū)，因而這適用于少量數據的通信。

六、主從總線1:N通信方式

主從總線通信方式又稱為1:N通信方式，這是在PLC通信網絡上采用的一種通信方式。在總線結構的PLC子網上有N個站，其中只有一個主站，其他皆是從站，也就是因為這個原因主從總線通信方式又稱為1:N通信方式。

主從總線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，看它是否使用總線，從而達到分配總線使用權的目的。

為了保證實時性，要求輪詢表包含每個從站號不能少于一次，這樣在周期輪詢時，每個從站在一個周期中至少有一次機會取得總線使用權，從而保證了每個站的基本實時性，對于實時性要求比較高的站，可以在輪詢表中讓其從機號多現幾次，這樣就用靜態(tài)的方式，賦予該站較高的通信優(yōu)先權。在有些主從總線中輪詢表法與中斷法結合使用，讓緊急任務可以打斷正常的周期輪詢而插入，獲得優(yōu)先服務，這就是用動態(tài)賦予某項緊急任務以較高優(yōu)先權。 存取控制只解決了誰使用總線的問題，獲得總線的從站還有如何使用總線的問題，即采用什么樣的數據傳送方式。主從總線通信方式中有兩種基本的數據傳送方式，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安排主從通信，再安排自己與其他從站（即從從）之間的通信。

六、令牌總線N:N通信方式

令牌總線通信方式又稱為N:N通信方式。在總線結構上的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，所以稱之為N:N通信方式。

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(huán)，讓一個令牌在邏輯環(huán)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有時間，保證在令牌循環(huán)一周時每個站都有機會獲得總線使用權，并提供優(yōu)先級服務，因此令牌總線存取控制方式具有較好的實時性。

取得令牌的站采用什么樣的數據傳送數據方式對實時性影響非常明顯。如果采用無?應答數據傳送方式，取得令牌的站可以立即向目的站發(fā)送數據，發(fā)送結束，通信過程也就完成了。如果采用有應答數據傳送方式，取得令牌的站向目的站發(fā)送完數據后并不算通信完成，必須等目的站獲得令牌并把答應幀發(fā)給發(fā)送站后，整個通信過程結束。這樣一來響應明顯增長，而使實時性下降。有些令牌總線型PLC網絡的數據傳送方式固定為一種，有些則可由用戶選擇。

七、浮動主站N:M通信方式

浮動主動通信方式又稱N：M通信方式，它適用與總線結構的PLC網絡。設在總線上有M個站，其中N個為主站，其余為從站（N<M），故稱之為N：M通信方式。

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(huán)，通過令牌在邏輯環(huán)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再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(yōu)先級安排在輪詢之前或之后進行。

獲得總線使用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。

八、CSMA/CD

CSMA/CD（carrier－sense multiple access with collision detection）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，該控制方式用通俗的語言描述為“先聽后講，邊講邊聽”。所謂先聽后講是指要求使用總線的各站，在發(fā)送數據之前必須先監(jiān)聽，看看總線是否空閑，認總線空閑后再向總線發(fā)送數據。“先聽后講”并不能完全避免沖突，如果仍發(fā)生了沖突，則不能等到差錯校驗時再發(fā)現，這樣對通信資源浪費太嚴重，而要采用“邊講邊聽”。發(fā)送數據的站，一邊發(fā)送，一邊監(jiān)聽，若發(fā)現沖突，立即停止發(fā)送，并發(fā)出阻塞音，通知網上的其它站發(fā)生了沖突，然后沖突雙方采用取隨機數代入指數函數的退避算法來決定重新上網時間，解決沖突。

CSMA/CD存取控制方式不能保證在一定時間周期內，PLC網上每個站都可獲得總線使用權，也不能用靜態(tài)方式賦予某些站以較高優(yōu)先權，不能用動態(tài)方式賦予某些緊急通信任務以較高優(yōu)先權，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，方法本身簡單，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通信法適合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，這可按對通信速度及可靠性的要求取舍。

九、令牌環(huán)通信方式

有少量的PLC網絡采用環(huán)形拓撲結構，其存取控制采用令牌法，具有較好的實時性。圖1表示了令牌工作過程及其幀結構。
 

                                  （a）令牌環(huán)
 

　　　　　　　　　　　?。╞）幀結構
圖1 令牌環(huán)通信方式在圖1（a）中，令牌在物理環(huán)中按箭頭指向，一站接一站的傳送，獲得令牌的站才有權發(fā)送數據，設B站要向D站發(fā)送數據。當令牌傳送到B站時,B站把令
牌變?yōu)闀和ＷC，然后把待發(fā)送數據按圖1（b）表示的格式加在暫停證后面從B站發(fā)送出去，最后再加上令牌一起發(fā)往C站。此幀信息經C站中轉后到達D站，D站把自己的本站地址與幀格式中目的地址相比較，發(fā)現兩者相同，表明此幀信息事發(fā)給D站的，然后對此幀信息作差錯校驗，并把校驗結果以肯定應答或否定應答填在ACK段中。同時把此幀信息復制下來，再把帶有應答的幀繼續(xù)向下傳送，經A

在圖1（b）的幀格式的最后為一令牌，因而當某站獲得此令牌后也同樣可以發(fā)送數據，把此令牌變?yōu)闀和ＷC，后面帶上發(fā)送的幀最后再加上令牌，這時的幀格式就變成兩個暫停證、兩幀，再加令牌，其傳送過程與一幀相似，這里不再重復，從上述過程可見，令牌環(huán)通信方式采用的是有應答數據傳送方式。