S7-200-PLC通信及通信网络

第6章PLC通信及通信网络`6.1可编程控制器通信及网络基础6.2PLC通信协议6.3S7-200的通信方式6.4S7-200的网络通信第6章PLC通信及通信网络`6.1可编程控制器通信及网络基础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。6.1.1网络通信协议基础国际标准化组织ISO（InternationalStandardOrganization）于1978年提出了开放系统互联OSI（OpenSystemsInterconnection）的模型，它所用的通信协议一般为7层，如下图所示。第6章PLC通信及通信网络`第6章PLC通信及通信网络应用层表示层会话层传送层网络层数据链路层物理层应用层协议表示层协议会话层协议传送层协议网络层协议数据链路层协议物理层协议应用层表示层会话层传送层网络层数据链路层物理层`6.1.2IEEE802通信标准IEEE802通信标准是IEEE（国际电工与电子工程师学会）的802分委员会从1981年至今颁布的一系列计算机局域网分层通信协议标准草案的总称。其中最常用的有三种:带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）协议、令牌总线（TokenBus）令牌环（TokenRing）。第6章PLC通信及通信网络`(1)CSMA/CD协议CSMA/CD（carrier-sensemultipleaccesswithcollisiondetection）通信协议的基础是XEROX公司研制的以太网（Ethernet），各站共享一条广播式的传输总线，每个站都是平等的，采用竞争方式发送信息到传输线上。为了防止冲突，可以采取两种措施：“先听后讲”“边听边讲”第6章PLC通信及通信网络`(2)令牌总线在令牌总线中，媒体访问控制是通过传递一种称为令牌的特殊标志来实现的。按照逻辑顺序，令牌从一个装置传递到另一个装置，传递到最后一个装置后，再传递给第一个装置，如此周而复始，形成一个逻辑环。令牌有“空”、“忙”两个状态。(3)令牌环在令牌环上，最多只能有一个令牌绕环运动，不允许两个站同时发送数据。令牌环从本质上看是一种集中控制式的环，环上必须有一个中心控制站负责网络的工作状态的检测和管理。第6章PLC通信及通信网络`6.1.3PLC通信方式1.并行通信与串行通信并行通信是以字节或字为单位的数据传输方式；串行通信是以二进制的位（bit）为单位的数据传输方式，每次只传送一位。设备1设备2第6章PLC通信及通信网络设备1设备2传送数据10110011T3T4T5T6T7T2T11111000`2.单工通信与双工通信单工通信方式只能沿单一个方向发送或接收数据。双工通信方式的信息可沿两个方向传送，每一个站既可以发送数据，也可以接收数据。双工方式又分为全双工和半双工两种方式。第6章PLC通信及通信网络ABABAB（a）（b）（c）`3.异步通信与同步通信按照同步方式的不同，可将串行通信分为异步通信和同步通信。第6章PLC通信及通信网络0/10/10/10/10/10/10/1111起始位奇偶校验位停止位低位高位数据位字符(n+1)空闲位字符n0/1`6.1.4PLC常用通信接口PLC通信主要采用串行异步通信，其常用的串行通信接口标准有RS-232C、RS-422A和RS-485等。RS-232C：-5~-15V为“1”5~15V为“0”单端驱动、单端接受。RS-422A:平衡驱动，差分接受;两根导线（A和B）,BA为“1”,BA为“0”。RS-485：RS-422A的变形，半双工。第6章PLC通信及通信网络`6.2西门子PLC通信协议西门子公司的生产金字塔由4级组成，由下到上依次是：过程测量与控制级、过程监控级、工厂与过程管理级、公司管理级。6.2.1网络层次结构第6章PLC通信及通信网络工业以太网Ethernet现场总线Profibus多点链路MPI执行器级总线AS-i生产管理计算机2n5431传感器及执行部件智能模块S7-300S7-300S7-200S7-200S7-200S7-200`6.2.2通信类型及协议S7-200支持的通讯协议很多，具体来说有：点对点接口PPI、多点接口MPI、PROFIBUS-DP、AS-I、USS、MODBUS、自由口通讯以及以太网等。1.PPI通信方式PPI是一个主从协议：主站向从站发出请求，从站作出应答。从站不主动发出信息，而是等候主站向其发出请求或查询，要求其应答。2.MPI方式MPI允许主站与主站或主站与从站之间的通讯。第6章PLC通信及通信网络`3.自由口通讯方式PPI通信协议是西门子公司专门为S7-200系列PLC开发的一种通信协议，一般不对外开放。而自由口模式则是对用户完全开放的，在自由口模式下通信协议是由用户定义的。4.PROFIBUS通信方式PROFIBUS协议用于与分布式I/O设备（远程I/O）进行高速通讯。各类制造商提供多种PROFIBUS设备。此类设备从简单的输入或输出模块到电机控制器和PLC无所不包。第6章PLC通信及通信网络`6.2.3S7-200的通信模块1.EM277PROFIBUS-DP模块EM277PROFIBUS-DP模块是专门用于PROFIBUS-DP协议通信的智能扩展模块。2.CP243-1模块CP243-1以太网模块是S7-200系列的通讯处理器，可使S7-200PLC与工业以太网络链接。