了解分布式IO一、分布式IO概述二、常見的分布式I/O模塊一、分布式IO概述DeviceNet允許通過網絡遠程配置設備也稱分布式I/O。分布I/0模塊是工業級遠程采集與控制模塊。該模塊提供了無源節點的數字量輸入采集、繼電器輸岀、高頻計數器等功能，主要用于工業現場采集模擬信號和數字信號，還可以輸出模擬信號和數字信號來控制現場設備。如圖1所示為一種遠程I/O模塊的拓撲結構，它由一個從設備適配器(FR8030)和相應的I/O端子模塊構成，其模塊化的結構可以根據實際輸入/輸岀的信號點位數，來確定選取I/O端子模塊的種類及數量。圖1適配器上的撥碼開關設定通信地址一、分布式IO概述其中，DeviceNet型從設備適配器(后簡稱：適配器)可以實現CAN總線的基本功能，主要包括：收發報文、訪問控制及其他物理層的諸多功能。數字量輸入模塊從執行層設備(傳感器、電動機驅動器等)中采集數字量反饋信號，并以電隔離的形式將這些信號傳輸到上層自動化單元。數字量輸出模塊將來自自動化設備(如機器人)的數字量控制信號以電隔離的形式傳輸到執行層設備。模擬量輸入模塊用于從執行層設備收集0~10V范圍內的模擬量信號并上傳至上位機，模擬量輸出模塊用于向執行層設備輸出0~10V范圍內的模擬量信號。模擬量輸出模塊所有輸出通道具有一個公共的0V電源觸點，各輸出端口均由24V電源供電。各通道信號狀態均可通過模塊上對應通道口的LED顯示。與標準I/O板相同，遠程I/O模塊也掛載在現場總線下，具有唯一的通信地址。模塊地址由從設備適配器上的撥碼開關決定，旋轉開關的缺口處所指示的值即為當前選中的值，圖1中所示的通信地址為31。機器人控制信號通過總線適配器，在DeviceNet總線通信的I/0端子上傳輸，在傳輸至獨立的I/O端子時仍保留完整的DeviceNet協議，相對應的I/0端子適用于任何常用的數字量和模擬量信號類型。二、常見的分布式I/O模塊ABB機器人標準I/O板即屬于分布式I/O模塊的一種，機器人（ABB）本身提供了豐富的I/O通信接口，可以輕松與周邊設備進行通信，省去了需要進行通信設置的麻煩。如下表所示，標準I/O板提供常用信號處理有數字輸入DI、數字輸出DO、模擬輸入AI、模擬輸出AO以及輸送鏈跟蹤等。這些標準I/O板目前只適用于ABB機器人。序號型號說明1DSQC651分布式I/O模塊di8、do8、ao22DSQC652分布式I/O模塊di16、do163DSQC653分布式I/O模塊di8、do8帶繼電器4DSQC355A分布式I/O模塊ai4、ao45DSQC377A輸送鏈跟蹤單元二、常見的分布式I/O模塊圖示DSQC652型的標準I/O板是一種掛載在ABB機器人DeviceNet總線下的分布式I/O模塊。該分布式IO模塊的結構，包括信號輸出指示燈、X1和X2數字輸出端口、X5DeviceNet端口、模塊狀態指示燈、X3和X4數字輸入端口、數字輸入信號指示燈。123456781-信號輸出指示燈2-X1數字輸出端口3-X2數字輸出端口4-X5DeviceNet端口5-X4數字輸入端口6-X3數字輸入端口7-模塊狀態指示燈8-數字輸入信號指示燈圖2二、常見的分布式I/O模塊BECKHOFFIO模塊也是一種分布式IO模塊（如圖所示）。BECKHOFF

IO模塊里設有可連接EhterCAT的邏輯電路，通過系統總線與機器人控制柜的端口連接實現通信。圖3BECKHOFFIO模塊二、常見的分布式I/O模塊BECKHOFFIO模塊中，通常含有數字量模塊和模擬量模塊。數字量模塊包括數字量輸入模塊和數字量輸出模塊。模擬量模塊包括模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊。數字量輸入模塊從執行層設備（如傳感器）中采集二進制控制信號，并以電隔離的形式將這些信號傳輸到上層自動化單元。模塊接收來自自動化設備（如機器人等）的二進制控制信號，并以電隔離的形式將信號傳輸到執行層設備。數字量輸出模塊接收來自自動化設備（如機器人等）的二進制控制信號，并以電隔離的形式將信號傳輸到執行層設備。數字輸出模塊一般具有極性反轉保護功能，可處理負載電流，并可防止輸出過載和短路將這些信號傳送給總線耦合器，并借助發光二極管指示信號狀態。二、常見的分布式I/O模塊常用的數字輸入模塊EL1809，有16個數字輸入通道，可采集16個數字輸入端的信號，如圖所示。圖4數字量輸入模塊——EL1809(a)實物圖

