力控组态软件与硬件的通信方式及各自特点分析

1力控可以与多种I/O设备进行通信。目前支持的I/O设备包括集散系统DCS、可编程控制器(PLC)、现场总线FCS、USB、智能模块、板卡、智能仪表、变频器等方式的设备。一、力控组态软件与硬件的通信方式力控与I/O设备之间一般通过以下几种方式进行数据交换：串行通信方式(支持Modem远程通信)、板卡方式、网络节点方式、适配器方式、DDE方式、OPC方式、网桥方式支持GPRS的DTU等。对于采用不同协议通信的I/O设备力控提供具有针对性的I/O驱动程序实时数据库借助I/O驱动程序对I/O设备执行数据的采集与回送。实时数据库与I/O驱动程序构成服务器/客户结构模式。一台运行实时数据库的计算机通过若干I/O驱动程序可同时连接任意多台I/O设备。无论对于哪种设备都需要确切知道设备及该点的物理通道的编址方法(必要时咨询制造厂)。1.1串行通信方式串行通信:串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。串口通信时，发送和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的，每一位为1或者为0。一般是通过标准RS-232、RS-422、RS-485等方式通信另外使RS-232互连的计算机串口和设备通信口还可以用Modem、电台、GPRS/CDMA等方式通信。1.1.1串行通信两种类型1、同步通信同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。这里的信息帧与异步通信中的字符帧不同，通常含有若干个数据字符。它们均由同步字符、数据字符和校验字符（CRC）组成。其中同步字符位于帧开头，用于确认数据字符的开始。数据字符在同步字符之后，个数没有限制，由所需传输的数据块长度来决定；校验字符有1到2个，用于接收端对接收到的字符序列进行正确性的校验。同步通信的缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格的同步。2、异步通信异步通信中，在异步通信中有两个比较重要的指标：字符帧格式和波特率。数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端逐帧发送，通过传输线被接收设备逐帧接收。发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。接收端检测到传输线上发送过来的低电平逻辑0（即字符帧起始位）时，确定发送端已开始发送数据，每当接收端收到字符帧中的停止位时，就知道一帧字符已经发送完毕。1.1.2串行通信特点数据在单条一位宽的传输线上，一比特接一比特地按顺序传送的方式称为串行通信。在并行通信中，一个字节（8位）数据是在8条并行传输线上同时由源传到目的地；而在串行通信方式中，数据是在单条1位宽的传输线上一位接一位地顺序传送。这样一个字节的数据要分8次由低位到高位按顺序一位位地传送。由此可见，串行通信的特点如下：1、节省传输线，这是显而易见的。尤其是在远程通信时，此特点尤为重要。这也是串行通信的主要优点。2、数据传送效率低。与并行通信比，这也这是显而易见的。这也是串行通信的主要缺点。例如：传送一个字节，并行通信只需要1T的时间，而串行通信至少需要8T的时间。由2此可见，串行通信适合于远距离传送，可以从几米到数千公里。对于长距离、低速率的通信，串行通信往往是唯一的选择。并行通信适合于短距离、高速率的数据传送，通常传输距离小于30米。特别值得一提的是，现成的公共电话网是通用的长距离通信介质，它虽然是为传输声音信号设计的，但利用调制解调技术，可使现成的公共电话网系统为串行数据通信提供方便、实用的通信线路。1.1.31、通信协议普遍协议最被人们熟悉的串行通信技术标准是EIA－232、EIA-422和EIA－485，也就是以前所称的RS-232、RS-422和RS-485。由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在工业通信领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。EIA－232、EIA-422和EIA－485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，EIA-232在1962年发布，后来陆续有不少改进版本，其中最常用的是EIA-232-C版。目前EIA-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。EIA-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。EIA-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通信。标准规定，EIA－232的传送距离要求可达50英尺（约15米），最高速率为20kbps。由于EIA-232存在传输距离有限等不足，于是EIA-422诞生了。EIA-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（约1219米），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。当然，EIA－422也有缺陷:因为其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，所以在100kbps速率以内，传输距离才可能达到最大值，也就是说，只有在很短的距离下才能获得最高传输速率。一般在100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mbps。另外有一点必须指出，在EIA-422通信中，只有一个主设备（Master），其余为从设备（Slave），从设备之间不能进行通信，所以EIA-422支持的是点对多点的双向通信。