深入了(le)解PLC幾種常見的(de)連接口和(hé)通(tōng)訊協議(yì)

《1》RS232接口與RS485接口的(de)區(qū)别

一、接口的(de)物(wù)理(lǐ)結構

　　1、RS232接口：
　　計算(suàn)機通(tōng)訊接口之一，通(tōng)常RS-232接口以9個(gè)引腳(DB-9)或是25個(gè)引腳(DB-25)的(de)型态出現，一般個(gè)人(rén)計算(suàn)機上會有兩組RS-232接口，分(fēn)别稱爲COM1和(hé)COM2。

　　2、RS485
　　RS485無具體的(de)物(wù)理(lǐ)形狀，根據工程的(de)實際情況而采用(yòng)的(de)接口。

二、接口的(de)電子特性

　　1、RS232：傳輸電平信号接口的(de)信号電平值較高(gāo)(信号“1”爲“-3V至-15V”,信号“0”爲“3至15V”)，易損壞接口電路的(de)芯片，又因爲與TTL電平(0~“<0.8v”,1~“>2.0V”)不兼容故需使用(yòng)電平轉換電路方能與TTL電路連接。另外抗幹擾能力差。

　　2、RS485：傳輸差分(fēn)信号邏輯“1”以兩線間的(de)電壓差爲+（2—6） V表示；邏輯“0”以兩線間的(de)電壓差爲-（2—6）V表示。接口信号電平比RS-232降低了(le)，就不易損壞接口電路的(de)芯片，且該電平與TTL電平兼容，可(kě)方便與TTL電路連接。

三、通(tōng)訊距離長(cháng)短

　　1、RS232：RS232傳輸距離有限，最大(dà)傳輸距離标準值爲15米，且隻能點對(duì)點通(tōng)訊，最大(dà)傳輸速率最大(dà)爲20kB/s。

　　2、RS485：RS485最大(dà)無線傳輸距離爲1200米。最大(dà)傳輸速率爲10Mbps，在100Kb/S的(de)傳輸速率下(xià)，才可(kě)以達到最大(dà)的(de)通(tōng)信距離。

　　采用(yòng)阻抗匹配、低衰減的(de)專用(yòng)電纜可(kě)以達到1800米！超過1200米，可(kě)加中繼器（最多(duō)8隻），這(zhè)樣傳輸距離接近10Km。

四、能否支持多(duō)點通(tōng)訊

　　RS232：RS232接口在總線上隻允許連接1個(gè)收發器，不能支持多(duō)站收發能力，所以隻能點對(duì)點通(tōng)信，不支持多(duō)點通(tōng)訊。

　　RS485：RS485接口在總線上是允許連接多(duō)達128個(gè)收發器。即具有多(duō)站通(tōng)訊能力，這(zhè)樣用(yòng)戶可(kě)以利用(yòng)單一的(de)RS485接口方便地建立起設備網絡。

五、通(tōng)訊線的(de)差别

　　RS232：可(kě)以采用(yòng)三芯雙絞線、三芯屏蔽線等。

　　RS485：可(kě)以采用(yòng)兩芯雙絞線、兩芯屏蔽線等。在低速、短距離、無幹擾的(de)場(chǎng)合可(kě)以采用(yòng)普通(tōng)的(de)雙絞線，反之，在高(gāo)速、長(cháng)線傳輸時(shí)，則必須采用(yòng)阻抗匹配（一般爲120Ω）的(de)RS485專用(yòng)電纜（STP-120Ω（用(yòng)于RS485 & CAN）一對(duì)18AWG），而在幹擾惡劣的(de)環境下(xià)還(hái)應采用(yòng)铠裝型雙絞屏蔽電纜（ASTP-120Ω（用(yòng)于RS485 & CAN）一對(duì)18AWG）。

補充：即然RS232傳輸距離隻有15米這(zhè)麽短，那麽有什(shén)麽作用(yòng)呢(ne)？

　　其實它的(de)應用(yòng)非常廣泛，可(kě)以連接各種設備，例如監控、其它的(de)設備升級或調試等都可(kě)能需要用(yòng)到它。功能與USB比較接近，随著(zhe)USB端口的(de)越來(lái)越普遍，将會出現更多(duō)的(de)把USB轉換成RS-232或其它接口的(de)轉換裝置。

　　通(tōng)過USB接口可(kě)連接更多(duō)的(de)RS-232設備，不僅可(kě)獲得(de)更高(gāo)的(de)傳輸速度，實現真正的(de)即插即用(yòng)，同時(shí)解決了(le)USB接口不能遠(yuǎn)距離傳輸的(de)缺點(USB通(tōng)訊距離在5米内）。

