西门子PLC模块控制器CPU412-1西门子代理商 西门子总代理

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PLC差错控制

1.差错产生的原因与差错类型

  我们把通过通信信道后接收的数据与发送数据不一致的现象称为传输差错，通常简称为差错。差错的产生是不可避免的，我们的任务是分析差错产生的原因，研究有效的差错控制方法。

  l)差错产生的原因

  差错产生的过程示意图如图6-13所示。其中，图6-13(a)是数据通过通信信道的过程，图6-13(b)是数据传输过程中噪声的影响。

  当数据从信源出发，经过通信信道时，由于通信信道总是有一定的噪声存在，在到达信宿时，接收信号是信号与噪声的叠加。在接收端，接收电路在取样时判断信号电平。如果噪声对信号叠加的结果在电平判决时出现错误，就会引起传输数据的错误。

  2)差错的类型

  通信信道的噪声分为两类:热噪声与冲击噪声。

  (1)热噪声热噪声是由传输介质导体的电子热运动产生的。热噪声的特点:时刻存在，幅度较小，强度与频率无关；但频谱很宽，是一类随机的噪声。由热噪声引起的差错是一类随机差错。

  (2)冲击噪声冲击噪声是由外界电磁干扰引起的。与热噪声相比，冲击噪声幅度较大，是引起传输差错的主要原因。冲击噪声持续时间与每比特数据的发送时间相比可能较长，冲击噪声引起的相邻多个数据位出错呈突发性。冲击噪声引起的传输差错为突发差错。

  在通信过程中产生的传输差错，是由随机差错与突发差错共同构成的。

  2.误码率的定义

  误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似表示为

  P. = N./N (6-10)

  式中N传输的二进制码元总数；

  N；被传错的码元数。

  在理解误码率定义时，应注意以下几个问题:

  (1)误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数。

  (2)对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求；在数据传输速率确定后，误码率越低，传输系统设备越复杂，造价越高。

  (3)对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制码元，要折算成二进制码元来计算。

  在实际的数据传输系统中，人们需要对通信信道进行大量、重复地测试，求出该信道的平均误码率，或者给出某些特殊情况下的平均误码率。根据测试，目前电话线路在300b/s~2400b/s的传输速率时，平均误码率为 10-4~10°；在 4800b/s~9600b/s的传输速率时，平均误码率为10-2~10↵。因为计算机通信的平均误码率要求低于109，普通电话线路如不采取差错控制技术，是不能满足计算机的通信要求的。

  3.循环冗余编码工作原理

  1)检错码的类型

  目前，常用的检错码主要有以下两类:奇偶校验码与循环冗余编码(CyclicRedundancy Code, CRC)。

  奇偶校验码是一种Zui常见的检错码，它分为垂直奇(偶)校验、水平奇(偶)校验与水平垂直奇(偶)校验(即方阵码)。奇偶校验方法简单，但检错能力差，一般只用于通信要求较低的环境。

  CRC的检错能力很强，并且实现起来容易，是目前应用Zui广的检错码编码方法之一。

  2)CRC的工作原理

  CRC的工作原理如图6-14所示。CRC方法的工作原理:将要发送的数据比特序列当作一个多项式f(x)的系数，在发送端用收发双方预先约定的生成多项式G(x)去除，求得一个余数多项式，将余数多项式加到数据多项式之后发送到接收端。在接收端用同样的生成多项式G(x)去除接收数据多项式f(x)，得到计算余数多项式。如果计算余数多项式与接收余数多项式相同，则表示传输无差错；如果计算余数多项式与接收余数多项式不相同，则表示传输有差错；由发送方来重发数据，直至正确为止。

  在实际网络应用中，CRC的生成与校验过程可以用软件或硬件方法实现。目前，很多通信超大规模集成电路芯片的内部硬件，就可以非常方便、快速地实现标准CRC的生成与校验功能。

  CRC校验码的检错能力很强，除了能检查出离散错外，还能检查出突发错。它具有以下检错能力:

  (1)CRC校验码能检查出全部单个错；

  (2)CRC校验码能检查出全部离散的 2位错；

  (3)CRC校验码能检查出全部奇数个错:

