SIEMENSS7PLC通讯

SIEMENSS7PLC通信主讲：王兵E_Mail:[e-mail]近年来，工厂自动化网络得到了迅速的发展，相当多的企业已经在大量地使用可编程设备，如PLC、工业控制计算机、变频器、机器人、柔性制造系统等。将不同厂家生产的这些设备连在一个网络上，相互之间进行数据通信，由企业集中管理，已经是很多企业必须考虑的问题。通信：当任意两台设备之间有信息交换时，它们之间就产生了通信。PLC通信：是指PLC与PLC、PLC与计算机、PLC与现场设备或远程I/O之间的信息交换。PLC通信的任务：就是将地理位置不同的PLC、计算机、各种现场设备等，通过通信介质连接起来，按照规定的通信协议，以某种特定的通信方式高效率地完成数据的传送、交换和处理。通信方式•并行通信与串行通信并行通信是以字（16位）或字节（8位）为单位的数据传输方式。串行通信是以二进制的位（Bit即1位）为单位的数据传输方式。在控制中一般采用串行通信方式。•单工与双工通信单工通信：只能沿单一方向传送数据。双工通信：可以沿两个方向传送数据。双工方式又可以分为全双工和半双工方式。•传输速率（波特率）300~38400Bit/S串行通信接口•RS-232CRS-232C采用负逻辑，用-5～-15V表示逻辑“1”，用+5～+15V表示逻辑“0”。广泛地用于计算机与终端或外设之间的近距离通信。RS-232C采用共地传送方式，容易引起共模干扰。•RS-422全双工操作，两对平衡差分信号线分别用于发送和接收。最大传输速率10MBit/S。最大距离1200M。一台驱动器可以连接10台接收器。广泛地用于计算机与终端或外设之间的远距离通信。•RS-485RS-485是RS-422的变形。RS-485的逻辑“1”以两线间的电压差为+（2~6）V表示，逻辑“0”以两线间的电压差为-（2~6）V表示。半双工四线操作，一对平衡差分信号线不能同时发送和接收。使用RS-485接口和双绞线可以组成串行通信网络，构成分布式系统。系统中可以有32个站。新的接口器件已允许连接多达128个站。基带传输与频带传输基带传输：按照数字信号原有的波形（以脉冲形式）在信道上直接传输，它要求信道具有较宽的通频带。基带传输时，通常对数字信号进行一定的编码再进行传输。基带传输与频带传输频带传输：是一种采用调制解调技术的传输形式。发送端采用调制手段，对数字信号进行某种变换，将代表数据的二进制“1”和“0”，变换成具有一定频带范围的模拟信号，以适应在模拟信道上传输；接收端通过解调手段进行相反变换，把模拟的调制信号复原为“1”或“0”。常用的调制方法有频率调制、振幅调制和相位调制。具有调制、解调功能的装置称为调制解调器，即Modem。PLC通信中，基带传输和频带传输两种传输形式都有采用，但多采用基带传输。通信介质：是在通信系统中位于发送端与接收端之间的物理通路。通信介质一般可分为：导向性介质、非导向性介质导向性介质：这种介质将引导信号的传播方向，如：双绞线、同轴电缆和光纤等；非导向性介质：一般通过空气传播信号，它不为信号引导传播方向，如短波、微波和红外线通信等。开放系统互连模型国际化标准组织ISO提出的开放系统互连模型OSI。作为通信网络国际标准化的参考模型。它详细描述了软件功能的7个层次。一类为面向用户的第5~7层，另一类为面向网络的第1~4层。应用层应用层作为OSI的最高层，定义用户及应用程序接口与协议对网络访问的切入点，为用户的应用服务提供信息交换，为应用接口提供操作标准。表示层表示层提供多种编码用于应用层的数据转化服务例如数据的加密/解密，信息的压缩/解压和数据兼容。把应用层提供的信息变成能够共同理解的形式。会话层负责建立、管理和终止表示层的实体间通信会话，处理不同设备应用程序间的服务请求和响应。注意：不是所有的通信协议都需要OSI参考模型中的全部7层。例如有的现场总线通信协议只采用了7层协议中的第1，第2和第7层。传送层建立会话连接。