《2》幾種常見的(de)通(tōng)訊協議(yì)

　　在開始這(zhè)個(gè)問題之前，我們應該了(le)解一個(gè)之前我一直混淆的(de)問題。

　　RS485和(hé)MODBUS的(de)區(qū)别：
　　RS485是一個(gè)物(wù)理(lǐ)接口，簡單的(de)說是硬件。

　　MODBUS是一種國際标準的(de)通(tōng)訊協議(yì)，用(yòng)于不同廠商之間的(de)設備交換數據（一般是工業用(yòng)途）；所謂協議(yì)，也(yě)可(kě)以理(lǐ)解爲上面有人(rén)說的(de)“語言”吧，簡單的(de)說是軟件。

　　 一般情況下(xià)，兩台設備通(tōng)過MODBUS協議(yì)傳輸數據：最早是用(yòng)RS232作爲硬件接口，（也(yě)就是普通(tōng)電腦(nǎo)上的(de)串行通(tōng)訊口（串口））；也(yě)有用(yòng)RS422的(de)，也(yě)有常用(yòng)的(de)RS485，這(zhè)種接口傳輸距離遠(yuǎn)，在一般工業現場(chǎng)用(yòng)的(de)比較多(duō)。

　　MODBUS協議(yì)又分(fēn)MODBUS RTU，MODBUS ASCII和(hé)後來(lái)發展的(de)MODBUS TCP三種模式。

　　其中前兩種（MODBUS RTU，MODBUS ASCII）所用(yòng)的(de)物(wù)理(lǐ)硬件接口都是串行（Serial）通(tōng)訊（RS232，RS422，RS485）。而MODBUS TCP則是爲了(le)順應當今世界發展潮流，什(shén)麽都可(kě)以用(yòng)Ethernet網或Internet來(lái)連接，傳送數據。所以又産生MODBUS TCP模式，該模式的(de)硬件接口就是以太網（Ethernet）口了(le)，也(yě)就是我們電腦(nǎo)上一般用(yòng)的(de)網絡口了(le)。

　　然後我們可(kě)以通(tōng)過一張圖片了(le)解 S7-200 PLC支持的(de)幾種通(tōng)訊協議(yì)。

一、PPI通(tōng)訊

　　是西門子公司專爲s7-200系列plc開發的(de)通(tōng)訊協議(yì)。内置于s7-200CPU中。PPI協議(yì)物(wù)理(lǐ)上基于RS-485口，通(tōng)過屏蔽雙絞線就可(kě)以實現PPI通(tōng)訊。PPI協議(yì)是一種主-從協議(yì)。主站設備發送要求到從站設備，從站設備響應，從站不能主動發出信息。主站靠PPI協議(yì)管理(lǐ)的(de)共享連接來(lái)與從站通(tōng)訊。PPI協議(yì)并不限制與任意一個(gè)從站的(de)通(tōng)訊的(de)主站的(de)數量，但在一個(gè)網絡中，主站不能超過32個(gè)。PPI協議(yì)最基本的(de)用(yòng)途是讓西門子Step7-Micro/Win編程軟件上傳和(hé)下(xià)載程序和(hé)西門子人(rén)機界面與PC通(tōng)信。

二、MPI通(tōng)訊

　　MPI (multipoint interface)是SIMATIC s7多(duō)點通(tōng)信的(de)接口，是一種适用(yòng)于少數站點間通(tōng)信的(de)網絡，多(duō)用(yòng)于連接上位機和(hé)少量plc之間近距離通(tōng)信。通(tōng)過Profibus電纜和(hé)接頭，将控制器s7-300或s7-400的(de)CPU自帶的(de)MPI編程口及s7-200CPU 自帶的(de)PPI通(tōng)信口相互連接，以及與上位機網卡的(de)編程口（MPI/DP 口）通(tōng)過Profibus或MPI電纜連接即可(kě)實現。 網絡中當然也(yě)可(kě)以不包括PC機而隻包括plc。

　　MPI的(de)通(tōng)信速率爲19.2k～12mbit/s ，但直接連接s7-200CPU通(tōng)信口的(de)MPI網，其最高(gāo)速率通(tōng)常爲187.5kbit/s （受s7-200CPU最高(gāo)通(tōng)信速率的(de)限制）。在MPI網絡上最多(duō)可(kě)以有32個(gè)站，一個(gè)網段的(de)最長(cháng)通(tōng)信距離爲50米（通(tōng)信波特率爲187.5kbit/s時(shí)），更長(cháng)的(de)通(tōng)信距離可(kě)以通(tōng)過rs-485中繼器擴展。MPI允許主－主通(tōng)信和(hé)主－從通(tōng)信，每個(gè)s7-200CPU通(tōng)信口的(de)連接數爲4個(gè)。

