西门子工业网络通信课件精选 [当文网提供]

第1章绪论1.1PLC控制网络的基本特点和通信功能1.2数据通信1.3工业局域网概述1.4S7-300/400PLC的通信网络概述1.1PLC控制网络的基本特点和通信功能1.PLC控制网络的基本特点1）传输介质和链接组件标准化2）传输高可靠性3）良好的系统扩展性4）良好的覆盖面积5）较高的数据传输速率2.PLC的通信功能1）远程控制2）PLC局域网络系统3）PLC与上位机进行点对点通信1.2数据通信具有一定的编码、格式和位长要求的数字信号成为数据信息。数据通信是将数据信息通过适当的传送线路从一台机器传送到另一台机器。数据通信系统的任务是把地理位置不同的计算机和PLC及其他数字设备连接起来，高效率地完成数据的传送、信息交换和通信处理三项任务。数据通信系统组成传送设备传送控制设备传送协议通信软件1.2.1数据传输方式的分类1.串行传输与并行传输1）串行传输数据在一个信道上按位顺序传输的方式。特点：一或两根传输线远距离传输成本低速度慢2）并行传输数据在多个信道同时传输的方式。特点：传输速度快传输线多，成本高2.频带传输与基带传输1）频带传输把信号调制到某一频带上的传输方式。三种调制方式：调幅调频调相2）基带传输数据传输系统对信号不做任何调制，直接传输数据的传输方式。PLC网络大多采用基带传输。基带传输方式使整个频带范围都用来传输某一数字信号，常用于半双工通信。频带传输时，在同一传输线路上可用频带分割的方法将频带划分为几个信道，同时传输多路信号，常用于全双工通信。3.异步传输和同步传输1）异步传输异步传输也称为起止式传输，它是利用起止法来达到收发同步的。在异步传输中，被传输的数据编码为一串脉冲，每一个传输的字符都有一个附加的起始位和多个停止位。字节传输由起始位“0”开始，然后是被编码的字节。通常低位在前，高位在后，接下来是校验位（可省略），最后是停止位“1”（可以是1位、1.5位或2位，用以表示字符的结束）。2）同步传输同步传输是把每个完整的数据块（帧）作为整体来传输，而不是按异步传输时每个字符都附加起始位和停止位的方式传输，因此在需要传输大量数据块的场合用同步传输可以克服异步传输效率低的缺点。为了使接收设备能够准确地接收数据块的消息，同步传输在数据开始处用同步字符“SYN”来指示，由定时信号（同步时钟）来实现发送端和接收端同步，一旦检测到与规定的字符相符合，接下去就是按顺序传输数据。但同步传输所需要的软件、硬件的价格比异步传输的高，因此常在数据传输速率高的系统中才采用同步传输。1.2.2传输速率和线路通信方式1.传输速率1）调制速率也称码元速率，是脉冲信号经过调制后的速率。单位是波特，通常用于表示调制解调器之间传输信号的速率。2）数据信号速率单位时间内通过信道的信息量，单位是比特/秒（bit/s）。调制速率和数据信号速率在串行传输二进制调制信号时，两者的速率在数值上是相同的。通常，并不严格区分调制速率和数据信号速率，而是笼统地将它们称为传输速率，其单位是波特，即每秒传送二进制位数，用bit/s表示。3）数据传输速率单位时间内传输的数据量，数据量的单位可以是比特、字符等，通常以字符/分钟为单位。2.线路通信方式1）单工通信方式信息的传输始终保持同一方向而不能进行反向的传输。2）半双工通信方式信息流可以在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。3）全双工通信方式在同一个方向上同时发送和接收数据。1.2.3差错控制方式和检错码1.差错控制方式1)自动检错重发（ARQ）2）前向纠错（FEC）3）混合纠错4）不用编码的差错控制2.检错码奇偶校验码循环冗余校验（CRC）码1.2.4传输介质工业数据通信系统可采用无线传输介质，如电磁波、红外线等。也可采用双绞线、电缆、电力线、光缆等有线介质。