上位机和下位机

本文详细解释了上位机与下位机的概念及其在控制系统中的作用。上位机负责发出控制命令并显示状态信息,而下位机则直接控制设备。文中还介绍了两者之间的通信方式,包括传统串行通讯及更先进的PROFIBUS-DP通讯,并提到了通过编程工具实现通讯的方法。

【上位机】

上位机是指可以直接发出操控命令的计算机,

一般是PC/host computer/master computer/upper computer,

屏幕上显示各种信号变化(液压,水位,温度等)。

【下位机】

下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机,

一般是PLC/单片机single chip microcomputer/slave computer/lower computer之类的。

【两机通信原理】

两机如何通讯,一般取决于下位机,下位机一般具有更可靠的独有通讯协议;

使用一些新的API(Application Programming Interface,应用程序编程接口)是一些预先定义的函数,目的是提供应用程序与开发人员基于某软件或硬件的以访问一组例程的能力;

多语言支持功能模块,一般同时支持数种高级语言为上位机编程。

通常上位机和下位机通讯可以采用不同的通讯协议,有RS232的串口通讯或者RS485串行通讯。

当用计算机和PLC通讯的时候,不但可以采用传统的D形式的串行通讯,还可以采用更适合工业控制的双线的PROFIBUS-DP通讯。采用封装好的程序开发工具就可以实现PLC和上位机的通讯,当然可以自己编写驱动类的接口协议控制上位机和下位机的通讯。



上位机下位通信中,地址配置是确保通信双方能够正确识别传输数据的重要环节。不同通信协议方式的地址设置方法各有不同,以下是一些常见的配置方法。 ### 串口通信(如RS232、RS485) - **设备地址**:在RS485通信中,通常会为每个下位分配一个唯一的设备地址,上位机通过该地址来选择与哪个设备通信。例如,Modbus协议中设备地址范围为1~247,上位机发送的请求数据包中包含目标设备的地址,只有该地址的设备会响应请求。 - **端口配置**:在上位机端,需要配置串口参数,包括波特率、数据位、停止位校验位,确保与下位一致。此外,还需要通过代码获取可用的串口名称并选择正确的串口进行连接[^2]。 ### 网络通信(如TCP/IP) - **IP地址端口号**:在网络通信中,上位机下位需要配置IP地址端口号。上位机作为客户端或服务器端,需要知道下位的IP地址监听端口号,才能建立连接。例如,在TCP通信中,上位机可以使用`Socket`类连接下位,代码如下: ```python import socket s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) s.connect(("192.168.1.100", 8080)) # 连接下位的IP地址端口号 ``` - **子网掩码网关**:网络通信还需要配置子网掩码网关,确保设备处于同一局域网内,能够互相访问。 ### USB通信 - **设备识别**:USB通信通常依赖于设备驱动程序,上位机通过设备的唯一标识符(如VIDPID)来识别下位。例如,在Windows系统中,可以通过`SetupAPI`库查找并连接设备。 - **端点地址**:USB通信中,数据传输通过端点进行,每个端点有其唯一的地址。上位机需要根据下位的端点配置发送接收数据。 ### 无线通信(如Wi-Fi、蓝牙) - **SSID密码**:在Wi-Fi通信中,下位需要连接到指定的Wi-Fi网络,上位机下位通过相同的SSID密码确保处于同一网络环境。 - **蓝牙配对**:蓝牙通信需要设备之间进行配对,上位机下位通过配对码完成连接,并绑定对方的蓝牙地址。 ### 通信协议中的地址配置 - **Modbus协议**:Modbus协议中,设备地址通常通过拨码开关或软件配置设置。例如,下位的地址可以通过拨码开关设置为1~247,上位机在发送请求时指定该地址,以确保正确的设备响应请求。 - **CAN总线**:CAN总线通信中,每个节点都有一个唯一的标识符(ID),上位机下位通过ID进行数据传输。ID的配置通常通过硬件跳线或软件设置完成。 ### 地址冲突与调试 - **地址冲突检测**:在通信中,如果多个设备使用相同的地址,可能会导致通信失败。可以通过调试工具或日志记录检测地址冲突问题。 - **动态地址分配**:某些通信协议支持动态地址分配,例如DHCP协议可以自动为设备分配IP地址,避免手动配置的麻烦。 ### 场景应用 - **工业自动化**:在工业自动化系统中,PLC(可编程逻辑控制器)通常作为下位,与上位机通过Modbus协议或以太网进行通信,地址配置需要根据设备手册进行设置。 - **物联网设备**:物联网设备通常使用Wi-Fi或蓝牙进行通信,地址配置涉及网络连接设备配对过程。
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