一、可編程控制器控制網絡的“周期 I/O 方式”通信

可編程控制器的遠程 I/O 鏈路就是一種可編程控制器控制網絡，在遠程 I/O 鏈路中采用“周期 I/O 方式”交換數據。遠程 I/O 鏈路按主從方式工作，可編程控制器帶的遠程 I/O 主單元在遠程 I/O 鏈路中擔任主站，其它遠程 I/O 單元皆為從站。在主站中設立一個“遠程 I/O 緩沖區”，采用信箱結構，劃分為 n 個分信箱與每個從站一一對應，每個分信箱再分為兩格，一格管發送，一格管接收。主站中負責通信的處理器采用周期掃描方式，按順序與各從站交換數據，把與其對應的分箱中發送分格的數據送從站，從從站中讀取數據放入與其對應的分信箱的接收分格中。這樣周而復始，使主站中的“遠程 I/O 緩沖區”得到周期性的刷新。

在主站中可編程控制器的 CPU 單元負責用戶程序的掃描，它按照循環掃描方式進行處理，每個周期都有一段時間集中進行 I/O 處理，這時它對本地 I/O 單元及遠程 I/O 緩沖區進行讀寫操作�？删幊炭刂破鞯� CPU 單元對用戶程序的周期性循環掃描，與可編程控制器負責通信的處理器對各遠程 I/O 單元的周期性掃描是異步進行的。

盡管可編程控制器的 CPU 單元沒有直接對遠程 I/O 單元進行操作，但是由于遠程 I/O 緩沖區獲得周期性刷新，可編程控制器的 CPU 單元對遠程 I/O 緩沖區的讀寫操作，就相當于直接訪問了遠程 I/O 單元。

主站中負責通信的處理器采用周期掃描方式與各從站交換數據，使主站中“遠程 I/O 緩沖區”得到周期性刷新，這樣一種通信方式既涉及到周期又涉及到 I/O ，因而被稱為“周期 I/O 方式”。這種通信方式要占用可編程控制器的 I/O 區，因此只適用于少量數據的通信。從表面看來遠程 I/O 鏈路的通信就好像是可編程控制器直接對遠程 I/O 單元進行讀寫操作，因此簡單、方便。

二、可編程控制器控制網絡的“全局 I/O 方式”通信

“全局 I/O 方式”是一種串行共享存儲區通信方式，它主要用于帶有鏈接區的可編程控制器之間的通信。

全局 I/O 方式的通信原理如圖所示。在可編程控制器網絡的每臺可編程控制器的 I/O 區中劃出一個塊來作為鏈接區，每個鏈接區都采用圖中所表示的郵箱結構。相同編號的發送區與接收區大小相同，占用相同的地址段，一個為發送區，其它皆為接收區。采用廣播方式通信�？删幊炭刂破靼� 1 ＃發送區的數據在可編程控制器網絡上廣播，可編程控制器 2 、可編程控制器 3 收聽到后把它接收下來存入各自的 1 ＃接收區中�？删幊炭刂破� 2 把 2 ＃發送區數據在可編程控制器網上廣播，可編程控制器 1 、可編程控制器 3 把它接收下來存入各自的 2 ＃接收區中�？删幊炭刂破� 3 把 3 ＃發送區數據在可編程控制器網上廣播，可編程控制器 1 、可編程控制器 2 把它接收下來存入各自的 3 ＃接收區中。顯然通過上述廣播通信過程，可編程控制器 1 、可編程控制器 2 、可編程控制器 3 的各鏈接區中數據是相同的，這個過程稱為等值化過程。通過等值化的通信使得可編程控制器網絡中的每臺可編程控制器的鏈接區中的數據保持一致。它既包含著自己送出去的數據，也包含著其它可編程控制器送來的數據。由于每臺可編程控制器的鏈接區大小一樣，占用的地址段相同，每臺可編程控制器只要訪問自己的鏈接區，就等于訪問其它可編程控制器的鏈接區，也就相當于與其它可編程控制器交換了數據。這樣鏈接區就變成了名符其實的共享存儲區，共享區成為各可編程控制器交換數據的中介。

當然這里的共享存儲區與并行總線的共享存儲區在結構上有些差別，它把物理上分布在各站的鏈接區，通過等值化通信使其好像重疊在一起，在邏輯上變成一個存儲區，大小與一個鏈接區一樣。這種共享存儲區稱為串行共享存儲區。