分配服务访问点（SAP-ServiceAccessPoint，服务器访问点）。允许数据进行可靠（TCP-TransmissionControlProtocol，传输控制协议）或不可靠（UDP-UserDatagramProtocol，用户数据报协议）的传输。网络层网络层的功能是报文包的分段̖̖报文包的阻塞处理和通信子网络的选择。定义设备间通过逻辑地址（IP-InternalProtocol,因特网协议）传输数据，连接位于不同广播域的设备，常用来组织路由。数据链路层确定传输站点物理地址以及将消息传送到协议栈，提供顺序控制和数据流控制。物理层为用户提供建立̖保持和断开物理连接的功能。定义了传输介质、连接器和发生器的类型。规定了物理连接的电气、机械功能特性如电压、传输速率、传输距离等特性。（如RS-232C̖RS-422̖RS-485）。星形拓扑：每个节点都通过点-点连接到中央节点，任意两站之间通信都要通过中央节点进行，所有通信均由中央节点控制，属于集中式通信控制。其缺点是对中央节点依赖性过强。星形拓扑主要适用于低数据率设备。几种网络结构总线拓扑：在总线拓扑中，传输介质是一条总线，所有节点都连接到总线上。利用中继器可延长总线的长度。一个站发送数据，所有其他站都能接收，因此所有节点共享一条传输链路。PLC网络较多采用总线结构形式。树形拓扑：树形拓扑是总线拓扑的扩展形式。它适应性强，非常适合于分主次、分等级的层次型管理系统。环形拓扑：环形拓扑指网络中的中继器进行点-点链路连接，构成一个封闭的环路，该链路是单向的，数据沿一个方向(顺时针或逆时针)在网上环行。其特点是：网络设备只是简单的中继器，工作站提供复杂拆包和存取控制功能。与其他网络拓扑相比，环形拓扑能提供更大的吞吐量，可适用于工业环境。通信连接通信连接是通信双方为了执行通信服务而进行的逻辑资源的分配。通信连接直接与通信服务相连，例如通信的地址、SAP(ServiceAccessPoint)等。连接可以是直接建立也可以是在运行是建立。连接的类型1：需要组态的连接2：不需要组态的连接需要组态的连接：在通信之前使用配置软件如：STEP7中的Netpro,ProTool等进行组态的的连接。在CPU或CP启动的时候建立连接并永久保持，称为静态连接。优点：在操作中不可能中断连接，保证通信的快速性。缺点：在没有连接资源时不可以在和其他的设备通信。建立的通信连接不需要组态的连接：通过用户触发建立的通信连接，通信的地址在通信块中指定。称为动态连接。优点：在考虑同时使用最大连接数量以外，可以分批次建立更多的连接。缺点：在连接更多设备时，需要考虑通信的性能。通信方地址通信连接连接的类型通信服务需要组态的连接GDcommunicationS7communicationISOcommunicationISOonTCPcommunicationTCP/IPcommunicationFDLcommunicationITcommunication:FTP,SMTP,HTTPPROFInetOPcommunicationPROFIBUSDPUDPcommunication不需要组态的连接PGcommunicationS7basiccommunicationComm.Conf.StandardsSIMATIC通信服务ProfibusEthernetFMSDPMAP3.0OpenCommunic.MPIS7基本通信全局数据S7扩展通信SIMATICS7通信ISO传输TCP/ISO-on-TCPFDLPG和HMI功能UDP服务通信服务以特定的性能指标来表示其通信能力，如：数据交换、控制设备、监控设备和加载程序。全局数据GD（网络中的全局数据）用于少量的数据交换（在S7-400中附加事件驱动）。S7通信在SIMATICS7连接中，这些通信工具都面向S7PLC、PG/PC和OP/TD通信进行了最优化。•PG功能；无需组态连接便可连接一个PG。•HMI功能；无需组态连接便可连接一个OP。•基本的通信由包含在CPU的操作系统中的SFC执行。