(b)觸點組件圖二、常見的分布式I/O模塊模擬量輸入模塊用于處理一定電壓或電流范圍內的信號。由于總線是數字傳輸協議，因此在模擬量傳輸中需要數字化處理。模擬量被數字化處理后的分辨率為12或16位等（各型號的分辨率有所不同），并在電氣隔離的狀態下被傳送到上一級自動化設備。模擬量輸入端為2線制型，由處理層設備供電，端子模塊的各個電源觸點互相連接。所有輸入端的基準為0V電源觸點。模擬量輸出模塊用于向處理層設備輸出0-10V范圍內的模擬量信號。模塊型號不同輸出的信號類型（電流/電壓）以及范圍都有所不同。二、常見的分布式I/O模塊圖示模擬量輸出模塊有4個模擬量輸出通道，所有輸出通道具有一個公共的0V電源觸點，各輸出端口均由24V電源供電。模擬量各通道信號狀態均可通過模塊上對應的LED顯示。圖5模擬量輸出模塊——EL4004(a)實物圖

(b)觸點組件圖ModbusTCP通信及應用一、Modbus原理二、Modbus數據的傳輸三、通信方式參數設置四、博途軟件編程測試一、Modbus原理1.Modbus總線的概念Modbus是國際上第一個真正用于工業控制的現場總線協議。由于其功能完善、使用簡單、數據易于處理，因而在各種智能設備中被廣泛采用。許多工業設備，包括PLC、智能儀表等都在使用Modbus協議作為它們之間的通信標準。由于施耐德公司的推動，加上相對低廉的實現成本，Modbus現場總線在低壓配電市場上所占的份額大大超過其他現場總線。Modbus尤其適用于小型控制系統或單機控制系統，以實現低成本、高性能的主從式計算機網絡監控。一、Modbus原理2.Modbus數據通信方式Modbus的數據通信采用主/從方式。網絡中只有一個主設備，通信采用查詢/回應的方式進行。主設備初始化系統通信設置，并向從設備發送消息；從設備正確接收消息后響應主設備的查詢或根據主設備的消息作出響應的動作。主設備可以是PC、PLC或其他工業控制設備，可以單獨和從設備通信，也可以通過廣播方式和所有從設備通信。單獨通信時，從設備需要返回消息作為回應，從設備回應消息也由Modbus信息幀構成。以廣播方式查詢時則不作任何回應。主從設備查詢/回應周期如圖1所示。圖1從設備查詢/回應周期一、Modbus原理（1）主站的查詢消息：查詢消息中的功能代碼告知被選中的從站要執行何種功能。數據段包含了從站要執行功能的任何附加信息。例如功能代碼03是要求從站讀保持寄存器并返回它們的內容。數據段必須包含要告知從站的信息，從何種寄存器開始讀及要讀的寄存器的數量。錯誤檢測域為從站提供了一種驗證消息內容是否正確的方法。（2）從站的響應消息：如果從站產生正常的響應，在響應消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的響應。數據段包括了從站收集到的數據，像寄存器值或狀態。如果有錯誤發生，功能代碼將被修改以用于指出響應消息是錯誤的。同時數據段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域允許主站確認消息的內容是否可用。二、Modbus數據的傳輸1.Modbus傳輸模式對于串行連接，在Modbus系統中有兩種傳輸模式可選擇，即RTU（遠程終端單元）模式和ASCII（美國標準信息交換代碼）模式。這兩種模式只是信息編碼不同，RTU模式采用二進制表示數據，而ASCII模式使用的字符是RTU模式的兩倍，即在相同傳輸速率下，RTU模式比ASCII模式傳輸效率要提高一倍；但RTU模式對系統的時間要求較高，而ASCII模式允許兩個字符發送的時間間隔為1s而且不產生錯誤。