lijx@fjut.edu.cn
第 7 部分
可编程控制通信与网络技术
授课教师：李 建 兴 （ E-mail,lijx@fjut.edu.cn）
（福建工程学院电子信息与电气工程系）
可编程序控制器（ PLC） 应用技术
lijx@fjut.edu.cn
第 7 部分
可编程控制器通信与网络技术
近年来，工厂自动化网络得到了迅速的发展，相当多
的企业已经在大量地使用可编程设备，如 PLC,工业控制
计算机、变频器、机器人、柔性制造系统等。将不同厂家
生产的这些设备连在一个网络上，相互之间进行数据通信，
由企业集中管理，已经是很多企业必须考虑的问题。
本章主要介绍有关 PLC的通信与工厂自动化通信网络
方面的初步知识。
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7.1 PLC通信基础
7.1 PLC通信基础
lijx@fjut.edu.cn
7 PLC通信与网络技术
7.1 PLC通信基础
?概述
? 通信,当任意两台设备之间有信息交换时，它们之间就产
生了通信。
? PLC通信,是指 PLC与 PLC,PLC与计算机, PLC与现场
设备或远程 I/O之间 的信息交换。
? PLC通信的任务,就是将地理位置不同的 PLC,计算机、
各种现场设备等，通过 通信介质 连接起来，按照规定的 通
信协议,以某种特定的 通信方式 高效率地完成数据的传送
、交换和处理。
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7.1 PLC通信基础
7.1.1 通信方式
? 并行通信与串行通信
? 并行通信,是以字节或字为单位的数据传输方式，除了 8
根或 16根数据线、一根公共线外，还需要数据通信联络用
的控制线。
? 并行通信的传送速度快，但是传输线的根数多，成本高，
一般用于近距离的数据传送。
? 并行通信一般用于 PLC的内部,如 PLC内部元件之间、
PLC主机与扩展模块之间或近距离智能模块之间的数据通
信。
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7.1 PLC通信基础
7.1.1 通信方式
? 并行通信与串行通信
? 串行通信, 以二进制位（ bit） 为单位的数据传输方式，每
次传送一位，除了地线外，在一个数据传输方向上只需要
一根数据线，这根线既作为数据线又作为通信联络控制线
? 串行通信需要的信号线少，最少的只需要两三根线，适用
于距离较远的场合。
? 串行通信多用于 PLC与计算机之间、多台 PLC之间的数据
通信。
? 传输速率 是评价通信速度的重要指标 。 在串行通信中，传
输速率常用比特率来表示，其单位是比特 /秒（ bit/s） 或 bps
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7.1 PLC通信基础
7.1.1 通信方式
? 单工通信与双工通信
? 单工通信方式,只能沿单一方向发送或接收数据。
? 双工通信方式,其信息可沿两个方向传送，每一个站既可
以发送数据，也可以接收数据。
? 全双工方式,数据的发送和接收分别由两根或两组不同的
数据线传送，通信的双方都能在同一时刻接收和发送信息
? 半双工方式,用同一根线或同一组线接收和发送数据，通
信的双方在同一时刻只能发送数据或接收数据
? 在 PLC通信中常采用半双工和全双工通信。
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7.1 PLC通信基础
7.1.1 通信方式
? 异步通信与同步通信
按同步方式的不同，串行通信分为异步通信和同步通信
? 异步通信,通信双方需要对所采用的信息格式和数据的传
输速率作相同的约定。
? 异步通信传送附加的非有效信息较多，它的传输效率较低
，一般用于低速通信,PLC一般使用异步通信。
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7.1 PLC通信基础
7.1.1 通信方式
? 异步通信与同步通信
? 同步通信,以字节为单位。每次传送 l~2个同步字符、若干
个数据字节和校验字符。
? 同步字符起联络作用，用它来通知接收方开始接收数据。
在同步通信中，发送方和接收方要保持完全的同步。
? 在近距离通信时，可以在传输线中设置一根时钟信号线。
在远距离通信时，可以在数据流中提取出同步信号，使接
收方得到与发送方完全相同的接收时钟信号。
? 同步通信方式传输效率高，但是对硬件的要求较高，一般
用于高速通信。
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7.1 PLC通信基础
7.1.1 通信方式
? 基带传输与频带传输
? 基带传输：按照数字信号原有的波形（以脉冲形式）在信
道上直接传输，它要求信道具有较宽的通频带。
? 基带传输时，通常对数字信号进行一定的编码，常用数据
编码方法有非归零码 NRZ,曼彻斯特编码和差动曼彻斯特
编码等。
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7.1 PLC通信基础
7.1.1 通信方式
? 基带传输与频带传输
? 频带传输,是一种采用调制解调技术的传输形式。发送端
采用调制手段，对数字信号进行某种变换，将代表数据的
二进制,1”和,0”，变换成具有一定频带范围的模拟信
号，以适应在模拟信道上传输；接收端通过解调手段进行
相反变换，把模拟的调制信号复原为,1”或,0”。
? 常用的调制方法有频率调制、振幅调制和相位调制。具有
调制、解调功能的装置称为调制解调器，即 Modem。
? PLC通信中，基带传输和频带传输两种传输形式都有采用
