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3.数据通信的主要技术指标

（1）信号传输速率：

信号传输速率是指通信系统单元时间内传递的信息量。

可由下式计算：

式中，T为传输代码的最小单元，n为信道的有效状态，Sb代表信号传输速率。

二进制信号的传输速率用比特每秒（b/s）作单位，常称比特率。

如比特率为1200b/s，就意味着每秒可传输1200个二进制脉冲。

（2）误码率：

误码率是指码元在数据传输系统中传错的比率。

可用下式计算：

式中，Ne为被传错的码元数，N为传输的码元总数。

在通信系统中，误码率是衡量数字通信系统可靠性的指标，要求Pe为10-5～10-9。

4.差错检测与校正技术

数据在传递过程中由于各种原因造成信号失真，即接收端和发送端信号不一致，由"

变"

，这就是差错。

而数据通信系统要能发现这种差错，并采取措施纠正，将差错控制在能允许的尽可能小的范围内，这就是所谓的差错检测与校正技术。

数据通信中，差错控制最常用的方法是差错控制编码，所采用的方式基本上有两类：

自动请求重发ARQ（AutomaticRequestforRepeat）和前向纠错FEC（ForwardErrorCorrection）。

其中，ARQ使用检错码和双向通道；

FEC则使用纠错码，不必重发，实时性高。

6.1.2工业局域网概述

1.网络拓扑1.网络拓扑

图6.1.4网络拓扑结构图

（a）星形拓扑；

（b）总线拓扑；

（c）树形拓扑；

（d）环形拓扑

（1）星形拓扑：

每个节点都通过点-点连接到中央节点，任意两站之间通信都要通过中央节点进行，所有通信均由中央节点控制，属于集中式通信控制。

其缺点是对中央节点依赖性过强。

星形拓扑主要适用于低数据率设备。

（2）总线拓扑：

在总线拓扑中，传输介质是一条总线，所有节点都连接到总线上。

利用中继器可延长总线的长度。

一个站发送数据，所有其他站都能接收，因此所有节点共享一条传输链路。

PC网络较多采用总线结构形式。

（3）树形拓扑：

树形拓扑是总线拓扑的扩展形式。

它适应性强，非常适合于分主次、分等级的层次型管理系统。

（4）环形拓扑：

环形拓扑指网络中的中继器进行点-点链路连接，构成一个封闭的环路，该链路是单向的，数据沿一个方向（顺时针或逆时针）在网上环行。

其特点是：

网络设备只是简单的中继器，工作站提供复杂拆包和存取控制功能。

与其他网络拓扑相比，环形拓扑能提供更大的吞吐量，可适用于工业环境。

2.传输介质

传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是实际传送信息的载体。

网络中普遍使用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光导纤维电缆、微波、红外线、激光、卫星通信等。

双绞线由按螺旋结构规则排列的两根或四根绝缘线组成。

各个线对按螺旋结构排列的目的是使各线对之间的电磁干扰最小，低频传输时其抗干扰能力相当于同轴电缆。

其优点是成本低，安装简单。

RS-232C、RS-422A和RS-485口多采用双绞线连接。

同轴电缆由内导体、外屏蔽层、绝缘层及外部保护层组成。

根据同轴电缆通频带可分为基带（50Ω）和宽带（75Ω）两种同轴电缆。

其中基带同轴电缆常用于Ethernet（以太网）中。

同轴电缆的抗干扰能力较强，维护方便，价格介于双绞线和光缆之间。

光导纤维电缆是以直径为50～100μm的柔软、能传导光波的光纤作为介质所构成的光纤电缆，简称光缆。

各种玻璃和塑料可用来制造光纤。

光纤传输分为单模和多模两类。

单模光纤的光信号仅与光纤轴成单个可分辨角度，而多模光纤的光信号与光纤轴成多个可分辨角度。

单模光纤性能优于多模光纤。

光纤传输最普遍的连接方式为点-点方式。

光纤信号衰减极小，不受外界电磁干扰与噪声的影响，能在长距离、高速率传输中保持低的误码率（低于10-10）。

但目前光纤的价格较高。

由于光纤具有低损耗、宽频带、高数据传输率、低误码率、安全保密性好等优点，因此它是一种最有前途的传输介质。

在OMRON网络系统中，RemoteI/O、Ethernet等采用光缆，其主要类型包括全塑光纤电缆APF（AllPlasticFiberCable）、塑料护套光纤电缆PCF（PlasticCladOpticalFiberCable）和硬塑料护套光纤电缆H-PCF（HardPlasticCladOpticalFiberCable）三种。