  (4)CRC校验码能检查出全部长度小于或等于k位的突发错；

  (5)CRC校验码能以[1-(1/2)k]的概率检查出长度为(k 1)位的突发错。

  4.差错控制机制

  接收端可以通过检错码检查传送一帧数据是否出错，一旦发现传输错误，则通常采用反馈重发(Automatic Request forRepeat，ARQ)方法来纠正。数据通信系统中的ARQ机制如图6-15所示。ARQ纠错实现方法有两种:停止等待方式与连续工作方式。

  1)停止等待方式

  停止等待方式中数据帧与应答帧的发送时间关系如图6-16所示。在停止等待方式中，发送方在发送完一数据帧后，要等待接收方的应答帧的到来。应答帧表示上一帧已正确接收，发送方就可以发送下一数据帧，否则将重发出错数据帧。停止等待ARQ协议比较简单，但系统通信效率较低。

  2)连续工作方式

  为了克服停止等待ARQ协议的缺点，人们提出了连续ARQ协议。实现连续ARQ协议的方法主要有以下两种:

  (1)拉回方式拉回方式的工作原理如图6-17(a)所示。发送方可以连续向接收方发送数据帧，接收方对接收的数据帧进行校验，向发送方发回应答帧。如果发送方在连续发送了编号为0~5的数据帧后，从应答帧得知2号数据帧传输错误，那么发送方将停止当前数据帧的发送，重发2、3、4、5号数据帧。拉回状态结束后，再接着发送6号数据帧。

  (2)选择重发方式选择重发方式的工作原理如图6-17(b)所示。选择重发方式与拉回方式的区别:如果在发送完编号为5的数据帧时，接收到编号为2的数据帧传输出错的应答帧，那么发送方在发送完编号为5的数据帧后，只重发出错的2号数据帧。选择重发完后，接着发送编号为6的数据帧。显然，选择重发方式的效率将高于拉回方式。

PLC网络通信协议的选择

S7-200系列PLC可支持多种通信协议，如点对点(Point-to-Point)协议(PPI)、多点协议(MPI)及PROFIBUS协议。这些协议的结构模型都是基于开放系统互联参考模型(OSI)的7层通信结构。PPI协议和MPI协议通过令牌环网实现，令牌环网遵守欧洲标准EN50170中的过程现场总线PROFIBUS标准。基于通信结构的“开放系统互联”(OSI)7层模型，这些协议用于令牌环网，该网络符合欧洲标准EN50170所定义的PROFIBUS标准。这些协议是异步、基于字符的协议，具有一个起始位、8个数据位、一个偶数校验位和一个停止位。通信帧包括:特殊的启动与停止字符、源站地址与目标站地址、帧长度以及数据完整性的检验。只要每个协议的波特率相同，可在一个网络上运行，不会相互干扰。

  除了上述3种协议外，通过S7-200的自由通信口和相关的网络通信指令，可以将S7-200CPU连接到ModBus网络和以太网络

  以太网也可用于具有扩充模块CP243-1和CP243-1IT的S7-200CPU。

  1.PPI协议

  PPI协议是一种主从设备协议:主设备给从属装置发送请求，从属装置进行响应。如图6-24所示。从属装置不发出信息，而是一直等到主设备发送请求或轮询时才做出响应。

  主设备与从属装置的通信通过PPI协议管理的共享连接来进行。PPI协议不限制与任何一个从属装置进行通信的主设备的数目，但网络上Zui多可安装32个主设备。

  如果在用户程序中使用PPI主设备模式，则S7-200CPU在处于RUN模式时可用作主设备。使用PPI主设备模式之后，可使用网络读取或网络输入指令从其他S7-200读取数据或将数据输入其他S7-200。当S7-200用作PPI主设备时，它仍将作为从属装置对来自其他主设备的请求做出响应。

  PPIgaoji协议允许网络设备建立设备之间的逻辑连接。对于PPIgaoji协议，每台设备可提供的连接数目是有限的。

  所有S7-200 CPU均支持PPI协议和PPIgaoji协议，而PPIgaoji协议是EM277模块所支持的唯一PPI协议。

  2.MPI协议

  MPI允许进行主设备与主设备以及主设备与从属装置之间的通信，如图6-25所示。为与S7-200CPU进行通信，STEP7-Micro/WIN建立一个主设备与从属装置之间的连接。MPI协议不与用做主设备的S7-200CPU进行通信。

