第10章S7-200PLC的通信功能

S7-200PLC的通信功能10.1PPI通讯10.1.1概述•PPI协议是S7-200PLC中最基本的一种通信方式，通过S7-200CPU自身的端口(port0或Port1)即可完成，是S7-200CPU默认的通信协议。•PPI是一种主-从协议，协议定义了主站和从站，网络中主站向网络中的从站发出请求，从站只能对主站发出的请求做出响应，自己不能发出请求。主站也可以对网络中其他主站的请求做出响应。•S7-200的通信口为RS-485接口，PC/PPI多主站电缆用于计算机与S7-200之间的通信，有RS-232C／PPI和USB／PPI两种电缆。•PPI网络连接示意图如图10-1所示，要求如下:（1）每个网段至多32个网络节点；（2）每个网段最长50米(不用中继器)，可通过中继器扩展网络，最多9个中继器；（3）网络可包含127节点；（4）网络可包含32个主站；（5）网络总长9600米。一个网段一个网段一个网段50米最多1000米50米图10-1PPI网络连接示意图•PROFIBUS连接器和电缆将CP通信卡和S7-200通信口连接。•不同主/从站之间也可以通过PROFIBUS连接器和电缆进行连接通信。•PPI是主/从协议，默认情况下网络中的S7-200CPU均为从站，其他CPU、SIMATIC编程器或文本显示器（例TD400C等）为主站。•PPI网络包括单主站PPI网络和多主站PPI网络。图10-2多主站PPI网络结构图10.1.2使用网络读写指令实现PPI通信•如果在用户程序中使能了PPI主站模式，一些S7-200CPU在RUN模式下可以做主站，它们可以用网络读（NETR，NetRead）和网络写（NETW，NetWrite）指令读写其他CPU中的数据。•S7-200PLC之间的PPI通信可以使用PROFIBUS网线直接连接CPU上PORT0或PORT1，然后在CPU内调用网络读写指令即可实现。•1．网络读写指令NETR/NETW•网络读取（NETR）指令开始一项通讯操作，通过指定的端口（PORT）从远程设备收集数据。网络写入（NETW）指令开始一项通讯操作，通过指定的端口（PORT）向远程设备写入数据。•每一个NETR/NETW指令可从/向远程站读取/写入16个字节信息。网络读写指令是通过TBL参数表来指定报文头，TBL参数表如表10-1所示。字节700DAE0错误代码1远程地址2远程站的数据区指针（I、Q、M、V）3456数据长度7数据字节08数据字节1...22数据字节15表10-1网络读写指令TBL错误代码如表10-2所示：错误代码定义0无错误1远程站响应超时2接受错误：奇偶校验错，响应时帧或校验出错3离线错误：相同的站地址或无效的硬件引发冲突4队列溢出错误：激活超过8个的NETR/TREW指令5通信协议错误：没有使用PPI协议（SMB30）而调用NETR/NETW指令6非法参数：NETR/NETW表中包含非法或无效的值7没有资源：远程站点正在忙中（上装或下载程序）8第7层错误：违反应用协议9信息错误：错误的数据地址或数据长度10保留表10-2错误代码表2．设定通信协议•在程序的开始必须设定通信协议。SMB30用于配置通信端口0（Port0），SMB130用于配置通信端口1(Port1)，此两个特殊寄存器字节的含义如表10-3所示。•表10-3中：pp（校验选择）、d（每个字符的数据位）、bbb（自由口波特率）均为自由口通信时才需要设定的参数，在PPI通信时都设置为0即可。•mm协议选择3．设定NETW和NETR的TBL参数表图10-3网络写指令NETW图10-4网络读指令NETR4．通信参数设定•CPU通信端口的设定可以通过STEP7Micro/WIN软件的“系统块（SystemBlock）”选项来进行。