3.介质访问控制方法

如前所述，不同网络拓扑上的设备必须共享传输线路。

通信系统中对介质的访问可以是随机的（即各工作站可在任意时刻访问任意介质），也可以是受控的（即按照某特定的算法调整访问的时间和顺序）。

在随机访问方式中，常用的争用总线技术是载波监听多路访问/冲突检测；

在控制访问方式中常用令牌总线、令牌环，或称之为标记总线、标记环等。

载波监听多路访问/冲突检测（CarrierSenseMultipleAccessCollisionDetect）简称CSMA/CD，是以太网采用的介质访问控制方法。

令牌总线（TokenBus）方式和CSMA/CD方式一样，采用的是总线网络拓扑，但不同的是各工作站在网上按一定顺序形成一个逻辑环。

环中各站均有一个指定的逻辑位置（与物理位置无关），具有令牌的站点在一段规定时间内被授予对介质的访问控制权。

从物理上看，这属于一种总线结构的局域网，但从逻辑上看，又属于一种环形结构的局域网。

组成逻辑环的站点被赋予一个顺序的逻辑位置，只有取得令牌的站点才能发送帧，该令牌在逻辑环上依次传递。

有些PC网络中采用这种访问方式。

令牌环（TokenRing）是环形拓扑局域网采用的一种访问控制方式。

在环形结构中，某一瞬间只有一个站点允许发送报文，令牌在网络环路上按一定顺序不断地传送，只有拥有令牌的站点才有权向环路上发送报文，而其他站点仅允许接收报文。

站点发送后便将令牌发给下一个站点。

该方式比较适合在实时系统中使用。

OMRON的SYSMACNET就采用这种方式。

6.1.3ISO-OSI参考模型

图6.1.5OSI参考模型

1.物理层（第一层）

物理层并不是物理媒体本身，它提供为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的特性。

简单地说，就是提供有关同步和比特流在物理媒体上的传输手段。

典型的协议有EIA-RS-232等。

2.数据链路层（第二层）

数据链路层用于建立、维护和拆除链路连接，对互连的相邻通路进行差错控制、数据成帧、同步和流量调节等控制，实现无差错传输的功能。

典型的协议有高级数据链路控制协议（HDLC）。

3.网络层（第三层）

网络层控制分组传送系统的操作、路由选择、拥挤控制等任务，实现两个系统之间的连接，同时向传输层报告未恢复的差错。

在广播网络中，因网络的路由选择很简单，所以网络层可能不存在。

4.传输层（第四层）

传输层是真正的报源到报宿层，即末端到末端层（end-to-end）。

它完成开放系统之间的数据传送控制，在开放系统之间提供可靠的透明的数据传送，恢复经过下三层（常称第1～3层为低层功能）后仍存在的传输差错，提供复用、分段和组合、分流等流量控制措施，提高吞吐量和服务质量。

5.会话层（第五层）

会话层的主要功能是同步和令牌管理，它按照两个应用进程之间的约定和正确的收、发顺序，提供交互会话的管理功能，如对一路交互、两路交替等数据流方向的控制。

6.表示层（第六层）

表示层主要把应用层提供的信息变换为能够共同理解的形式，也就是起解释和翻译功能，并且提供字符代码、数据加密和语法转换、控制信息格式等功能。

7.应用层（第七层）

应用层是OSI参考模型的最高层，它包括各种需要的协议，提供对OSI各种用户的服务，进行文件传输等，目前广泛使用的电子邮件、远程作业录入、远程数据库访问、报文处理系统及专用工具软件等都是应用层实现的功能。

