第五章.PLC工业通讯网络

课程可编程控制技术班级电气工程自动化学期5课时2h累计课时58h教师上课日期课程类型理论，实验。课程名称（章、节）第五章．PLC工业通讯网络5.1网络的概念。OSI参考模型（OpenSystemInterconnection）。5.2多点接口（MPI）教学目的要求了解OSI参考模型掌握多点接口（MPI）通讯方式及设计教学重点多点接口（MPI）全局数据设置教学难点程序。组态及全局数据综合主要教具设备材料多媒体教室、计算机投影、PLC实训室可编程控制器S7-300/400，编程器/STEP7软件，MPI网络课后记1．应适当提供下厂观摩课，加强学员对S7网络认识；2．可以尝试项目教学法，让学员独立完成一个项目。教案教学内容备注5.1网络基本概念。OSI参考模型5.1.1网络的概念通过线路互联起来的，自治的终端设备集合。将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。网络按网络拓扑划分总线型，星型，.环型，网状，树状，星环型，拓扑。5.1.2网络的发展过程1．具有通信功能的单机系统。该系统称为终端，是早期计算机网络的主要形式，它是将一台计算机通信线路与若干个终端直接相连2．具有通信功能的多机系统。在简单的“终端——通信线路——计算机”这样的单机系统中，主计算机负担较重，既要进行数据处理，又要承担通信功能。3．以共享资源为主要目的的计算机网络。既利用通信线路将多台终端设备连接起来，实现设备与设备之间的通信。4．局域网络及其互连为主要支撑环境的分布式计算阶段。局域网是继远程网之后发展起来的小型终端设备网络，它继承了远程网的分组交换技术和计算机的I/O总线结构技术。并具有结构简单、经济实用、功能强大、方便灵活等特点。是随着微型计算机的广泛应用而发展起来的。5.1.3通信方式单工通信（simplex），半双工通信（Half-duplex）全双工通信（Full-duplex）幻灯片S7-300/400网络结构网络划分教学课件网络的发展过程局域网教案教学内容备注5.1.4OSI参考模型标准意义的网络结构：OSI参考模型（OpenSystemInterconnection）,物理层：提供建立，维护和拆除物理链路所需的机械，电气，功能和规程特性。数据链路层：在网络层实体间提供数据传输功能和控制，提供数据的流量控制，检测和纠正物理链路产生的差错。网络层：提供路由选择，拥塞控制，网络互连等功能。根据传输层的要求，选择服务质量，向传输层指示未恢复的差错。传输层：提供建立，维护和拆除传输连接的功能。监控服务质量，提供可靠的透明数据传输，差错控制和流量控制。会话层：提供两个进程之间建立，维护和结束会话连接的功能。提供会话流量控制和交叉会话。表示层：提供不同信息格式和编码之间的转换。提供数据表示，数据压缩和数据加密功能。应用层：提供网络服务，例如数据库管理系统，电子邮件系统，文件传输程序，网络管理程序等。5.1.5RS—232C与RS—485标准1．RS—232C规范：RS—232C的机械规范定义的是25针插头，RS—232C的电气规范是用低于“—3V”的负电压表示逻辑“1”，高于“+3V”的正电压表示逻辑“0”．数据传输率最高允许20kbps。2，RS—485标准RS-485串行接口用最少的信号连线来完成通信任务．已经在几乎所有新装置或仪表中出现．RS-485实际上是RS-422A的简化变型，RS-485仅支持半双工通信，分时使用一对信号线发送或接收．幻灯片S7-300/400OSI参考模型RS-485RS-422A教学课件教案教学内容备注5.2多点接口（MPI）S7—300／S7—400可以通过MPI接口组成PLC网络，MPI网采用全局数据(GlobeData)通信模式，可在PLC之间进行少量数据交换。它不需要额外的硬件和软件，成本低，用法简。MPI网用于连接多个不同的CPU或设备．MPI符合RS—485标准，具有多点通信的性质．