•最高地址（HighestAddress•波特率•地址间隔刷新系数（GapUpdateFactor）10.1.3使用向导实现PPI通信图10-5“网络读/写操作”对话框•单击图10-5“下一项操作”按钮，进入第二项“网络读/写操作”对话框•单击“下一步”，出现分配存储区对话框•接下来，要调用向导生成的子程序来实现数据的传输，主站程序及注释如图10-6所示。图10-6主站主程序10.2自由口通信•S7-200CPU的串行通讯口可由用户程序控制，这种操作模式称为自由口模式。自由口通信是一种基于RS485硬件基础上，允许应用程序控制S7-200CPU的通信端口，以实现一些自定义通信协议的通信方式。•当选择了自由口模式，程序可以使用接收中断、发送中断、发送指令（XMT)和接收指令(RCV）来控制通讯操作。在自由口模式下，通讯协议完全由程序控制。SMB30（用于端口0）和SMB31（如果CPU有两个端口，则用于端口1）用于选择波特率和奇偶校验。•S7-200CPU处于自由口通信模式时，所有的通信任务和信息定义均需由用户编程实现。•只有CPU处于RUN模式时，才能进行自由端口通讯。10.2.1自由口模式下的发送和接收指令•S7-200CPU的自由口通信的数据字节格式必须含有一个起始位、一个停止位，数据位长度为7位或8位，校验位和校验类型（奇、偶校验）可选。S7-200CPU的自由口通信定义方法为将自由口通信操作数传入特殊寄存器SMB30（端口0）和SMB130（端口1）进行端口定义，自由口通信操作数定义如表10-4所示。•自由口通信模式主要使用XMT（发送）和RCV（接收）两条指令及相应的特殊寄存器。•XMT指令利用数据缓冲区指定要发送的字符，用于向指定通信口以字节为单位发送一串数据字符，一次最多发送255个字节。表10-5XMT指令的缓冲区格式•RCV指令可以接收一个或多个字符，最多有255个字符，这些字符存储在缓冲区中。•RCV指令的缓冲区格式如表10-6所示。当超界或奇偶校验错时，接收信息功能自动终止。必须为接收信息功能操作定义一个启动条件（x或z）和一个结束条件（y，t或最大字符数）。•协议支持使用字符中断控制来接收数据。表10-6RCV指令的缓冲区格式10.2.2自由口通信举例1．自由口发送实例要求：记录定时中断次数，将计数值转化为ASCII字符串，再通过CPU224XP的Port0发送到计算机串口，计算机接受并利用超级终端显示与S7-200CPU通信的内容。（1）PLC编程规定缓冲区为VB100到VB114，使用数据块进行缓冲区定义，如图10-7所示，16#0D和16#0A用于计算机的超级终端显示需要。图10-7组态数据块•主程序如图10-8所示，根据I0.3状态初始化端口1为自由口通信。•SBR_0程序如图10-9所示，定义端口0为自由口，初始化定时中断。图10-8自由口通信主程序图10-9SBR_0子程序•SBR_1子程序如图10-10所示，用于定义端口0为普通PPI从站通信口。•图10-10SBR_1子程序•INT_0程序如图10-11所示，对定时中断计数并从端口0发送计数值•图10-11INT_0子程序图10-10SBR_1子程序图10-11INT_0子程序（2）超级终端设置超级终端（HyperTerminal）是Windows操作系统提供的通信测试程序，本例用来监测计算机和S7-200CPU之间的串口通信。超级终端组态步骤如下：1）执行Windows菜单命令“开始”“附件”“通信”“超级终端”，为要新建的连接输入连接名称。2）选择连接时要使用的串口。3）设置串口通信参数并保存连接，注意此处设置要与PLC程序中对应。4）使用超级终端接收S7-200CPU发送的信息。图10-12超级终端接受显示2．自由口接收实例要求S7-200CPU从端口0接收计算机发送的字符串，并在信息接收中断服务程序中把接收到的第一个字节传送到CPU输出字节QB0上显示。（1）PLC编程主程序如图10-13所示，根据I0.3状态初始化端口1为自由口通信。图10-13自由口通信主程序•SBR_0子程序如图10-14所示，用于定义端口0为自由口，初始化接收指令。