6.1.4IEEE802协议

图6.1.6IEEE802局域网标准一览

（1）IEEE802.1：

LAN标准--概观和体系结构。

（2）IEEE802.2：

逻辑链路控制（LLC,包括简单无连接、连接方式、带确定无连接等服务）。

（3）IEEE802.3：

带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）方法和物理层规范。

（4）IEEE802.4：

逻辑标记总线访问方法和物理层规范。

1997年附加了802.4h协议，它是对单通道总线物理层实体BNC连接器和曼彻斯特编码信号方法的选择使用做出的规范。

（5）IEEE802.5：

标记环访问方法和物理层规范。

（6）IEEE802.6：

城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）访问方法和物理层规范。

1995年附加了MAN的DQDB子网上面向连接的服务协议。

（7）IEEE802.9：

在MAC和物理层上综合语音和数据IVD（IntegratedVoiceandData）局域网技术。

（8）IEEE802.10：

可互操作的局域网安全标准SILS（StandardforInteroperableLANSecurity）。

还附加了安全体系结构框架的802.10a协议和密钥管理的802.10c协议。

（9）IEEE802.11：

无线局域网的MAC协议和物理层规范。

还附加了5GHz波段高速物理层的802.11a协议和对2.4GHz高速物理层扩充的802.11b协议。

（10）IEEE802.12：

需求优先（DemandPriority）协议。

1998年公布100Mb/s需求优先访问方法、物理层和中继器规范，还附加了全双工（full-duplex）操作规范。

（11）IEEE802.14：

利用CATV进行宽带通信的标准。

（12）IEEE802.15：

无线私人网WPAN（WirelessPersonalAreaNetwork）。

（13）IEEE802.16：

宽带无线访问标准（BroadbandWirelessAccessStandards），由两部分组成。

（14）ISO9314：

光纤分布式数据接口。

6.1.5TCP/IP协议簇

图6.1.7Internet协议和OSI参考模型

TCP/IP协议的四层结构如下：

（1）网络接口层，也称链路层，主要功能是接收和发送IP数据报。

（2）IP层也称网络层，能将传输层数据包装为IP数据报，由路由算法处理网上的分组，将数据报传送至目的站点。

（3）传输层提供两台计算机间端到端的数据传送，具有两个不同的传输协议，即TCP和UDP。

其中，TCP能提供可靠的数据流，而UDP只为应用层提供十分简单的服务，并不保证提供可靠的数据传输。

（4）应用层处理特定的应用，主要用于远程登录的Telnet、文件传送协议（FTP），简单邮件传送协议（STMP）和简单网络管理协议（SNMP）等。

6.2OMRONPC网络系统概述

图6.2.1PC网络系统的分层结构简图

图6.2.2OMRONPC网络系统总览

表6.2.1OMRONPC网络系统性能规格

6.3HOSTLINK网络

6.3.1概述

上位链接系统（HostLinkSYSTEM）是把一台微型计算机做为上位机，通过HostLink单元及串行总线链接多台PC构成的监督控制系统，属于一种主从式总线型工业局域网。