  网络设备通过任意两台设备之间的独立连接(由MPI协议进行管理)进行通信，设备之间的通信受限于S7-200CPU或EM277模块所支持的连接数目。S7-200CPU和EM277模块的连接数目见表6-3。

  3.PROFIBUS协议

  PROFIBUS协议针对用于具有分布式I/O设备(远程I/O)的高速通信，来自不同厂家的设备只要支持PROFIBUS均可使用。这些设备包括I/O模块、电动机控制器、PLC等。

  PROFIBUS网络的典型特点就是具有一个主设备和多个IVO从属装置,如图6-26所示,为主设备设置所连接的I/O从属装置的型号及地址。主设备将初始化网络，并验证网络上的从属装置是否与配置相符。主设备可将输出数据连续地写入从属装置，也可从中读出输入数据。

  当DP主设备成功地配置从属装置时，它就拥有了该从属装置。如果网络上存在第二个主设备，则它对属于第一个主设备的从属装置进行访问将受到一定的限制。

  4.TCP/IP协议

  S7-200通过使用以太网(CP243-1)或互联网(CP243-1IT)扩充模块可支持TCPIP以太网通信。以太网(CP243-1)和互联网(CP243-1IT)模块的连接数目见表6-4。

  5.仅使用S7-200设备的网络配置

  1)单台主设备PPI网络

  在对于简单的单台主设备网络,编程站和S7-200CPU既可以通过PPI多台主设备电缆

  连接，也可以通过安装在编程站中的通信处理器(CP)卡连接。

  在如图6-27(a)所示的网络中，编程站(STEP7-Micro/WIN)是网络主设备。在图6-27(b)所示的网络中，人机界面设备(HMI)(如TD200、TP或OP)是网络主设备。

  在上述两个网络例子中，S7-200CPU是对主设备的请求进行响应的从属装置。对于单台主设备PPI网络，需要设置STEP7-Micro/WIN以使用PPI协议。

  2)多台主设备PPI网络

  具有一个从属装置的多台主设备网络如图6-28所示。编程站(STEP7-MicroWIN)既可以使用CP卡，也可以使用PPI多台主设备电缆。STEP7-Micro/WIN和HMI设备共享网络。

  STEP7-Micro/WIN和HMI设备是主设备，必须具有独立的网络地址。在使用PPI多台主设备电缆时，电缆是主设备:使用STEP7-Micro/WIN所提供的网络地址，S7-200 CPU是从属装置。

  图6-29显示了一个PPI网络，它具有与多台从属装置进行通信的多台主设备。在这个网络中，STEP7-Micro/WIN和HMI可以对所有S7-200CPU从属装置请求数据。STEP7-MicroWIN和HMI设备共享网络。

  所有设备(主设备和从属装置)均具有不同的网络地址。在使用PPI多台主设备电缆时，电缆是主设备，并使用STEP7-Micro/WIN所提供的网络地址，S7-200CPU为从属装置。对于具有多台主设备和一台或多台从属装置的网络，设置STEP7-Micro/WIN以使用PPI协议，如果可用，勾选“多台主设备网络”和“PPIgaoji协议”复选框。如果正在使用PPI多台主设备电缆，则“多台主设备网络”和“PPIgaoji协议”复选框均将忽略。

  3)复杂PPI网络图

  对等通信网络如图6-30所示，该网络使用了具有对等通信的多台主设备。STEP7-Micro/WIN和HMI设备通过网络对S7-200CPU进行读写，S7-200CPU使用网络读取和网络写入指令互相读写，即进行对等通信。

  一个复杂PPI网络的示例HMI设备与对等通信如图6-31所示。该网络使用了具有对等通信的多台主设备。在这个网络中，每个HMI监控一个S7-200CPU。S7-200 CPU使用NETR和NETW指令互相读写(对等通信)。

  对于复杂PPI网络，设置STEP7-Micro/WIN以使用PPI协议，如果可用，勾选“多台主设备网络”和“PPIgaoji协议”复选框。如果正在使用PPI多台主设备电缆，则“多台主设备网络”和“PPIgaoji协议”复选框均将忽略。