传输介质的特性主要有：1）物理特性：传输介质的物理结构；2）传输特性：介质对数据传送所允许的速率、频率容量3）连通特性：点对点或一对多点的连接方式；4）地理范围：传输介质的最大传输范围；5）抗干扰性：传输介质防止电磁干扰等噪声对传输数据的影响能力；6）性能价格比1.2.4串行通信接口标准1.RS-232C标准是1969年由美国电子工业协会（EIA）所公布的穿行通信接口标准。RS是recommendstandard,232是标识号。它既是一种协议标准，又是一种电气标准，它规定了终端和通信设备之间信息交换的方式和功能。RS-232C一般使用9针或25针的D型连接器，工业控制中9针连接器用得较多。当通信距离较近时，通信双方可以直接连接，最简单的情况在通信中不需要控制联络信号，只需要三根线便可以实现全双工异步串行通信。2.RS-422A/485422A为全双工通信，485为半双工通信。S7-200PLC接入网络时，其端口一般是作为端口1出现的，其各引脚的名称及其表示的意义如下表所示。端口0为所连接的调试设备的端口。1.3工业局域网概述1.3.1计算机网络简介引脚名称端口0/端口1引脚名称端口0/端口11屏蔽机壳地6+5v+5v，100欧串联电阻224v返回逻辑地7+24v+24v3RS-485信号BRS-485信号B8RS-485信号ARS-485信号A4发送申请RTS(TTL)9不用10位协议选择（输入）55v返回逻辑地连接器外壳屏蔽机壳接地1.远程网2.局域网3.分布式多处理器1.3.2局域网的基础知识1.网络拓扑结构星型网络总线型网络环形网络2.节点访问控制令牌传输方式争用方式3.通信网络协议1.3.3现场总线概述1.现场总线的特点1）信息集成度高2）系统的可靠性高、维护性能好3）开放性、互操作性、互换性、可靠性4）实时性好、成本低2.现场总线的发展通过现场总线将控制设备相互连接起来，即通过把每台设备的功能建立模型，使之成为相对独立的功能模块。现场中的控制功能由这些功能块完成，而设备间的参数传递由这些功能块的互联实现。1.4S7-300/400PLC的通信网络概述1.4.1工厂自动化系统网络金字塔结构，上层负责生产管理，底层负责现场检测和控制，中间层负责生产过程的监控和优化。ISO企业自动化模型如图1.4.2S7-300/400PLC的通信网络1.工业以太网用于工厂管理层和车间监督层的通信系统，符合IEEE802.3国际标准，用于对时间要求不太严格、需要传输大量数据的通信场合，可以通过网关来连接远程网络。西门子公司的工业以太网的传输速率为10/100Mbit/s，最多有1024个网络节点，网络的最大范围为150km。2.多点接口网络S7-300/400PLCCPU都集成了MPI通信协议，MPI网络的物理层是RS-485，最大传输速率为12Mbit/s。PLC通过MPI能同时连接运行STEP7的编程软件、计算机、HMI及其他SIMATICS7、C7和M7PLC等。STEP7的用户界面提供了通信组态功能，使得通信的组态非常简单。每个CPU可以使用的MPI连接总数与CPU的型号有关，为6~64个。3.PROFIBUS网络PROFIBUS网络是用于车间级监控和现场层的通信系统它符合IEC61158标准，具有开放性，符合该标准的各厂商生产的设备都可以接入同一网络中。S7-300/400PLC可以通过通信处理器或集成在CPU上的PROFIBUS-DP接口连接到PROFIBUS-DP网络上。PROFIBUS网络的物理层是RS-485，最大传输速率为12Mbit/s，最多可以与127个网络上的节点进行数据交换网络中最多可以串接10个中继器来延长通信距离。使用光纤作为通信介质，通信距离可达90km。可以通过CP342/343将SIMATICS7-300PLC与PROFIBUS-DP或工业以太网总线系统相连，可以连接的设备包括S7-300/400PLC、S5-115U/H、编程器(PG)、个人计算机、SIMATIC人机界面、数控系统、机器人控制系统、工业PC、变频器和非西门子公司装置等。4.