MPI的波特率设定为187．5kbps．5.2.1多点接口（MPI）网络组态5.2.2多点接口（MPI）全局数据设置GD通信的数据结构GD通信应用1．建立MPI站1的硬件组态2．设置MPI站1的站地址3．建立MPI站2的硬件组态，打开组态界面的CPU特性，设置MPI站2的站地址4．点击ConfigureNetwork进入配置网络界面5．打开全局数据表Options/DefineGlobalDate6．生成并装载全局数据，实现CPU到CPU通讯发送/接收数据规则：1个MPI站的发送数据可以发送到多个MPI站，1个MPI站的接收数据只能接收1个MPI站的发送数据。SIMATICS7300（1）站和SIMATICS7300（2）站的控制程序幻灯片STEP7软件MPI接口全局数据西门子网站GD通信的数据结构及应用教学模型教学课件发送/接收数据规则课程可编程控制技术班级电气工程自动化学期5课时2h累计课时60h教师上课日期课程类型理论，实验。课程名称（章、节）第五章．PLC工业通讯网络5.3工业现场总线（PROFIBUS）5.4工业以太网（IndustrialEthernet）教学目的要求了解三种PROFIBUS系统的区别熟悉ET200系列产品掌握带DP口的PROFIBUS系统的组成了解工业以太网（IndustrialEthernet）的结构教学重点ET200系列产品带DP口的PROFIBUS系统教学难点DP-SEND（发送块）和DP-RECV（接收块）主要教具设备材料多媒体教室、计算机投影、PLC实训室可编程控制器S7-300/400，编程器/STEP7软件，PROFIBUSDP站。工业以太网（IndustrialEthernet）课后记1．定场景来锻炼学员的网络意识。2．可以尝试项目教学法，让学员独立完成一个项目。3．在今后的教学中应在加强PROFIBUSDP站的内容。教案教学内容备注5.3工业现场总线（PROFIBUS）5.3.1PROFIBUS协议PROFIBUS协议的三个主要部分：PROFIBUSDP（DistributedI/Os）：在主站和从站之间采用轮循的通讯方式，主要应用于制造业自动化系统中单元级和现场级通信。PROFIBUSPA(ProcessAutomation)：电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。PROFIBUSFMS(FieldbusMessageSpecification)：定义主站和主站之间的通讯模型，主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。PROFIBUS网络由主站，从站，网络部件等构成：主站也被称做主动节点。包括SIMATICPLC，SIMATICWinAC控制器，支持主站功能的通讯处理器，IE／PB链路模块以及ET200S／ET200X的主站模块典型的从站为传感器，执行器以及变频器。从站不会拥有总线访问的授权。PROFIBUS的传输速度为9.6/19.2/93.75/187.5/500/1500Kbit／s以及3/6/12Mbit／s。最大节点数127(地址0-126)。ET200系列产品包括：可直接安装在恶劣工业环境中的IP65／67防护等级的输入／输出模块(ET200eco／ET200X／ET200R可安装在危险区和2区的本安输入／输出的DP从站(ET200iS)适用于安装在控制室或控制柜中的IP20防护等级的高性能输入／输出从站(ET200S)适用于安装在控制室或控制柜中的IP20防护等级的普通的输入懒出从站(ET200M／ET200L／ET200B：其它：分布式智能气动系统功能模块、电机驱动器、变频器、安全技术等一系列已集成在ET200内的功能。幻灯片STEP7软件PROFIBUS协议西门子网站主站，从站，网络部件ET200系列教学模型教学课件课堂练习教案教学内容备注5.3.2PROFIBUSDP系统组态PROFIBUSDP系统组态可分为带DP口的主站系统，采用通讯模板CP的主站系统以及带智能从站的DP系统。