　　MPI協議(yì)不能與一個(gè)作爲PPI主站的(de)s7-200CPU通(tōng)信，即s7-300或s7-400與s7-200通(tōng)信時(shí)必須保證這(zhè)個(gè)s7-200 CPU不能再作PPI主站，Micro/Win也(yě)不能通(tōng)過MPI協議(yì)訪問作爲PPI主站的(de)s7-200CPU。s7-200CPU隻能做(zuò)MPI從站，即s7-200CPU之間不能通(tōng)過MPI網絡互相通(tōng)信，隻能通(tōng)過PPI方式互相通(tōng)信。

三、Modbus 通(tōng)訊

Modbus是由Modicon（現爲施耐德電氣公司的(de)一個(gè)品牌）在1979年發明(míng)的(de)，是全球第一個(gè)真正用(yòng)于工業現場(chǎng)的(de)總線協議(yì)。爲更好地普及和(hé)推動Modbus在基于以太網上的(de)分(fēn)布式應用(yòng)，目前施耐德公司已将Modbus協議(yì)的(de)所有權移交給IDA（Interface for Distributed Automation，分(fēn)布式自動化(huà)接口）組織，并成立了(le)Modbus-IDA組織，爲Modbus今後的(de)發展奠定了(le)基礎。在我國，Modbus已經成爲國家标準GB/T19582-2008。據不完全統計：截止到2007年，Modbus的(de)節點安裝數量已經超過了(le)1000萬個(gè)。

　　Modbus 協議(yì)是應用(yòng)于電子控制器上的(de)一種通(tōng)用(yòng)語言。通(tōng)過此協議(yì)，控制器相互之間、控制器經由網絡（例如以太網）和(hé)其它設備之間可(kě)以通(tōng)信。它已經成爲一通(tōng)用(yòng)工業标準。有了(le)它,不同廠商生産的(de)控制設備可(kě)以連成工業網絡,進行集中監控。此協議(yì)定義了(le)一個(gè)控制器能認識使用(yòng)的(de)消息結構，而不管它們是經過何種網絡進行通(tōng)信的(de)。它描述了(le)一控制器請求訪問其它設備的(de)過程,如何回應來(lái)自其它設備的(de)請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了(le)消息域格局和(hé)内容的(de)公共格式。Modbus是一種單主站的(de)主/從通(tōng)信模式。一條Modbus網絡上同時(shí)隻能有一台主站，從站可(kě)以有若幹個(gè)。

　　Modbus具有以下(xià)幾個(gè)特點:
　　1、标準、開放，用(yòng)戶可(kě)以免費、放心地使用(yòng)Modbus協議(yì)，不需要交納許可(kě)證費，也(yě)不會侵犯知識産權。目前，支持Modbus的(de)廠家超過400家，支持Modbus的(de)産品超過600種。

　　2、Modbus可(kě)以支持多(duō)種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還(hái)可(kě)以在各種介質上傳送，如雙絞線、光(guāng)纖、無線等。

　　3、Modbus的(de)幀格式簡單、緊湊，通(tōng)俗易懂(dǒng)。用(yòng)戶使用(yòng)容易，廠商開發簡單。

　　注：S7-200隻支持Modbus RTU協議(yì)，不支持Modbus ASCII協議(yì)；

四、ProfiBus 通(tōng)訊

　　作爲衆多(duō)現場(chǎng)總線家族的(de)成員(yuán)之一ProfiBus是在歐洲 工業界得(de)到最廣泛應用(yòng)的(de)一個(gè)現場(chǎng)總線标準，也(yě)是目前國際上通(tōng)用(yòng)的(de)現場(chǎng)總線标準之一。ProfiBus是屬 于單元級、現場(chǎng)級的(de)SIMITAC網絡，适用(yòng)于傳輸中、小量的(de)數據。其開放性可(kě)以允許衆多(duō)的(de)廠商開發各自的(de)符合ProfiBus協議(yì)的(de)産品，這(zhè)些産品可(kě)以連接在同一個(gè) ProfiBus網絡上。