执行器-传感器接口网络AS-i网络是位于自动控制系统最底层的网络，用来连接有AS-i接口的现场二进制设备，只能传输少量的数据。5.点对点通信网络使用西门子公司的PRODAVE通信软件和编程用的PC/PM适配器，通过PLC的MPI编程，可以方便地实现计算机与S7-300/400PLC的通信新。第二章MPI通信2.1MPI概述MPI（MultiPointInterface)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通信可使用PLCS7-200/300/400、操作面板TP/OP及上位机MPI/PROFIBUS通信卡，如CP5512/CP5611/CP5613等进行数据交换。MPI网络的通信速率为19.2kbit/s~12Mbit/s,通常默认设置为187.5kbit/s，只有设置为PROFIBUS接口的MPI网络才支持12Mbit/s的通信速率。MPI网络最多可以连接32个节点，最大通信距离为50m,但是可以通过中继器来扩展长度。2.2MPI网络1.网络结构每个编程器都有一个MPI接口。通过CPU的MPI接口可以访问PLC上的所有智能模块，例如：功能模块。每个MPI的连接节点都有自己的MPI地址(0到126,缺省设置为PG=0,OP/TD=1,CPU=2)。在S7-300中，MPI总线在PLC中与K总线连接在一起，这意味着在S7-300机架上K总线的每个节点(FM和CP)也是MPI的一个节点，也有自己的MPI地址。在S7-400中，MPI(187.5Kbps)的通讯模式被转换为内部K总线(10.5Mbps)。在S7-400的机架上，只有CPU具有自己的MPI地址。其它智能模块，例如FM和CP没有独立的MPI地址。可连接的设备MPI连接的优点是CPU可以同时与多个设备建立通讯联系。也就是说，编程器、HMI设备和其它的PLC可以在连接在一起并同时运行。编程器通过MPI接口生成的网络还可以访问所连接硬件站上的所有智能模块。MPI接口可同时连接的其它通讯对象的数目取决于CPU的型号。例如，CPU314的最大连接数为4，CPU416为64。2.通过中继器来扩展MPI网络长度1）两个站点之间没有其他站，如图示。最多可连接10个中继器，两个站点之间的最大距离为9100m。2）两个中继器间有MPI站要用PROFIBUS总线连接器和PROFIBUS电缆。在MPI网络上最多可以有32个站，当用中继器扩展时，中继器也占节点数。2.4PLC-PLC之间通过MPI通信PLC-PLC的三种通信方式：全局数据包通信方式、无组态连接通信方式、组态连接通信方式2.4.1全局数据包通信方式1.概述对于PLC之间的通信，只需要关心数据的发送区和接收区，在配置PLC硬件的过程中，组态所要通信的PLC站之间的发送区和接收区，不需要任何程序处理。只适合S7-300/400PLC之间相互通信。2.网络配置如图特点MPI接口的主要特性为：•RS485物理接口•传输率为19.2Kbps或187.5Kbps或1.5Mbps•最大连接距离为50m(2个相邻节点之间)，有中继器时为1100m，采用光纤和星状连接时为23.8km•采用Profibus（工业现场总线）元件（电缆、连接器）连接器安装MPI总线系统可选择两类连接器：在下面所示的两个连接器中左边的是具有PG连接插口的标准连接器,用于MPI网络站之间的连接。这一连接器同时可以与一个PG设备连接。右边没有PG连接插口的连接器,在不必连接PG时使用。为避免外走的总线，则在最后一个总线节点处必须连接一个终端电阻。3.全局数据在SIMATICS7中，利用全局数据可以建立分布式PLC间的通讯联系而不必在用户程序中编写语句。通过全局数据的通讯不是通过程序而是利用组态来配置的。需要交换的数据存在一个配置表中。最多可以在一个项目中的15个CPU之间建立全局数据通讯。它只能用来循环地交换少量数据。S7-400CPU还具有对全局数据交换的程序控制功能，因此可支持事件驱动的数据传送方式。4.配置使用“DefineG