图10-14SBR_0程序•SBR_1子程序如图10-15所示，定义端口0为普通PPI从站通信口。•INT_0中断子程序如图10-16所示，在QB0输出接收到的第一个字节。（2）配置超级终端•打开前面建立的超级终端链接，进入属性窗口，点击“ASCII码设置”按钮，在弹出的ASCII码设置窗口中，勾选“以换行符作为发送行末尾”和“本地回显键入的字符”两项。10.3MODBUS通信•Modbus通信协议是Modicon公司提出的一种报文传输协议，它广泛应用于工业控制领域，并已经成为一种通用的行业标准。不同厂商提供的控制设备可通过Modbus协议连成通信网络，从而实现集中控制。10.3.1Modbus报文格式•Modbus地址通常是包含数据类型和偏移量的5个或6个字符值。第一个或前两个字符决定数据类型，最后的四个字符是符合数据类型的一个适当的值。（1）Modbus主站寻址Modbus主设备指令支持下列Modbus地址：00001至09999是离散输出（线圈）；10001至19999是离散输入（触点）；30001至39999是输入寄存器（通常是模拟量输入）；40001至49999是保持寄存器。（2）Modbus从站寻址•Modbus地址与S7-200地址对应关系如表10-7所示。000001Q0.0000002Q0.1000003Q0.2……000127Q15.6000128Q15.7010001I0.0010002I0.1010003I0.2……010127I15.6010128I15.7030001AIW0030002AIW2030003AIW4……030032AIW62040001HoldStart040002HoldStart+2040003HoldStart+4……04xxxxHoldStart+2x（xxxx-1）•Modbus通信协议有ASCII和RTU（远程传输单元）两种报文传输模式。（1）ASCII模式ASCII模式采用LRC（纵向冗余校验）方式进行校验，其报文格式如表10-8所示。表10-8ASCII模式的报文格式（2）RTU模式•RTU模式的报文格式如表10-9所示。•地址•功能码：Modbus功能代码，1个字节；Modbus协议支持的功能码共16条（1~16），其中西门子ModbusRTU协议库支持最常用的8条，如表10-10所示；•信息数据•CRC：循环冗余校验，两个字节。功能码描述1读取单个/多个线圈的实际输出状态。功能1返回任意数量输出点的接通/断开状态（Q）。2读取单个/多个线圈的实际输入状态。功能2返回任意数量的输入点的接通/断开状态（I）。3多个保持寄存器。功能3返回V存储器的内容。保持寄存器在Modbus下是字类型，在一个请求中最多可读120个字。4读单个/多个输入寄存器，返回模拟输入值。5写单个线圈（实际输出）。功能5将实际输出点设置为指定值。该输出点不是被强制，用户程序可以重写由Modbus的请求而写入的值。6写单个保持寄存器。功能6写一个单个保持寄存器的值到S7-200的V存储区。15写多个线圈（实际输出）。功能15写多个实际输出值到S7-200的Q映像区。起始输出点必须是一个字节的开始（如Q0.0或Q2.0），并且要写得输出的数量是8的倍数。这是Modbus从站协议指令的限定。这些点不是被强制，用户程序可以重写由Modbus的请求而写入的值。16写多个保持寄存器。功能16写多个保持寄存器到S7-200的V区。在一个请求中最多可写120字。表10-10西门子ModbusRTU协议库支持最常用的8条功能码表10-9RTU模式的报文格式•RTU模式下，报文中的每个8位字节被转化为两个16进制字符，然后以字节为单位进行传输，并采用CRC（循环冗余校验）方式进行校验。•目前支持Modbus通信的DCS系统和过程仪表大都采用基于串行接口的ModbusRTU模式，西门子提供了针对西门子PLCModbusRTU通信的协议库。•如果要在西门子PL