S7-200系列PLC的通信网络结构

    工业生产过程中有各种各样的控制要求。如在一个较大规模的检测和控制系统中，常常有几十个、几百个甚至更多个被测和被控变量，若用一个PLC来实现，则在速度和容量上难以满足要求；有的被测和被控变量在地理位置上比较分散，若用一个PLC来完成，则需要大量长距离的输入/输出信号电缆。因此，现今的PLC具备多种数据通信接口和较为完善的数据通信能力，可以与其他PLC或者其他设备构成通信网络，实现复杂的控制要求。PLC的通信网络结构通常有3种：下位连接系统，同位连接系统和上位连接系统，下面将详细介绍这3种网络结构。    1．下位连接系统    下位连接系统是PLC通过串行通信接口连接远程输入/输出单元，实现远程分散检测和控制。其组网方式有两种：一种是独立的PLC通过远程I/O模块进行通信，另一种是利用远程I/O模块扩展远程输入/输出单元。PLC与远程输入/输出单元的连接采用电缆或光缆，相应的通信接口是RS-485或RS-422A或光纤接口。但采用光纤系统传输数据时，可实现数据通信的远距离、高速度和高可靠性。下位连接系统的连接形式一般采用树形结构，如图6-6所示。
    图6-6    下位连接系统    PLC是系统的集中控制单元，负责整个系统的数据通信、信息处理和协调各个远程输入/输出单元的操作。远程输入/输出单元是系统的分散控制单元，它们在PLC的统一管理下完成各自的输入/输出任务。    系统的通信控制程序由生产厂商编制，并安装在PLC和远程输入/输出单元中。用户只需根据系统的要求，设置远程输入/输出单元地址和编制用户应用程序即可使系统运行。    由于远程输入/输出单元可以就近安装在被测和被控对象附近，从而大大地缩短了输入/输出信号的连接电缆。因此，下位连接系统特别适合于地理位置比较分散的控制系统，例如生产流水线上的各工序的控制等。    2．同位连接系统    同位连接系统是PLC通过串行通信接口相互连接起来的系统。系统中的PLC是并行运行，并通过数据传递相互联系，以适应大规模控制的要求。其组网方式有两种：一种是一对一通信，另一种是主从通信。同位连接系统结构通常采用总线型，如图6-7所示。
    图6-7    同位连接系统    在同位连接系统中，各个PLC之间的通信一般采用RS-422A、RS-485接口或光纤接口。互连的PLC最大允许数量随PLC的类型不同而变化。系统内的每个PLC都有一个唯一的系统识别单元号，号码从0开始顺序设置。在各个PLC内部都设置一个公用数据区作为通信数据的缓冲区。同位连接系统的数据传送是把公用数据区的发送区数据发送到通信接口，并把通信接口上接收到的数据存放到公用数据区的接收区中，数据传送过程如图6-8所示。此过程不需用户编制应用程序干预。用户只需编制把发送的数据送公用数据区的发送区和从公用数据区的接收区把数据读到所需的地址的程序即可。
    图6-8    同位连接系统的数据传送    3．上位连接系统    上位连接系统是一个自动化综合管理系统。管理计算机收集和管理各个上位机发送来的信息数据，并发送相关的命令控制上位计算机的运行。上位计算机通过串行通信接口与PLC的串行通信接口相连，对PLC进行监视和管理，构成集中管理、分散控制的分布式多级控制系统。在这个控制系统中，PLC是直接控制级，它负责现场过程变量的检测和控制，同时接收上位计算机的信息和向上位计算机发送现场的信息。上位计算机是协调管理级，它要与三方面进行信息交换：下位直接控制、自身的人一机界面和上级信息管理级。它是过程控制与信息管理的结合点和转换点，是信息管理与过程控制联系的桥梁。上位连接系统结构如图6-9所示。
    图6-9    上位连接系统    上位计算机与PLC的通信一般采用RS-232C/RS-422通信接口。当用RS-232C通信接口时，一台上位计算机只能连接一台PLC，若要连接多台PLC，则要加接RS-232C/RS-422转换装置。    通常，PLC上的通信程序由制造厂商编制，并作为通信驱动程序提供给用户，用户只要在上位计算机的应用软件平台调用，即可完成与PLC的通信。    上位计算机与管理计算机的通信一般采用局域网。上位计算机通过通信网卡与信息管理级的其他计算机进行信息交换。上位计算机只要在应用软件平台中调用网络管理软件，即可完成网络的数据通信。