在一個Modbus通信系統中只能選擇一種模式，不允許兩種模式混合使用，即設置為RTU通信方式的節點不會和設置為ASCII通信方式的節點進行通信，反之亦然。通信系統選用哪種傳輸模式可由主設備來選擇。ModbusRTU是一種較為理想的通信協議，也得到廣泛應用，常見的通信速率為9600bit/s和19200bit/s。二、Modbus數據的傳輸2.ModbusRTU信息幀報文格式為了與從設備進行通信，主設備會發送l段包含設備地址、功能代碼、數據段、錯誤檢查的信息。ModbusRTU模式下的信息、傳輸報文格式如表1所示。使用RTU模式發送消息至少要有3.5個字符的時間停頓間隔作為報文的開始。這種字符時間間隔在網絡波特率多樣的情況下很容易實現。起始位設備地址功能代碼數據CRC校驗結束符T1-T2-T3-T48Bit8Bitn個Bit16BitT1-T2-T3-T4表1RTU信息幀報文格式二、Modbus數據的傳輸（1）設備地址。信息幀的第1個字節是設備地址碼，這個字節表明由用戶設置地址的從站將接收由主站發送來的信息。每個從站都必須有唯－的地址碼，并且只有符合地址碼的從站才能響應回送。當從站回送信息時，相應的地址碼表明該信息來自于何處。設備地址是一個從0～247的數字，發送給地址0的信息可以被所有從站接收。但是數字l～247是特定設備的地址，相應地址的從設備總是會對Modbus信息做出反應，這樣主設備就知道這條信息已經被從設備接收到了。（2）功能代碼。功能代碼是通信傳送的第2個字節，定義了從設備應該執行的命令，如讀取數據、接收數據、報告狀態等（如表2所示），有些功能代碼還擁有子功能代碼。主站請求發送，通過功能代碼告訴從站執行什么動作；作為從站響應，從站發送的功能代碼與從主站得到的代碼一樣，并表明從站已響應主站進行操作。功能代碼范圍是1～255，有些代碼適用于所有控制器，有些代碼只能應于用某種控制器，還有些代碼保留以備后用。二、Modbus數據的傳輸表2功能代碼表功能代碼作用數據類型01讀開關量輸出狀態位02讀開關量輸入狀態位03讀取保持寄存器整型、字符型、狀態字、浮點型04讀輸入寄存器整型、狀態字、浮點型05寫單個線圈位06寫單個寄存器整型、字符型、狀態字、浮點型07讀異常狀態--08回送診斷校驗重復回送信息15寫多個線圈位16寫多個寄存器整型、字符型、狀態字、浮點型XX根據設備不同，最多可以有255個功能代碼

二、Modbus數據的傳輸（3）數據段。對應不同的功能碼，數據段的內容會有所不同。數據段包含需要從站執行的動作或由從站采集的返送信息，這些信息可以是數值、參考地址等。對于不同的從站，地址和數據信息都不相同。例如，功能代碼告訴從站讀取寄存器的值，則數據段必須包含要讀取寄存器的起始地址及讀取長度。（4）CRC校驗碼。循環冗余校驗碼（CRC）是包含兩個字節的錯誤檢測碼，由傳輸設備計算后加入到消息中。接收設備重新計算收到消息的CRC，并與接收到的CRC域中的值進行比較，如果兩值不同，表明有錯誤。在有些系統里，還需對數據進行奇偶校驗，奇偶校驗對每個字符都可用，而幀檢測CRC應用于整個消息。三、通信方式參數設置PLC與溫濕度傳感器之間就是通Modbus通信進行數據傳輸，要完成PLC與溫濕度傳感器之間的通信連接，需要設置以下參數：PLCModbus通信模塊端口硬件標識、工作模式、波特率、主站背景數據塊。溫濕度傳感器硬件地址、硬件參數地址、硬件波特率、讀取后存放數據塊。圖2三、通信方式參數設置添加通信模塊CM1241，雙擊該模塊，打開屬性界面，將協議為“自由口”，操作模式為“半雙工”。圖3三、通信方式參數設置雙擊PLC模塊，點擊系統時鐘存儲器，勾選啟用時鐘存儲字節。圖4四、博途軟件編程調試分別拖動兩個MODBUS通信模塊放入程序段。圖5四、博途軟件編程調試添加常開觸點M0.5、DONE完成信號、ERROR錯誤信號以及CM1241硬件標識。圖6四、博途軟件編程調試將模塊參數波特率設為9600，添加Master背景數據塊，將MODBUS_COMM_LOAD_DB的內部參數MODE設為4，模塊內部會設為半雙工。圖7