鏈接區可以采用異步方式刷新（等值化），也可以采用同步方式刷新。異步方式刷新與可編程控制器中用戶程序無關，由各可編程控制器所帶的通信處理器按順序進行廣播通信，周而復始，使其所有鏈接區保持等值化。同步方式刷新是由用戶程序中對鏈接區的發送指令啟動一次刷新。這種方式只有當鏈接區的發送區數據變化時才刷新（等值化），這樣事半功倍。

全局 I/O 方式中的鏈接區是從可編程控制器的 I/O 區劃分出來的，經過等值化通信變成所有可編程控制器共享（全局共享），因此稱為“全局 I/O 方式”。這種方式下可編程控制器直接用讀寫指令對鏈接區進行讀寫操作，簡單、方便、快速，但應注意在一臺可編程控制器中對某地址的寫操作在其它可編程控制器中對同一地址只能進行讀操作。與周期 I/O 方式一樣，全局 I/O 方式也要占用可編程控制器的 I/O 區，因而只適用于少量數據的通信。

三、主從總線 1:N 通信方式（可編程控制器通信網絡）

主從總線通信方式又稱為 1:N 通信方式，這是在可編程控制器通信網絡上采用的一種通信方式。在總線結構的可編程控制器子網上有 N 個站，其中只有一個主站，其它皆是從站，也就是因為這個原因主從總線通信方式又稱為 1:N 通信方式。

主從總線通信方式采用集中式存取控制技術分配總線使用權，通常采用輪詢表法。所謂輪詢表法是一張從機號排列順序表，該表配置在主站中，主站按照輪詢表的排列順序對從站進行詢問，看它是否要使用總線，從而達到分配總線使用權的目的。

為了保證實時性，要求輪詢表包含每個從站號不能少于一次，這樣在周期輪詢時，每個從站在一個周期中至少有一次機會取得總線使用權，從而保證了每個站的基本實時性。對于實時性要求比較高的站，可以在輪詢表中讓其從機號多出現幾次，這樣就用靜態的方式，賦予該站較高的通信優先權。在有些主從總線中把輪詢表法與中斷法結合使用，讓緊急任務可以打斷正常的周期輪詢而插入，獲得優先服務，這就是用動態方式賦予某項緊急任務以較高優先權。

存取控制只解決了誰使用總線的問題，獲得總線的從站還有如何使用總線的問題，即采用什么樣的數據傳送方式。主從總線通信方式中有兩種基本的數據傳送方式。一種是只允許主從通信，不允許從從通信，從站與從站要交換數據，必須經主站中轉。另一種是既允許主從通信也允許從從通信，從站獲得總線使用權后先安排主從通信，再安排自己與其它從站（即從從）之間的通信。

四、令牌總線 N : N 通信方式（可編程控制器通信網絡）

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令牌總線通信方式又稱為 N : N 通信方式。在總線結構上的可編程控制器子網上有 N 個站，它們地位平等沒有主站與從站之分，也可以說 N 個站都可以是主站，所以稱之為 N ： N 通信方式。

N : N 通信方式采用令牌總線存 取 控制技術。在物理總線上組成一個邏輯環，讓一個令牌在邏輯環中按一定方向依次流動，獲得令牌的站就取得了總線使用權。令牌總線存取控制方式限定每個站的令牌持有時間，保證在令牌循環一周時每個站都有機會獲得總線使用權，并提供優先級服務，因此令牌總線存取控制方式具有較好的實時性。

取得令牌的站采用什么樣的數據傳送方式對實時性影響非常明顯。如果采用無應答數據傳送方式，取得令牌的站可以立即向目的站發送數據，發送結束，通信過程也就完成了。如果采用有應答數據傳送方式，取得令牌的站向目的站發送完數據后并不算通信完成，必須等目的站獲得令牌并把應答幀發給發送站后，整個通信過程才結束。這樣一來響應時間明顯增長，而使實時性下降。

有些令牌總線型可編程控制器網絡的數據傳送方式固定為一種，有些則可由用戶選擇。

五、浮動主站 N: M 通信方式（可編程控制器通信網絡）

浮動主站通信方式又稱 N : M 通信方式，它適用于總線結構的可編程控制器網絡。設在總線上有 M 個站，其中 N 個為主站，其余為從站（ N<M ） , 故稱之為 N : M 通信方式。