（SFC通信的运行无需组态连接）。•借助于SFB，可由已组态的连接实现扩展的通信。（S7-400可作为客户机/服务器；S7-300只作为服务器）。FDL（SDA）用于在SIMATICS7和S5之间安全地传输中等数量的数据。对应于Profibus第2层的FieldbusDataLink（FDL）。ISO-传输、TCP,ISO-on-TCP、UDP用于工业以太网上从SIMATICS7向PC或者非西门子系统安全地传输中等数量和大量的数据。使用功能AG-SEND/RECV或AG-LSEND/LRECV可在CPU上实现FDL、ISO、TCP、ISO-on-TCP和UDP应用。FMSFieldbusMessageSpecification（FMS）使得智能伙伴之间面向对象的通信以及现场设备之间的通信成为可能。有关FMS（变量、域服务等）支持的应用请参照EN50170Vol.2。MAP该协议最初由美国汽车公司通用汽车开发，用于PLC系统之间面向对象的通信（MAP=ManufacturerAutomationProtocol）。DPDP（分布式I/O）协议最适合于对时间要求严格的、面向数据的、从智能控制单元（DP主站）到现场设备（EN50170Vol.3）的通信。程序控制使用MPI,K-Bus,Profibus或工业以太网程序控制使用MPI或K-Bus面向S7-300/400的S7通信服务全局数据基本通信无需组态连接扩展通信使用组态连接CPU的操作系统CPU的操作系统循环或/和程序控制使用MPI或者K-Bus总线SFCSFCSFBSFBPG和HMI功能CPU的操作系统由操作系统控制使用MPI,K-Bus,Profibus和工业以太网PG720SIMATIC中的网络-SINUMERIK,RCM-TI505-OtherPLCS7-300S7-400M7-400OPsSIMATICS5PROFIBUS-DPET200B/LET200CDP/AS-ILinkASI(执行器、传感器接口)AS-I子模块传感器和执行器AS-IASIC现场设备AS-I电源工业以太网PROFIBUSMPINetwork点对点PC,OSPGPG720单元级现场级AS-I级1.MPI概述MPI(MultiPointInterface)是多点接口的简称，是当通信速率要求不高，通信数据量不大时可以采用的一种简单经济的通信方式。通过它可组成小型PLC通信网络，实现PLC之间的少量数据交换，它不需要额外的硬件和软件就可网络化。每个S7-300CPU都集成了MPI通信协议,MPI的物理层是RS-485。通过MPI，PLC可以同时与多个设备建立通信连接，这些设备包括编程器PG或运行STEP7的计算机PC、人机界面（HMI）及其它SIMATICS7，M7和C7。同时连接的通信对象的个数与CPU的型号有关。MPI通信是当通信速率要求不高、通信数据量不大时，可以采用的一种简单经济的通信方式。MPI通信2.MPI网络组建在一个MPI网络里，最多可以有9个中继器。1.PROFIBUS简介PROFIBUS通信PROFIBUS提供三种通信协议类型：PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA。（1）PROFIBUS-FMS（FieldbusMessageSpecification，现场总线报文规范），使用了第一层、第二层和第七层。第七层（应用层）包含FMS和LLI（底层接口）主要用于系统级和车间级的不同供应商的自动化系统之间传输数据，处理单元级（PLC和PC）的多主站数据通信。（2）PROFIBUS-DP（DecentralizedPeriphery，分布式外部设备），使用第一层和第二层，这种精简的结构特别适合数据的高速传送，PROFIBUS-DP用于自动化系统中单元级控制设备与分布式I/O（例如ET200）的通信。主站之间的通信为令牌方式，主站与从站之间为主从方式，以及这两种方式的混合。（