为扩展应用范围，EIA于1983年在EIA-422基础上制定了EIA-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于EIA-485是从EIA-422基础上发展而来的，所以EIA-485许多电气规定与EIA-422相仿，如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻、最大传输距离约为1219米、最大传输速率为10Mbps等。但是，EIA-485可以采用二线与四线方式，采用二线制时可实现真正的多点双向通信，而采用四线连接时，与EIA-422一样只能实现点对多点通信，但它比EIA-422有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可接多达32个设备。2、USBUSB是英文UniversalSerialBus的缩写，翻译成中文的含义是“通用串行总线”。从技术上看，USB是一种串行总线系统，它的最大特性是支持即插即用和热插拔功能。在Windows2000的操作系统中，任何一款标准的USB设备可以在任何时间、任何状态下与计算机连接，并且能够马上开始工作。USB诞生于1994年，是由康柏、IBM、Intel和Microsoft共同推出的，旨在统一外设接口，如打印机、外置Modem、扫描仪、鼠标等的接口，以便于用户进行便捷的安装和使用，逐步取代以往的串口、并口和PS/2接口。发展至今，USB共有四种种标准：1996年发布的USB1.0，1998年发布的USB1.1以及刚刚发布的最新标准USB2.0，2008年USB3.0PromoterGroup宣布新一代USB3.0标准已经正式完成并公开发布。此四种标准最大的差别就在于数据传输速率方面，当然，在其他方面也有不同程度的改进。就目前的USB3.0而言，最大传输带宽高达5.0Gbps，也就是640MB/s，同时能够兼容USB2.0。3目前在IT领域，USB接口可谓春风得意。人们在市场上可以看到，每一款计算机主板都带有不少于2个USB接口，USB打印机、USB调制解调器、USB鼠标、USB音箱、USB存储器等产品越来越多，USB接口已经占据了串行通信技术的垄断地位。但是，在工业领域，使用USB接口的产品则甚为少见。在工业领域，人们更要求产品的可靠性和稳定性，目前，EIA标准下的串行通信技术完全可以满足人们对工业设备传输的各种性能要求，而且，这些产品价格非常低廉。相比之下，USB价格较高，并且其即插即用的功能在工业通信中没有优势。因为工业设备一般连接好以后很少进行重复插拔，USB特性的优越性不能很好地被体现出来，也就得不到工业界的普遍认可。因此，在工业领域，EIA标准依然占据统治地位。3、IEEE1394IEEE1394是一种与平台无关的串行通信协议，标准速度分为100Mbps、200Mbps和400Mbps，是IEEE（电气与电子工程师协会）于1995年正式制定的总线标准。目前，1394商业联盟正在负责对它进行改进，争取未来将速度提升至800Mbps、1Gbps和1.6Gbps这三个档次。相比于EIA接口和USB接口，IEEE1394的速度要高得多，所以，IEEE1394也称为高速串行总线。IEEE1394提供了一种高速的即插即用总线。接入这条总线，各种外设便不再需要单独供电，它也支持等时的数据传输，是将计算机和消费类电器连接起来的重要桥梁。例如，用户可以在计算机上接驳一部数字VCR，把它当作一个普通的外设使用，既可用来播放电影，亦可以录制在计算机上编辑视频流。除此以外，带有IEEE1394接口的DV（数字视频）摄影机和数字卫星接收器目前均已上市。由于速度非常快，所以它是消费类影音（A/V）电器、存储、打印、高分辨率扫描和其他便携设备的理想选择。从技术上看，IEEE1394具有很多优点，首先，它是一种纯数字接口，在设备之间进行信息传输的过程中，数字信号不用转换成模拟信号，从而不会带来信号损失；其次，速度很快，1Gbps的数据传输速度可以非常好地传输高品质的多媒体数据，而且设备易于扩展，在一条总线中，100Mbps、200Mbps和400Mbps的设备可以共存；另外，产品支持热插拔，易于使用，用户可以在开机状态下自由增减IEEE1394接口的设备，整个总线的通信不会受到干扰。1.2板卡方式通信接口卡方式是利用I/O设备制造厂家提供的安装在计算机插槽中的专用接口卡与设备进行通信。I/O卡一般直接插在计算机的扩展总线上如ISA、PCI等然后利用开发商提供的驱动程序或直接经端口操作和软件进行通信一般采用的是同步通信方式。I/O设备与计算机间的通信完全由这块专用接口卡管理并负责两者之间的数据交换。现场总线网络主要借助于这种方式如MB+、LON、PROFIBUS等。1.3工业以太网大多采用TCP/IP或者UDP/IP1.3.1TCP/IP协议TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的简写，中译名为传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。通俗而言：TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。41、TCPTCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通讯完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接的所以只能用于端到端的通讯。TCP提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口实际表示接收能力，用以限制发送方的发送速度。如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。TCP将它的信息送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层，设备驱动程序和物理介质，最后到接收方。面向连接的服务（例如Telnet、FTP、rlogin、XWindows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。2、IPIP层