，但多采用基带传输。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 通信介质,是在通信系统中位于发送端与接收端之间的物
理通路。
? 通信介质一般可分为：导向性介质、非导向性介质
? 导向性介质,这种介质将引导信号的传播方向，如：双绞
线、同轴电缆和光纤等；
? 非导向性介质,一般通过空气传播信号，它不为信号引导
传播方向，如短波、微波和红外线通信等。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 双绞线
? 双绞线是由两根彼此绝缘的导线按照一定规则以螺旋状绞
合在一起。这种结构能在一定程度上减弱来自外部的电磁
干扰及相邻双绞线引起的串音干扰。但在传输距离、带宽
和数据传输速率等方面仍有其一定的局限性。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 非屏蔽双绞线电缆,价格便宜、直径小节省空间、使用方
便灵活、易于安装
? 美国电器工业协会（ EIA） 规定了六种质量级别的双绞线
电缆，其中 1类线档次最低，只适于传输语音； 6类线档次
最高，传输频率可达到 250MHz。 3类线数据传输率可达
10Mbps； 4类线数据传输率可达 16Mbps； 5类线数据传输
可达 100Mbps。
? 屏蔽双绞线电缆,抗干扰能力强，有较高的传输速率，
100m内可达到 155Mbps。 但其价格相对较贵，需要配置
相应的连接器，使用时不是很方便。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 同轴电缆
? 与双绞线相比，同轴电线抗干扰能力强，能够应用于频率
更高、数据传输速率更快的情况。对其性能造成影响的主
要因素来自衰损和热噪声，采用频分复用技术时还会受到
交调噪声的影响。虽然目前同轴电缆大量被光纤取代，但
它仍广泛应用于有线电视和某些局域网中。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 同轴电缆
? 同轴电缆主要有,50Ω电缆和 75Ω电缆。
? 50Ω电缆：用于基带数字信号传输，又称基带同轴电缆。
电缆中只有一个信道，数据信号采用曼彻斯特编码方式，
数据传输速率可达 10Mbps,这种电缆主要用于局域网。
? 75Ω电缆：是 CATV系统使用的标准，它既可用于传输宽
带模拟信号，也可用于传输数字信号。对于模拟信号而言
，其工作频率可达 400MHZ。 若在这种电缆上使用频分复
用技术，则可以使其同时具有大量的信道，每个信道都能
传输模拟信号。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 光纤
? 光纤 是一种传输光信号的传输媒介
? 光纤的结构：处于光纤最内层的纤芯是一种横截面积很小
、质地脆、易断裂的光导纤维，制造这种纤维的材料可以
是玻璃也可以是塑料。纤芯的外层裹有一个包层，它由折
射率比纤芯小的材料制成。
? 由于在纤芯与包层之间存在着折射率的差异，光信号才得
以通过全反射在纤芯中不断向前传播。在光纤的最外层则
是起保护作用的外套。通常都是将多根光纤扎成束并裹以
保护层制成多芯光缆。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 光纤
? 根据制作材料的不同，光纤可分为：
石英光纤、塑料光纤、玻璃光纤等；
? 根据传输模式不同，光纤可分为：
多模光纤和单模光纤；
? 根据纤芯折射率的分布不同，光纤可以分为：
突变型光纤和渐变型光纤；
? 根据工作波长的不同，光纤可分为：
短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 光纤
? 在实际光纤传输系统中，还应配置与光纤配套的光源发生
器件和光检测器件。
? 最常见的光源发生器件是发光二极管（ LED） 和注入激光
二极管（ ILD）。
? 光检测器件是在接收端能够将光信号转化成电信号的器件
，目前使用的光检测器件有光电二极管（ PIN） 和雪崩光
电二极管（ APD）,光电二极管的价格较便宜，然而雪崩
光电二极管却具有较高的灵敏度。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 光纤
? 光纤的优点,
1）光纤支持很宽的带宽（ 1014～ 1015 HZ）,覆盖了红外线
和可见光的频谱。
2） 具有很快的传输速率, 当前传输速率制约因素是信号生
成技术 。
3） 光纤抗电磁干扰能力强, 且光束本身又不向外辐射, 适
用于长距离的信息传输及安全性要求较高的场合 。
4） 光纤衰减较小, 中继器的间距较大 。
? 光纤的缺点,系统成本较高, 不易安装与维护, 质地脆易
断裂等 。
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
PLC通信主要采用串行异步通信，其常用的串行通信
接口标准有 RS-232C,RS-422A和 RS-485等。
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-232C
? RS-232C是美国电子工业协会（ EIA） 于 1969年公布的通信
协议。 RS-232C接口标准是目前计算机和 PLC中最常用的
一种串行通信接口。
? RS-232C采用 负逻辑,用 -5～ -15V表示逻辑,l”,用 +5～
+15V表示逻辑,0” 。噪声容限为 2V,即接收器能识别低
至 +3V的信号作为逻辑, 0”,高到 -3V的信号作为逻辑
,1” 。
? RS-232C只能进行 一对一的通信, RS-232C可使用 9针或 25