3.EM241模块通过Modem，用电话网进行通讯第6章PLC通信及通信网络`6.2.4S7-200通信指令S7-200PLC提供的通信指令主要有：网络读与网络写指令、发送与接收指令、获取与设置通信口地址指令等。1.网络读与网络写指令第6章PLC通信及通信网络ENNETRTBLPORTENOENNETWTBLPORTENO`2.发送与接收指令3.获取与设置通信口地址指令第6章PLC通信及通信网络ENXMTTBLPORTENOENRCVTBLPORTENOENGET_ADDRADDRPORTENOENSET_ADDRADDRPORTENO`中断接收中断：中断事件号为8（口0）和25（口1）。发送完成中断：中断事件号为9（口0）和26（口1）。接收完成中断：中断事件号为23（口0）和24（口1）。特殊标志位SM4.5和SM4.6：分别用来表示口0和口1发送空闲状态第6章PLC通信及通信网络`6.3S7-200通信网络6.3.1网络读写实现通讯1.通信任务本例用NETR和NETW指令实现两台CPU224之间的数据通信。2.实现步骤分别只用PC/PPI电缆连接各个PLC。在编程软件中，分别将它们的站地址设为2和3，并下载到CPU模块中；第6章PLC通信及通信网络`连接好网线，建立网络，如图所示；输入、编译通信程序，它们下载到站号为2的CPU模块中，该模块为主站；将两台PLC的工作方式开关置于RUN位置，分别改变两台PLC输入信号的状态，可以观察到通信效果。3.程序编写第6章PLC通信及通信网络计算机CPU224CPU224PC/PPI电缆`6.3.2使用自由端口实现计算机与PLC的通信1、自由端口模式CPU的串行通信接口完全由用户程序控制。注意：PC/PPI电缆支持自由端口通信，USB/PPI不支持；CPU处于STOP模式时，自由端口禁止；CPU处于RUN模式时，才能使用自由端口；通过将SMB30.1或者SMB130.1置1，将端口设置为自由端口模式SM0.7=1CPU模式开关在RUNSM0.7=0CPU模式开关在TERM和STOP第6章PLC通信及通信网络`2、发送指令XMT可连续发送1~255个字符，发送完最后一个字符会产生中断事件9（或者26），SM4.5和SM4.6标示发送是否完成（空闲时为1）。缓冲区格式：第一个字符本身不发送。第6章PLC通信及通信网络字符数起始字符结束字符数据区`3、接受指令(RCV)接收数据缓冲区格式：第一个字符用来累计接收到的数据，本身不是接收的。接收状态可监视SMB86和SMB186；报文接收完成产生中断23或者24；没接收一个字符产生中断8或者25；接收字符到SMB2中，奇偶检验错误标志为SM3.0第6章PLC通信及通信网络字符数起始字符结束字符数据区`第6章PLC通信及通信网络`第6章PLC通信及通信网络`判别报文起始条件方法：1、空闲线检测：il=1，sc=0，bk=0，SMW900。在传输线空闲的时间大于SMW90中设定的时间后接收的第一个字符为起始字符。2、起始字符检测：il=0，sc=1，bk=0，以SMB88中的字符作为接收到报文开始的标志。3、break检测：il=0，SC=0，bk=1；以接收到Break作为报文开始。4、对通信请求的响应：il=1，sc=0，bk=0，smw90=0，执行RCV指令后开始接收报文。第6章PLC通信及通信网络`5、break和一个起始字符：il=0，sc=1，bk=16、空闲线和一个起始字符；il=1，sc=1，bk=0；smw900；7、空闲线和起始字符：il=1，sc=1，bk=0，smw90=0，与4基本相同。结束条件：ec+tmr+最大字符数；出现校验错误或者其他错误。第6章PLC通信及通信网络`例子：使用接收完成中断的PLC通讯程序采用主从通讯，计算机为主机，PLC为从站。计算机主动向PLC发送报文，PLC接收到后进行异或校验，若正确返回接收到的数据。若错误，将Q1.0置1。传输协议：19200，8，无，1起始字符：00；结束字符FF第6章PLC通信及通信网络`例子：使用接收字符中断的PLC通讯程序每接受一个字符产生一次中断8。第6章PLC通信及通信网络`6.4Modbus协议在通讯中的应用6.4.1Modbus从站协议最先有Modicon公司提出，为主—从协议，采用请求-响应方式。分为串行链路的Modbus和基于TCP/IP的Modbus。串行总线上只有一个主站，可以有1~247个子站。通讯只能由主站发起，子站不会主动发送数据，也不能与其它子站通讯。第6章PLC通信及通信网络`6.4.2Modbus的报文传输模式Modbus协议有ASCII和RTU(远程终端单元）两种报文传输模式。1、ASCII模式报文帧的每个8为字节都转换为两个ASCII字符发送。报文中每个ASCII字符都由16进制字符组成，传输的每个字符包括1个起始位，7个数据位，1个奇偶校验位和1个停止位。采用纵向冗余校验（不包括冒号符，LRC本身及回车换行。第6章PLC通信及通信网络:地址功能代码数据字节数数据1回车数据nLRC高字节...LRC低字节换行`2、RTU模式报文中每个8位字节作为两个十六进制字符，以字节为单位进行传输，采用循环冗余校验（CRC）。每个字节包含1个起始位，8个数据位，1个奇偶校验位，1个停止位。比较：同等波特率，RTU模式效率高。比如RTU传输一个十六进制数0xF9，传输’F’，’9’。AS