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《工业控制网络安全技术与实践》一2.5.4 PLC的通信技术

简介: 本文讲的是工业控制网络安全技术与实践一2.5.4 PLC的通信技术,本节书摘来华章计算机《工业控制网络安全技术与实践》一书中的第2章,第2.5.4节,姚 羽 祝烈煌 武传坤 编著 译更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

2.5.4 PLC的通信技术

1.概述
本文讲的是工业控制网络安全技术与实践一2.5.4 PLC的通信技术,PLC(Power Line Communication)技术也称为“电力线通信技术”,它是通过电力线为媒介,用来传输数据、语音、图像等信号的一种通信方式。早在20世纪20年代就已经出现了电力线通信的记载,PLC技术在发展的各个阶段被应用在高压输电网、中压输电网和低压输电网等领域;传输速率已由1 Mbit/s发展到2 Mbit/s、24 Mbit/s等,甚至高达
200 Mbit/s和500 Mbit/s,有的甚至更高,是被业界看好的宽带接入技术之一。

  1. PLC通信技术工作原理
    信号发送时,利用GMSK(高斯滤波最小频移键控)以及OFDM(正交频分多路复用)调制技术将待传输信号的频率加载到电流上,通过电力线将该电流传输至用户。在接收端,用户需要安装一个特制的调制解调器(也称为无线电力猫),调制解调器的一端与常规电源相连,另一端与计算机的网卡接通,计算机即可上网。

无线电力猫是电力调制解调模块与无线接入点AP的融合,使用终端就是家庭用户,与电源插座相连接,即插即用。当无线电力猫终端接通电源后,系统能够自动搜寻局端电力网桥,注册属于自己的MAC地址,与此同时,局端电力网桥会给每一个无线电力猫终端分配唯一的TEI。PLC中局端电力网桥与每一个无线电力猫终端之间是主从关系,均采用点对多的拓扑结构。

  1. PLC通信技术的应用
    目前,国内外对于电力线上网技术可以分为两种模式:一是用户内联网技术模式,通过室内安装的电力线,实现整个家庭的互联互通;二是户外接入技术模式,利用配电柜与用户的有效连接方式,达到信息高速输送给用户的目的。

电力线上网技术与日常生活接触最早的工作方式是自动完成远程水表、电表、煤气表数据的读取工作,节省了大量的人力物力,同时也方便了用户。预计今后电力线上网技术还可以实现有电源插座的任何地方,不用拨号就可以享受高速的网络服务,保证了数字化生活的舒适和便利,同时还可以实现家庭智能监控系统,利用PLC技术将家中的电气设备连接起来[18]。

4.通信规程

PLC串行通信采用半双工异步传送,支持CCM通信协议,并具有以下功能:①上位通信功能;②主局功能;③一对一功能;④无协议串行通信功能。这些功能可以实现PLC的寄存器和内部继电器的读入和写出、传送状态的跟踪等。由于CCM协议采用主从通信方式,所以通信过程中由主局保持主动权,向子局发出呼叫,并通过向子局发送命令帧来控制数据传送的方向、格式和内容;子局对得到的主局呼叫做出响应,并根据命令帧要求进行数据传输。
数据传输过程以主局向子局写入数据为例,如图2-11所示,通信从主局向子局提出呼叫开始,子局做出应答以建立连接,主局接到应答后,向子局发送首标,子局将依据首标各项要求与主局进行数据传输,在子局做出响应后,开始传送数据,数据以128字节(ASCII方式)为单位进行分组传送,最后主局发送EOF信号结束本次通信。其中,首标作为命令帧,规定了数据传送方向、数据操作起始地址及数据传送量等。
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在进行数据通信时,通信应答时间决定了系统读写速度,而作为主局的计算机通信时间因上位计算机类型、PC扫描时间、PLC数据通信接口模块应答延迟时间设定值、波特率、数据传送量的不同而不同。其中,PC扫描时间与应答延迟时间对通信时间的影响为当PC扫描时间比应答延迟时间短时,前者对通信时间没有影响;反之,当PC扫描时间比应答延迟时间长时,在计算总通信时间时,采用PC扫描时间,计算公式如下:
总通信时间=A+B+C+D
其中,A为呼叫发送/应答时间,B为首标发送/应答时间,C为数据发送/应答时间,D为通信结束应答时间。
以数据发送时间为例:
数据发送时间=数据传送字符数×通信时间/字符+PC扫描时间
数据通信中,数据传送量因采用的传送方式不同而不同。传送方式支持ASCII码和二进制两种。其中ASCII码是用8位表示数字、字母等,因此采用它来进行数据通信时,一字节二进制数要由两字节ASCII码来表示,实际传输量就是采用二进制数据通信的两倍。而在某些要求较强的可靠性和实时性的系统中,为提高通信速率和更好地实现实时监控,应选用二进制传输方式,波特率选用9600 bit/s,并采用奇校验,通信时间/字符为1 ms/字符[19]。

原文标题:工业控制网络安全技术与实践一2.5.4 PLC的通信技术

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