针的 D型连接器,PLC一般使用 9针的连接器
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-232C
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-232C
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-232C
? RS-232-C的电气接口采用 单端驱动、
单端接收的电路,容易受到公共地线
上的电位差和外部引入的干扰信号的
影响，同时还存在以下不足之处：
1） 传输速率较低, 最高传输速度速率为
20kbps。
2） 传输距离短, 最大通信距离为 15m
3） 接口的信号电平值较高, 易损坏接口
电路的芯片, 与 TTL电平不兼容
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-422A
? 针对 RS-232C的不足,EIA于 1977年推出了串行通信标准
RS-499,对 RS-232C的电气特性作了改进,RS-422A是 RS-
499的子集。
? RS-422A采用 平衡驱动、差分接收 电路，从根本上取消了
信号地线，大大减少了地电平所带来的共模干扰。
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-422A
? RS-422在最大传输速率 10Mbps时，允许的最大通信距离为
12m。 传输速率为 100kbps时，最大通信距离为 1200m。
? 一台驱动器可以连接 10台接收器。
? RS-422A是 全双工,两对平衡差分信号线分别用于发送和
接收，所以采用 RS422接口通信时最少需要 4根线。
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-485
? RS-485是 RS-422的变形，为 半双工,只有一对平衡差分信
号线，不能同时发送和接收，最少只需二根连线。
? RS-485的逻辑,1”以两线间的电压差为 +（ 2~6） V表示
，逻辑,0”以两线间的电压差为 -（ 2~6） V表示。
? 电平与 TTL电平兼容，可方便与 TTL 电路连接。
? RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性、高传输速率（
10Mbps）,长的传输距离（ 1200m） 和多站能力（最多
128站）等优点，所以在工业控制中广泛应用。
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-485
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7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型 （ OSI）
? 为了实现不同厂家生产的智
能设备之间的通信, 国际标
准化组织 ISO提出了开放系
统 互 连 模 型 OSI (Open
System Interconnection),作
为通信网络国际标准化的参
考模型,
? 详细描述了软件功能的 7个
层次 。 每一层都尽可能自成
体系, 均有明确的功能 。
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7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型 （ OSI）
? 物理层（ Physical Layer）
? 物理层是为建立、保持和断开在物理实体之间的物理连接，
提供机械的、电气的、功能性的和规程的特性。
? 物理层是建立在传输介质之上，负责提供传送数据比特位
,0”和,1”码的物理条件。同时，定义了传输介质与网络
接口卡的连接方式以及数据发送和接收方式。
? 接口标准 RS-232C,RS-422和 RS-485等就属于物理层。
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7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连 模型（ OSI）
? 数据链路层（ Datalink Layer）
? 数据键路层通过物理层提供的物理连接，实现建立、保持和断开数
据链路的逻辑连接，完成数据的无差错传输。
? 数据链路层的主要控制功能是差错控制和流量控制，以保证数据的
可靠传输。
? 在数据链路上,数据以帧格式传输,帧是包含多个数据比特位的逻
辑数据单元，通常由控制信息和传输数据两部分组成。
? 常用的数据链路层协议是面向比特的串行同步通信协议 ----同步数据
链路控制协议 /高级数据链路控制协议（ SDLC/HDLC）。
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7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型（ OSI）
? 网络层（ Network Layer）
? 网络层完成站点间逻辑连接的建立和维护，负责传输数据
的寻址，提供网络各站点间进行数据交换的方法，完成传
输数据的路由选择和信息交换的有关操作。
? 网络层的主要功能是报文包的分段、报文包阻塞的处理和
通信子网内路径的选择。
? 常用的网络层协议有 X.25分组协议和 IP协议。
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7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型（ OSI）