在OMRONPC网络中上位链接系统也被称为SYSMACWAY系统，是既优化又经济的FA通信网络系统，因此应用也非常广泛。

上位机可对PC传送程序，并监控PC的数据区，以及向HOSTLink系统的PC发送命令，控制其工作情况，实现系统的集散控制。

表6.3.1上位链接系统通信单元的主要型号

1．光缆连接的HostLink系统

图6.3.1Hostlink系统串行结构形式

2．RS-232C电缆连接的HostLink系统

使用RS-232C连接可实现1∶1的通信，即一台上位机与一台PC进行通信，也称点对点通信，最大通信距离不超过15m，因此不宜构成较大的上位链接系统。

它有两种连接方式：

利用PC自带的RS-232C通信口和在外设口安装适配器形成RS-232C通信口。

3．RS-422电缆连接的HostLink系统

图6.3.2RS-422多点链接系统

4．多级HOSTLink系统

图6.3.3多级HostLink系统的结构形式

6.3.2上位链接单元参数的设置

图6.3.4C200H-LK202上位链接单元的面板图

表6.3.2SW4设置的数据格式

6.3.3上位机链接通信协议（HostLink协议）

上位机链接通信使用的是OMRON的HostLink协议，在一次交换中传输的命令或应答的数据被称为一帧，一帧最多可包含131个数据字符。

上位机链接命令可参考相应PC的编程手册，其基本格式如下：

ASCII码

@40H01000000

XOR

030H00110000

030H00110000“异或”运算

R52H01010010

D44H01000100

131H00110001

计算结果01010111

作ASCII字符处理57

图6.3.5上位机与上位链接单元的通信协议

表6.3.3上位机与PC间进行通信的命令

表6.3.4几种常用的结束码

6.3.4协议宏通信

使用协议宏通信时，系统通信方式设定为方式6，则应在通信板A口置DM6555的位12～15为6，在通信板B口置DM6550的位12～15为6。

当通信板A口的DM6555的位00～03置为0，通信板B口的DM6550的位00～03置为0时，使用标准设置；

当上述各位置为1时，则使用用户端口设置。

用户设置定义同RS-232C口，通信板A口的用户设置在DM6556中定义，B口在DM6551中定义。

注意通信板两侧的通信两参数必须保持一致，才能实现通信，具体见DM区设定。

图6.3.6通信协议宏的执行过程

图6.3.7CX-Protocol用户菜单界面

通信协议宏具有以下特点：

（1）支持几乎所有带有RS-232C或RS-422A/485端口外围设备的通信协议，按照期望的通信协议标准生成发送和接收帧。

（2）每个协议最多允许定义1000个通信序列，每个序列最多允许定义16步。

可定义监视时间、响应的应答方式及链接通道。

（3）由PCI/O区发送/接收的帧对于读/写过程具有变量集成化的功能。

（4）在发生错误时可设定发送/接收的重复次数，依靠接收数据决定下一步是否关断。

在接收数据时可执行PC的中断程序。

（5）支持7种用于与OMRON外围设备通信的协议，可随时调用。

通过软件可监视串口交换的数据。

（6）发送和接收的数据信息中自带了许多种校验方式（如LRC、CRC、CRC-16、SUM）,可由用户设定，在发送的时候自动添加。

通信协议支持软件的每个通信序列最多由16步组成，其中通信序列的设置如表6.3.5所示。

表6.3.5通信序列的设置

6.4Ethernet网络系统

6.4.1以太网组成及特点

图6.4.1PCEthernet的基本结构

图6.4.2Ethernet2.0通信协议

以太网通信系统，该网络系统的主要特点是：

（1）以太网单元使PC支持宽范围的以太网协议，包括UDP/IP和TCP/IP国际通用Internet协议，可与不同的以太网单元、工作站和个人计算机之间方便地通信，最多可对8个Socket端口用不同协议进行通信服务。

（2）支持PC与上位机之间的文件传输FTP功能，不需编程就可传输大量的数据，工作站或节点用FTP客户机就可读写PC中的文件。

（3）通过UDP/IP支持OMRON公司自己的标准通信协议FINS，其他OMRONPC利用SEND、RECV和CMND指令传输数据，利用FINS网关功能可进行网络互联，如信息系统以太网之间、以太网与控制系统ControllerLink网络、SYSMACNET等异型网络之间可互联交换信息。

ControllerLink网的PC可监控以太网上的PC。

（4）支持SMTP信息通信，可将PC上的用户信息、单元出错信息和状态信息以E-mail形式发送至邮件服务器。

（5）在RAS方面具有自诊断功能，用PING命令可测试远程节点、查询错误历史数据的记录等。

CS/CJ以太网单元属于CPU总线单元，安装在CPU板或扩展板上，安装单元数不超过4个。

表6.4.1以太网系统的主要通信技术指标

6.4.2以太网系统初始化设置

1.确定IP地址

IP地址也称为Internet地址，它是以太网进行通信的基础。

利用IP地址可以识别以太网号和网络上的节点号。

IP地址的统一格式由惟一的一个32位二进制数组成。

由于二进制使用起来不方便，习惯采用"