N : M 通信方式采用令牌總線與主從總線相結合的存取控制技術。首先把 N 個主站組成邏輯環，通過令牌在邏輯環中依次流動，在 N 個主站之間分配總線使用權，這就是浮動主站的含義。獲得總線使用權的主站再按照主從方式來確定在自己的令牌持有時間內與哪些站通信。一般在主站中配置有一張輪詢表，可按照輪詢表上排列的其它主站號及從站號進行輪詢循。獲得令牌的主站對于用戶隨機提出的通信任務可按優先級安排在輪詢之前或之后進行。

獲得總線使用權的主站可以采用多種數據傳送方式與目的站的通信，其中以無應答無連接方式速度最快。

六、令牌環通信方式（可編程控制器通信網絡）

有少量的可編程控制器網絡采用環形拓撲結構，其存取控制采用令牌法，具有較好的實時性。如圖所示，其表示了令牌環工作過程及其幀結構。在圖中，令牌在物理環中按箭頭指向，一站接一站地傳送，獲得令牌的站才有權發送數據。設 B 站要向 D 站發送數據。當令牌傳送到 B 站時， B 站把令牌變為暫定證，然后把等待發送數據按圖中表示的格式加在暫停證后面從 B 站發送出去，最后再加上令牌一起發往 C 站。此幀信息經 C 站中轉后到達 D 站， D 站把自己的本站地址與幀格式中目的地址相比較，發現兩者相同，表明此幀信息是發給 D 站的，然后對此幀信息做差錯校驗，并把校驗結果以肯定應答或否定應答填在 ACK 段中。同時把此幀信息復制下來，再把帶有應答的幀繼續向下傳送，經 A 站中轉到達 B 。 B 站用自己的本站地址與幀中源地址相比較，發現兩者相同，表明此幀是自己發出的，再檢查 ACK 。若為否定應答，要組織重發；若為肯定應答，則把此幀從環上吸收掉，只剩下令牌在環中繼續流動。

在圖中的幀格式的最后為一令牌，因而當某站獲得此令牌后也同樣可發送數據，把此令牌變為暫停證，后面帶上發送的幀，最后再加上令牌，這時的幀格式就變成兩個暫停證、兩幀，再加令牌，其傳送過程與一幀相似，這里不再重復。從上述傳送過程可見，令牌環通信方式采用的是有應答數據傳送方式。

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七、 CSMA/CD (carrier-sense multiple access with collision detection) 通信方式

這是一種隨機通信方式，適用于總線結構的可編程控制器網絡，總線上各站地位平等，沒有主從之分。采用 CSMA/CD 存取控制方式，此控制方式用通俗的語言描述為“先聽后講，邊講邊聽”。所謂先聽后講是指要求使用總線的各站，在發送數據之前必須先監聽，看看總線是否空閑，確認總線空閑后再向總線發送數據�！跋嚷牶笾v”并不能完全避免沖突，如果仍發生了沖突，則不能等到差錯校驗時再發現，這樣對通信資源浪費太嚴重，而要采用“邊講邊聽”。發送數據的站，一邊發送，一邊監聽，若發現沖突，立即停止發送，并發出阻塞音，通知網上其它站發生了沖突，然后沖突雙方采用取隨機數代入指數函數的退避算法來決定重新上網時間，解決沖突。

CSMA/CD 存取控制方式不能保證在一定時間周期內，可編程控制器網上每個站都可獲得總線使用權，也不能用靜態方式賦予某些站以較高優先權，不能用動態方式賦予某些緊急通信任務以較高優先權，因此這是一種不能保證實時性的存取控制方式。但是它采用隨機方式，方法本身簡單，而且見縫插針，只要總線空閑就搶著上網，通信資源利用率高，因而在可編程控制器網絡中 CSMA/CD 通信法適合用于上層生產管理子網。

CSMA/CD 通信方式的數據傳送方式可以選用有連接、無連接、有應答、無應答及廣播通信中的每一種，這可按對通信速度及可靠性的要求取舍。

八、多種通信方式的集成

在新近推出的一些現場總線中，常常把多種通信方式集成配置在某一級子網上。從通信方法上看，都是一些原來常用的，但如何自動地從一種通信方式切換到另一種，如何按優先級調度，則成為多種通信方式集成的關鍵。