? 传输层（ Transport Layer）
? 传输层是向会话层提供一个可靠的端到端（ end-to-end） 的
数据传送服务。
? 传输层的信号传送单位是报文（ Message）,它的主要功能
是流量控制、差错控制、连接支持。
? 典型的传输层协议是因特网 TCP/IP协议中的 TCP协议。
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型（ OSI）
? 会话层（ Session Layer）
? 两个表示层用户之间的连接称为会话，对应会话层的任务
就是提供一种有效的方法，组织和协调两个层次之间的会
话，并管理和控制它们之间的数据交换。
? 网络下载中的断点续传就是会话层的功能。
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型（ OSI）
? 表示层（ Presentation Layer）
? 表示层用于应用层信息内容的形式变换，如数据加密 /解密
、信息压缩／解压和数据兼容，把应用层提供的信息变成
能够共同理解的形式。
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型（ OSI）
? 应用层（ Application Layer）
? 应用层作为参考模型的最高层，为用户的应用服务提供信
息交换，为应用接口提供操作标准。
? 七层模型中所有其它层的目的都是为了支持应用层，它直
接面向用户，为用户提供网络服务。
? 常用的应用层服务有电子邮件 (E-mail),文件传输 (FTP)和
Web服务等。
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7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型 （ OSI）
? OSI 7层模型中, 除了物理层和物理层之间可直接传送信
息外, 其它各层之间实现的都是间接的传送 。
? OSI 7层参考模型只是要求对等层遵守共同的通信协议,
并没有给出协议本身 。
? OSI 7层协议中，高 4层提供用户功能，低 3层提供网络通
信功能。
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7.1.4 计算机通信标准
? IEEE802通信标准
? IEEE802通信标准是 IEEE（ 国际电工与电子工程师学会）
的 802分委员会从 1981年至今颁布的一系列计算机局域网分
层通信协议标准草案的总称。
? 它把 OSI参考模型的底部两层分解为 逻辑链路控制子层（
LLC）,媒体访问子层（ MAC） 和物理层 。前两层对应于
OSI模型中的数据链路层，数据链路层是一条链路（ Link）
两端的两台设备进行通信时所共同遵守的规则和约定。
? IEEE802的媒体访问控制子层对应于多种标准，其中最常用
的为三种，即 带冲突检测的载波侦听多路访问（ CSMA/CD
） 协议、令牌总线（ Token Bus） 和令牌环（ Token Ring）
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? IEEE802通信标准
? CSMA/CD协议
? CSMA/CD（ carrier-sense multiple access with collision detection） 通信
协议的基础是以太网 （ Ethernet）, 各站共享一条广播式的传输总线
,每个站都是平等的, 采用竞争方式发送信息到传输线上 。 当某个
站识别到报文上的接收站名与本站的站名相同时, 便将报文接收下
来 。 由于没有专门的控制站, 两个或多个站可能因同时发送信息而
发生冲突, 造成报文作废, 因此必须采取措施来防止冲突 。
? 通常把这种, 先听后讲, 和, 边听边讲, 相结合的方法称为
CSMA/CD,其控制策略是竞争发送, 广播式传送, 载体监听, 冲突
检测, 冲突后退和再试发送；
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7.1.4 计算机通信标准
? IEEE802通信标准
? 令牌总线
? 令牌总线是 IEEE802标准中的工厂媒质访问技术，其编号
为 802.4。 它吸收了 GM公司支持的 MAP（ Manufacturing
Automation Protocol,即制造自动化协议）系统的内容。
? 在令牌总线中，媒体访问控制是通过传递一种称为令牌的
特殊标志来实现的。按照逻辑顺序，令牌从一个装置传递
到另一个装置，传递到最后一个装置后，再传递给第一个
装置，如此同而复始，形成一个逻辑环。
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7.1.4 计算机通信标准
? IEEE802通信标准
? 令牌总线
? 令牌有“空”、“忙”两个状态，令牌网开始时由指定站产生一个
空令牌沿逻辑环传送。
? 任何一个要发送信息的站都要等到令牌传给自己，判断为“空”令
牌时才发送信息。发送站首先把令牌置成“忙”，并写入要传送的
信息、发送站名和接收站名，然后将载有信息的令牌送入环网传输
。令牌沿环网循环一周后返回发送站时，信息已被接收站拷贝，发
送站将令牌置为“空”，送上环网继续传送，以供其它站使用。如
果在传送过程中令牌丢失，由监控站向网中注入一个新的令牌。
? 令牌传递式总线最适合于需要进行实时通信的工业控制网络。
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7.1.4 计算机通信标准
? IEEE802通信标准
? 令牌环