点分十进制"

方式来表示，即每8位为1段，共分4段，并用十进制表示，段间用小数点隔开。

如二进制10000010000100100010001100001000表示为130.18.35.8。

当网络中的节点较多或网络分段较多时，则引入子网掩码的概念，把网络划分为多个子网，将IP地址的一部分作为子网号。

在IP地址中对应网络号或子网号的位设为"

，其余对应于IP地址中的主机号的位设为"

。

例如Internet网中的C类地址的默认子网掩码为255.255.255.0，它表示IP地址的前24位为子网号，后8位为主机号。

除了用于划分子网，子网掩码还可用于判断IP地址是否属于同一网络。

2.以太网单元号和节点号的设置

图6.4.3CS系列以太网单元正面和背面板图

（a）CS1W-ETN01正面板;

（b）CS1W-ETN11正面板;

（c）CS1W-ETN01/11背面板

3.设置本地IP地址

CS系列ETN单元的本地IP地址可由ETN单元背面板的8个十六进制旋转开关设定。

其中SW1和SW2、SW3和SW4、SW5和SW6、SW7和SW8分别复合为一位本地IP地址：

SW1SW2.SW3SW4.SW5SW6.SW7SW8

起始IP地址不能设置为127（7FH），主机号区不能设为全0或全1，子网号区不能设为全1，这一点与互联网中的IP地址稍有不同。

4.创建I/O表

图6.4.4PC在线I/O表自动生成的过程

5.创建路由表

当网络上节点利用OMRON公司的FINS通信时，必须创建路由表。

对于网上所有中继节点来说，这也是不可缺少的一个过程。

路由表主要描述了FINS通信的信息传输路径，它包括本地网络表和中继网络表。

（1）本地网络表是描述在每一个节点（PC或FA计算机）上的通信单元或通信板的单元号与所属的网络地址的对应关系的一种表格。

它由单元号和本地网络地址两部分组成，其中单元号由ETN单元的前面板旋转开关设定，本地网络地址是通信单元所连接的网络地址，范围为0～127。

本地网络表格式参见下面的例题。

（2）中继网络表是指把数据传到与本地节点不相连的网络中而数据又必须是第一个传送到的节点路径表格，包含了目的网络地址、网络地址和到达第一个中继点的节点号之间的相互关系。

它包括终点网络（EndNetwork），中继网络（RelayNetwork）和中继节点（RelayNode）等内容。

中继网络表的一般格式参见下面的例题。

注意：

使用FINS服务，或多点通信的PC使用CMND指令时必须生成路由表。

【例1】列出下图中所有节点的路由表。

图6.4.5例题图

6.系统启动参数设置

表6.4.2系统参数设置

7．内存工作区分配

①CPU总线单元数据区：

每个CIO单元被分配25个字，如表6.4.3示。

表6.4.3CIO区的单元分配

图6.4.6CIO区的每个单元数据内容

②DM区：

每个DM区的单元被分配100个字，如表6.4.4所示。

表6.4.4DM区的单元分配

图6.4.7DM区数据内容

6.4.3FINS通信

图6.4.8FINS在以太网上的通信

FINS通信服务提供了在OMRON工厂自动化网络上各节点传输数据和改变PC工作模式等功能。

其主要特点是：

（1）在用户程序中执行指令，主要应用于OMRONCPU总线单元和FA支持板等。

（2）读取单元数据，改变运行模式无需通信和网络方面的知识。

（3）只要单元或通信板支持FINS命令，则PC自动响应，在接收端无需编程。

（4）在PC之间和PC与主机之间可利用SEND/RECV、CMND通信。

1.地址转换

（1）地址自动转换生成法：

是将FINS节点号作为IP地址的主机号来转换。

远程节点的IP地址可利用下面的方法计算出来：

远程IP地址=（本地IP地址AND子网掩码）OR远程FINS节点号

【例2】本地IP地址：

130.25.0.

子网掩码：

255.255.0.0

远程FINS节点号：

5

130.25.0.8本地IP地址

AND255.255.0.0子网掩码

130.25.0.0