　　ProfiBus是一 種電氣網絡， 物(wù)理(lǐ)傳輸介質可(kě)以是屏蔽雙絞線、光(guāng)纖、無線傳輸。于1989年正式成爲現場(chǎng)總線的(de)國際标準。PROFIBUS是一種國際化(huà)、開放式、不依賴于設備生産商的(de)現場(chǎng)總線标準，傳送速度可(kě)在9.6kbaud~12Mbaud範圍内選擇且當總線系統啓動時(shí)，所有連接到總線上的(de)裝置應該被設成相同的(de)速度。PROFIBUS廣泛适用(yòng)于制造業自動化(huà)、流程工業自動化(huà)和(hé)樓宇、交通(tōng)電力等其他(tā)領域自動化(huà)。PROFIBUS也(yě)是一種用(yòng)于工廠自動化(huà)車間級監控和(hé)現場(chǎng)設備層數據通(tōng)信與控制的(de)現場(chǎng)總線技術。可(kě)實現現場(chǎng)設備層到車間級監控的(de)分(fēn)散式數字控制和(hé)現場(chǎng)通(tōng)信網絡，從而爲實現工廠綜合自動化(huà)和(hé)現場(chǎng)設備智能化(huà)提供了(le)可(kě)行的(de)解決方案。

五、USS通(tōng)訊

　　USS (Universal Serial Interface, 即通(tōng)用(yòng)串行通(tōng)信接口) 是西門子專爲驅動裝置開發的(de)通(tōng)信協議(yì)，多(duō)年來(lái)也(yě)經曆了(le)一個(gè)不斷發展、完善的(de)過程。最初 USS 用(yòng)于對(duì)驅動裝置進行參數化(huà)操作，即更多(duō)地面向參數設置。在驅動裝置和(hé)操作面闆、調試軟件（如DriveES/STARTER）的(de)連接中得(de)到廣泛的(de)應用(yòng)。

　　近來(lái) USS 因其協議(yì)簡單、硬件要求較低，也(yě)越來(lái)越多(duō)地用(yòng)于和(hé)控制器（如 PLC）的(de)通(tōng)信，實現一般水(shuǐ)平的(de)通(tōng)信控制。（注意：USS 提供了(le)一種低成本的(de)，比較簡易的(de)通(tōng)信控制途徑，由于其本身的(de)設計，USS 不能用(yòng)在對(duì)通(tōng)信速率和(hé)數據傳輸量有較高(gāo)要求的(de)場(chǎng)合。在這(zhè)些對(duì)通(tōng)信要求高(gāo)的(de)場(chǎng)合，應當選擇實時(shí)性更好的(de)通(tōng)信方式，如 PROFIBUS-DP 等。在進行系統設計時(shí)，必須考慮到 USS 的(de)這(zhè)一局限性。

　　例如，如果在一些速度同步要求比較高(gāo)的(de)應用(yòng)場(chǎng)合（如造紙生産線），對(duì)十幾甚至數十台變頻(pín)器采用(yòng) USS 通(tōng)信控制，其效果可(kě)想而知。

　　所有的(de)西門子變頻(pín)器都帶有一個(gè)RS485通(tōng)訊口，PLC作爲主站，最多(duō)允許31個(gè)變頻(pín)器作爲通(tōng)訊連路中的(de)從站，根據各變頻(pín)器的(de)地址或者采用(yòng)廣播方式，可(kě)以訪問需要通(tōng)訊的(de)變頻(pín)器，隻有主站才能發出通(tōng)訊請求報文，報文中的(de)地址字符指定要傳輸數據的(de)從站，從站隻有在接到主站的(de)請求報文後才可(kě)以向從站發送數據，從站之間不能直接進行數據交換。在使用(yòng)USS協議(yì)之前，需要先安裝西門子的(de)指令庫。USS協議(yì)指令在STEP7—MICRO/WIN32指令樹的(de)庫文件夾中，STEP7—MICRO/WIN32指令庫提供14個(gè)子程序、3個(gè)中斷程序和(hé)8條指令來(lái)支持USS協議(yì)。調用(yòng)一條指令時(shí)，将會自動地增加一個(gè)或幾個(gè)子程序。

USS 協議(yì)的(de)基本特點如下(xià)：

　　支持多(duō)點通(tōng)信（因而可(kě)以應用(yòng)在 RS 485 等網絡上）
　　●采用(yòng)單主站的(de)“主－從”訪問機制
　　●一個(gè)網絡上最多(duō)可(kě)以有 32 個(gè)節點（最多(duō) 31 個(gè)從站）
　　●簡單可(kě)靠的(de)報文格式，使數據傳輸靈活高(gāo)效
　　●容易實現，成本較低

　　USS 的(de)工作機制是，通(tōng)信總是由主站發起，USS 主站不斷循環輪詢各個(gè)從站，從站根據收到的(de)指令，決定是否、以及如何響應。從站永遠(yuǎn)不會主動發送數據。從站在以下(xià)條件滿足時(shí)應答(dá)：
　　1、接收到的(de)主站報文沒有錯誤；
　　2、并且本從站在接收到主站報文中被尋址。