? 令牌环媒质访问方案是 IBM开发的，它在 IEEE802标准中
的编号为 802.5，它有些类似于令牌总线。
? 在令牌环上，最多只能有一个令牌绕环运动，不允许两个
站同时发送数据。令牌环从本质上看是一种集中控制式的
环，环上必须有一个中心控制站负责网的工作状态的检测
和管理。
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可编程控制器通信与网络技术
近年来，工厂自动化网络得到了迅速的发展，相当多
的企业已经在大量地使用可编程设备，如 PLC,工业控制
计算机、变频器、机器人、柔性制造系统等。将不同厂家
生产的这些设备连在一个网络上，相互之间进行数据通信，
由企业集中管理，已经是很多企业必须考虑的问题。
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方面的初步知识。
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7.1 PLC通信基础
?概述
? 通信,当任意两台设备之间有信息交换时，它们之间就产
生了通信。
? PLC通信,是指 PLC与 PLC,PLC与计算机, PLC与现场
设备或远程 I/O之间 的信息交换。
? PLC通信的任务,就是将地理位置不同的 PLC,计算机、
各种现场设备等，通过 通信介质 连接起来，按照规定的 通
信协议,以某种特定的 通信方式 高效率地完成数据的传送
、交换和处理。
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7.1 PLC通信基础
7.1.1 通信方式
? 并行通信与串行通信
? 并行通信,是以字节或字为单位的数据传输方式，除了 8
根或 16根数据线、一根公共线外，还需要数据通信联络用
的控制线。
? 并行通信的传送速度快，但是传输线的根数多，成本高，
一般用于近距离的数据传送。
? 并行通信一般用于 PLC的内部,如 PLC内部元件之间、
PLC主机与扩展模块之间或近距离智能模块之间的数据通
信。
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7.1.1 通信方式
? 并行通信与串行通信
? 串行通信, 以二进制位（ bit） 为单位的数据传输方式，每
次传送一位，除了地线外，在一个数据传输方向上只需要
一根数据线，这根线既作为数据线又作为通信联络控制线
? 串行通信需要的信号线少，最少的只需要两三根线，适用
于距离较远的场合。
? 串行通信多用于 PLC与计算机之间、多台 PLC之间的数据
通信。
? 传输速率 是评价通信速度的重要指标 。 在串行通信中，传
输速率常用比特率来表示，其单位是比特 /秒（ bit/s） 或 bps
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7.1 PLC通信基础
7.1.1 通信方式
? 单工通信与双工通信
? 单工通信方式,只能沿单一方向发送或接收数据。
? 双工通信方式,其信息可沿两个方向传送，每一个站既可
以发送数据，也可以接收数据。
? 全双工方式,数据的发送和接收分别由两根或两组不同的
数据线传送，通信的双方都能在同一时刻接收和发送信息
? 半双工方式,用同一根线或同一组线接收和发送数据，通
信的双方在同一时刻只能发送数据或接收数据
? 在 PLC通信中常采用半双工和全双工通信。
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7.1 PLC通信基础
7.1.1 通信方式
? 异步通信与同步通信
按同步方式的不同，串行通信分为异步通信和同步通信
? 异步通信,通信双方需要对所采用的信息格式和数据的传
输速率作相同的约定。
? 异步通信传送附加的非有效信息较多，它的传输效率较低
，一般用于低速通信,PLC一般使用异步通信。
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7.1 PLC通信基础
7.1.1 通信方式
? 异步通信与同步通信
? 同步通信,以字节为单位。每次传送 l~2个同步字符、若干
个数据字节和校验字符。
? 同步字符起联络作用，用它来通知接收方开始接收数据。
在同步通信中，发送方和接收方要保持完全的同步。
? 在近距离通信时，可以在传输线中设置一根时钟信号线。
在远距离通信时，可以在数据流中提取出同步信号，使接
收方得到与发送方完全相同的接收时钟信号。
? 同步通信方式传输效率高，但是对硬件的要求较高，一般
用于高速通信。
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7.1.1 通信方式
? 基带传输与频带传输
? 基带传输：按照数字信号原有的波形（以脉冲形式）在信
道上直接传输，它要求信道具有较宽的通频带。
? 基带传输时，通常对数字信号进行一定的编码，常用数据
编码方法有非归零码 NRZ,曼彻斯特编码和差动曼彻斯特
编码等。
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7.1 PLC通信基础
7.1.1 通信方式
? 基带传输与频带传输
? 频带传输,是一种采用调制解调技术的传输形式。发送端
采用调制手段，对数字信号进行某种变换，将代表数据的
二进制,1”和,0”，变换成具有一定频带范围的模拟信
号，以适应在模拟信道上传输；接收端通过解调手段进行
相反变换，把模拟的调制信号复原为,1”或,0”。
? 常用的调制方法有频率调制、振幅调制和相位调制。具有
调制、解调功能的装置称为调制解调器，即 Modem。
? PLC通信中，基带传输和频带传输两种传输形式都有采用