三种DP系统中带DP口的主站系统，采用通讯模板CP的主站系统在硬件组态时基本相同。1.PROFIBUSDP系统之一：带DP口的主/从系统带DP口的主/从系统设计十分灵活，它允许用CPU中不同的数据区域来储存DP过程数据。对数据区域的选择取决于CPU的类型和应用。过程映像区，位存储器以及数据块都可用于DP输入，输出数据。过程映像是标准的数据分配。在CPU的过程映像中须有充分的空间为DP保留一个连续的输入区域和一个连续的输出区域。这可能受中央配置中过程映像大小和信号模块数量的限制。位存储器与过程映像相同，这个区域适合于DP信号的全局存储。例如，如果过程映像可利用的空间(没有被中央信号模块占据的空间)不够用，则可以使用位存储区。数据块也可以用来存储DP信号。最好在有关的DP数据区只被一个程序调用时使用这种存储。建立S7-300PLC主站的硬件组态（带DP口）：双击“X2/DP”栏或“CP342-5”栏，在对话框内选中“DP-Master”在PROFIBUS总线上添加ET-200从站：主站/从站的I/O地址不能重复，它是由系统软件分配的。如果用户需要对地址进行修改，可以通过模板特性对话框重新设置。幻灯片STEP7软件三种DP系统西门子网站教学模型教学课件项目设计课堂练习教案教学内容备注2．PROFIBUSDP系统之二：带通讯模板CP的主站系统。采用通讯模板CP的主站/从站系统，则主站/从站的I/O地址可以重复，因为此时的PLC系统相当于两个CPU。用户可以通过模板特性对话框任意设置I/O地址，只是主站或从站内的I/O地址不能重复。当配置CP时，必须设定操作模式。（OperatingMode）CP342-5DP总是需要DP-SEND和DP-RECV。这些组块通过底板总线在CPU和CP之间转移数据．CP342-5的数据总是连续地传输。主站最大数据长度是240字节，从站最大数据长度是86字节。DP-SEND（发送）将CPU中的指定的DP数据区的数据发送到PROFIBUSCP的发送缓冲器，以便传送给DP从站；DP-RECV（接收）从DP从站中读出数据，将PROFIBUSCP接收缓冲区的数据放入CPU指定的DP数据区中。DP-SEND（发送块）和DP-RECV（接收块）结构DP-RECV（接收块）各端子参数的类型及功能DP-SEND（发送块）各端子参数的类型及功能3.PROFIBUSDP系统之三：带智能从站的DP系统。智能从站的主要特点是：DP主站需要的输入／输出数据不是直接来自于真正的输入输出口，而是来自于预处理的CPU。幻灯片STEP7软件PROFIBUSDP系统CP342-5西门子网站项目设计教学模型教学课件发送块和接收块结构课堂练习教案教学内容备注6.4工业以太网（IndustrialEthernet）CP343-1通讯处理器是用于SIMATICS7-300通讯处理器。分担CPU的通讯任务并允许其它连接。S7-300通过CP343-1可与编程器、计算机、人机界面装置，其他SIMATICS7系统以及SIMATICS5可编程序制器进行通讯：CP343-1通讯处理器安装在S7-300的DIN标准导轨上，可也可在扩展机架上安装，通过总线连接器与相邻模块相连接，没有插槽规则。15针D形插座用于连接工业以太网；4针端子排用于连接外部24伏直流电源；RJ45插座用于进行工业以太网的快速连接。CP343-1在工业以太网上独立处理数据通信。该模块有其自身的处理器。使用ISO传输协议,TCP传输协议,UDP传输协议。并以多重协议方式实现PG／OP通讯,S5兼容通讯等通讯服务。通过ISO传输连接的数据通讯接口最多可传输8千字节的数据。在STEP7系统下的网络的不同形式：11个子网（subnet）-1个项目(project)2SIMATICS5与其他站在一个子网内32个或多个子网（subnet）-1个项目(project)41个子网（subnet）-多个项