，但多采用基带传输。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 通信介质,是在通信系统中位于发送端与接收端之间的物
理通路。
? 通信介质一般可分为：导向性介质、非导向性介质
? 导向性介质,这种介质将引导信号的传播方向，如：双绞
线、同轴电缆和光纤等；
? 非导向性介质,一般通过空气传播信号，它不为信号引导
传播方向，如短波、微波和红外线通信等。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 双绞线
? 双绞线是由两根彼此绝缘的导线按照一定规则以螺旋状绞
合在一起。这种结构能在一定程度上减弱来自外部的电磁
干扰及相邻双绞线引起的串音干扰。但在传输距离、带宽
和数据传输速率等方面仍有其一定的局限性。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 非屏蔽双绞线电缆,价格便宜、直径小节省空间、使用方
便灵活、易于安装
? 美国电器工业协会（ EIA） 规定了六种质量级别的双绞线
电缆，其中 1类线档次最低，只适于传输语音； 6类线档次
最高，传输频率可达到 250MHz。 3类线数据传输率可达
10Mbps； 4类线数据传输率可达 16Mbps； 5类线数据传输
可达 100Mbps。
? 屏蔽双绞线电缆,抗干扰能力强，有较高的传输速率，
100m内可达到 155Mbps。 但其价格相对较贵，需要配置
相应的连接器，使用时不是很方便。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 同轴电缆
? 与双绞线相比，同轴电线抗干扰能力强，能够应用于频率
更高、数据传输速率更快的情况。对其性能造成影响的主
要因素来自衰损和热噪声，采用频分复用技术时还会受到
交调噪声的影响。虽然目前同轴电缆大量被光纤取代，但
它仍广泛应用于有线电视和某些局域网中。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 同轴电缆
? 同轴电缆主要有,50Ω电缆和 75Ω电缆。
? 50Ω电缆：用于基带数字信号传输，又称基带同轴电缆。
电缆中只有一个信道，数据信号采用曼彻斯特编码方式，
数据传输速率可达 10Mbps,这种电缆主要用于局域网。
? 75Ω电缆：是 CATV系统使用的标准，它既可用于传输宽
带模拟信号，也可用于传输数字信号。对于模拟信号而言
，其工作频率可达 400MHZ。 若在这种电缆上使用频分复
用技术，则可以使其同时具有大量的信道，每个信道都能
传输模拟信号。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 光纤
? 光纤 是一种传输光信号的传输媒介
? 光纤的结构：处于光纤最内层的纤芯是一种横截面积很小
、质地脆、易断裂的光导纤维，制造这种纤维的材料可以
是玻璃也可以是塑料。纤芯的外层裹有一个包层，它由折
射率比纤芯小的材料制成。
? 由于在纤芯与包层之间存在着折射率的差异，光信号才得
以通过全反射在纤芯中不断向前传播。在光纤的最外层则
是起保护作用的外套。通常都是将多根光纤扎成束并裹以
保护层制成多芯光缆。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 光纤
? 根据制作材料的不同，光纤可分为：
石英光纤、塑料光纤、玻璃光纤等；
? 根据传输模式不同，光纤可分为：
多模光纤和单模光纤；
? 根据纤芯折射率的分布不同，光纤可以分为：
突变型光纤和渐变型光纤；
? 根据工作波长的不同，光纤可分为：
短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 光纤
? 在实际光纤传输系统中，还应配置与光纤配套的光源发生
器件和光检测器件。
? 最常见的光源发生器件是发光二极管（ LED） 和注入激光
二极管（ ILD）。
? 光检测器件是在接收端能够将光信号转化成电信号的器件
，目前使用的光检测器件有光电二极管（ PIN） 和雪崩光
电二极管（ APD）,光电二极管的价格较便宜，然而雪崩
光电二极管却具有较高的灵敏度。
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7.1 PLC通信基础
7.1.2 通信介质
? 光纤
? 光纤的优点,
1）光纤支持很宽的带宽（ 1014～ 1015 HZ）,覆盖了红外线
和可见光的频谱。
2） 具有很快的传输速率, 当前传输速率制约因素是信号生
成技术 。
3） 光纤抗电磁干扰能力强, 且光束本身又不向外辐射, 适
用于长距离的信息传输及安全性要求较高的场合 。
4） 光纤衰减较小, 中继器的间距较大 。
? 光纤的缺点,系统成本较高, 不易安装与维护, 质地脆易
断裂等 。
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
PLC通信主要采用串行异步通信，其常用的串行通信
接口标准有 RS-232C,RS-422A和 RS-485等。
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-232C
? RS-232C是美国电子工业协会（ EIA） 于 1969年公布的通信
协议。 RS-232C接口标准是目前计算机和 PLC中最常用的
一种串行通信接口。
? RS-232C采用 负逻辑,用 -5～ -15V表示逻辑,l”,用 +5～
+15V表示逻辑,0” 。噪声容限为 2V,即接收器能识别低
至 +3V的信号作为逻辑, 0”,高到 -3V的信号作为逻辑
,1” 。
? RS-232C只能进行 一对一的通信, RS-232C可使用 9针或 25
针的 D型连接器,PLC一般使用 9针的连接器
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-232C
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-232C
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-232C
? RS-232-C的电气接口采用 单端驱动、
单端接收的电路,容易受到公共地线
上的电位差和外部引入的干扰信号的
影响，同时还存在以下不足之处：
1） 传输速率较低, 最高传输速度速率为
20kbps。
2） 传输距离短, 最大通信距离为 15m
3） 接口的信号电平值较高, 易损坏接口
电路的芯片, 与 TTL电平不兼容
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-422A
? 针对 RS-232C的不足,EIA于 1977年推出了串行通信标准
RS-499,对 RS-232C的电气特性作了改进,RS-422A是 RS-
499的子集。
? RS-422A采用 平衡驱动、差分接收 电路，从根本上取消了
信号地线，大大减少了地电平所带来的共模干扰。
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-422A
? RS-422在最大传输速率 10Mbps时，允许的最大通信距离为
12m。 传输速率为 100kbps时，最大通信距离为 1200m。
? 一台驱动器可以连接 10台接收器。
? RS-422A是 全双工,两对平衡差分信号线分别用于发送和
接收，所以采用 RS422接口通信时最少需要 4根线。
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-485
? RS-485是 RS-422的变形，为 半双工,只有一对平衡差分信
号线，不能同时发送和接收，最少只需二根连线。
? RS-485的逻辑,1”以两线间的电压差为 +（ 2~6） V表示
，逻辑,0”以两线间的电压差为 -（ 2~6） V表示。
? 电平与 TTL电平兼容，可方便与 TTL 电路连接。
? RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性、高传输速率（
10Mbps）,长的传输距离（ 1200m） 和多站能力（最多
128站）等优点，所以在工业控制中广泛应用。
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7.1 PLC通信基础
7.1.3 PLC常用通信接口
? RS-485
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7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型 （ OSI）
? 为了实现不同厂家生产的智
能设备之间的通信, 国际标
准化组织 ISO提出了开放系
统 互 连 模 型 OSI (Open
System Interconnection),作
为通信网络国际标准化的参
考模型,
? 详细描述了软件功能的 7个
层次 。 每一层都尽可能自成
体系, 均有明确的功能 。
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型 （ OSI）
? 物理层（ Physical Layer）
? 物理层是为建立、保持和断开在物理实体之间的物理连接，
提供机械的、电气的、功能性的和规程的特性。
? 物理层是建立在传输介质之上，负责提供传送数据比特位
,0”和,1”码的物理条件。同时，定义了传输介质与网络
接口卡的连接方式以及数据发送和接收方式。
? 接口标准 RS-232C,RS-422和 RS-485等就属于物理层。
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连 模型（ OSI）
? 数据链路层（ Datalink Layer）
? 数据键路层通过物理层提供的物理连接，实现建立、保持和断开数
据链路的逻辑连接，完成数据的无差错传输。
? 数据链路层的主要控制功能是差错控制和流量控制，以保证数据的
可靠传输。
? 在数据链路上,数据以帧格式传输,帧是包含多个数据比特位的逻
辑数据单元，通常由控制信息和传输数据两部分组成。
? 常用的数据链路层协议是面向比特的串行同步通信协议 ----同步数据
链路控制协议 /高级数据链路控制协议（ SDLC/HDLC）。
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型（ OSI）
? 网络层（ Network Layer）
? 网络层完成站点间逻辑连接的建立和维护，负责传输数据
的寻址，提供网络各站点间进行数据交换的方法，完成传
输数据的路由选择和信息交换的有关操作。
? 网络层的主要功能是报文包的分段、报文包阻塞的处理和
通信子网内路径的选择。
? 常用的网络层协议有 X.25分组协议和 IP协议。
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型（ OSI）
? 传输层（ Transport Layer）
? 传输层是向会话层提供一个可靠的端到端（ end-to-end） 的
数据传送服务。
? 传输层的信号传送单位是报文（ Message）,它的主要功能
是流量控制、差错控制、连接支持。
? 典型的传输层协议是因特网 TCP/IP协议中的 TCP协议。
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型（ OSI）
? 会话层（ Session Layer）
? 两个表示层用户之间的连接称为会话，对应会话层的任务
就是提供一种有效的方法，组织和协调两个层次之间的会
话，并管理和控制它们之间的数据交换。
? 网络下载中的断点续传就是会话层的功能。
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型（ OSI）
? 表示层（ Presentation Layer）
? 表示层用于应用层信息内容的形式变换，如数据加密 /解密
、信息压缩／解压和数据兼容，把应用层提供的信息变成
能够共同理解的形式。
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型（ OSI）
? 应用层（ Application Layer）
? 应用层作为参考模型的最高层，为用户的应用服务提供信
息交换，为应用接口提供操作标准。
? 七层模型中所有其它层的目的都是为了支持应用层，它直
接面向用户，为用户提供网络服务。
? 常用的应用层服务有电子邮件 (E-mail),文件传输 (FTP)和
Web服务等。
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? 开放系统互连模型 （ OSI）
? OSI 7层模型中, 除了物理层和物理层之间可直接传送信
息外, 其它各层之间实现的都是间接的传送 。
? OSI 7层参考模型只是要求对等层遵守共同的通信协议,
并没有给出协议本身 。
? OSI 7层协议中，高 4层提供用户功能，低 3层提供网络通
信功能。
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? IEEE802通信标准
? IEEE802通信标准是 IEEE（ 国际电工与电子工程师学会）
的 802分委员会从 1981年至今颁布的一系列计算机局域网分
层通信协议标准草案的总称。
? 它把 OSI参考模型的底部两层分解为 逻辑链路控制子层（
LLC）,媒体访问子层（ MAC） 和物理层 。前两层对应于
OSI模型中的数据链路层，数据链路层是一条链路（ Link）
两端的两台设备进行通信时所共同遵守的规则和约定。
? IEEE802的媒体访问控制子层对应于多种标准，其中最常用
的为三种，即 带冲突检测的载波侦听多路访问（ CSMA/CD
） 协议、令牌总线（ Token Bus） 和令牌环（ Token Ring）
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? IEEE802通信标准
? CSMA/CD协议
? CSMA/CD（ carrier-sense multiple access with collision detection） 通信
协议的基础是以太网 （ Ethernet）, 各站共享一条广播式的传输总线
,每个站都是平等的, 采用竞争方式发送信息到传输线上 。 当某个
站识别到报文上的接收站名与本站的站名相同时, 便将报文接收下
来 。 由于没有专门的控制站, 两个或多个站可能因同时发送信息而
发生冲突, 造成报文作废, 因此必须采取措施来防止冲突 。
? 通常把这种, 先听后讲, 和, 边听边讲, 相结合的方法称为
CSMA/CD,其控制策略是竞争发送, 广播式传送, 载体监听, 冲突
检测, 冲突后退和再试发送；
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? IEEE802通信标准
? 令牌总线
? 令牌总线是 IEEE802标准中的工厂媒质访问技术，其编号
为 802.4。 它吸收了 GM公司支持的 MAP（ Manufacturing
Automation Protocol,即制造自动化协议）系统的内容。
? 在令牌总线中，媒体访问控制是通过传递一种称为令牌的
特殊标志来实现的。按照逻辑顺序，令牌从一个装置传递
到另一个装置，传递到最后一个装置后，再传递给第一个
装置，如此同而复始，形成一个逻辑环。
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? IEEE802通信标准
? 令牌总线
? 令牌有“空”、“忙”两个状态，令牌网开始时由指定站产生一个
空令牌沿逻辑环传送。
? 任何一个要发送信息的站都要等到令牌传给自己，判断为“空”令
牌时才发送信息。发送站首先把令牌置成“忙”，并写入要传送的
信息、发送站名和接收站名，然后将载有信息的令牌送入环网传输
。令牌沿环网循环一周后返回发送站时，信息已被接收站拷贝，发
送站将令牌置为“空”，送上环网继续传送，以供其它站使用。如
果在传送过程中令牌丢失，由监控站向网中注入一个新的令牌。
? 令牌传递式总线最适合于需要进行实时通信的工业控制网络。
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
? IEEE802通信标准
? 令牌环
? 令牌环媒质访问方案是 IBM开发的，它在 IEEE802标准中
的编号为 802.5，它有些类似于令牌总线。
? 在令牌环上，最多只能有一个令牌绕环运动，不允许两个
站同时发送数据。令牌环从本质上看是一种集中控制式的
环，环上必须有一个中心控制站负责网的工作状态的检测
和管理。
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7 7.1 PLC通信基础
7.1.4 计算机通信标准
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