电气控制与PLC应用(第2版)[陈建明]第10章

电气控制与PLC应用（第十章）主编：陈建明副主编：王亭岭孙标第十章基于S7-300/400的工业网络熟悉S7-300/400PLC网络的类型、一般结构、特点及其配置熟悉利用STEP7软件对S7-300/400PLC网络进行基本的组态了解S7-300/400PLC网络的应用学习目标：教学内容：10.1概述10.2MPI网络10.3Profibus网络10.4工业以太网第十章基于S7-300/400的工业网络10.1概述返回SIMATIC通信网络类型：PTP（点对点）通信；MPI（多点接口）；Profibus（现场总线）；工业以太网；名词：10.1概述连接（connection）：指通信点之间的逻辑连接，用于确定通信伙伴之间应当遵循的通信协议，连接类型有多种，需要通过STEP7软件进行组态。名词：10.1概述单边连接（one-way）与双边连接（two-way）：若通信中之一方，被组态为单边连接，则意味着该通信点只能做为服务器来使用，通信功能的调用和执行由对方完成。反之，双边连接是指通信双方均可主动调用通信应用程序，主动建立连接，读取或发送数据。名词：10.1概述客户端（client）服务器（server）:客户端对服务器进行数据的读写操作，服务器只能被动响应。若某通信节点被组态为单边连接，就称其为服务器。数据一致性（dataconsistency）：就其内容而言属于一个整体，而且描述特定时间点的过程状态的数据称为一致性数据。10.2MPI网络MPI网络的特点：所有的S7-300/400CPU及PG/OP设备均集成有MPI接口；物理层为RS-485；相邻节点传输距离最大50m，加中继器可达1000m；通信速率为19.2kbps~12Mbps；MPI网络采用线型结构；MPI网络最大节点地址为126；10.2MPI网络MPI网络的特点：每段最大节点数为32；段的两端需要加终端电阻；如果总节点数量超过32，需要加中继器；如果需要延长通信距离，需要加中继器；中继器占用1个节点地址；MPI网络支持全局数据通信、S7基本通信、S7通信以及PG/OP通信等。10.2MPI网络MPI网络结构示意：10.2.1全局数据通信所谓全局数据通信，就是实现一种周期循环的数据传送；通信过程由系统程序执行，无需用户编程，无需连接组态；需要利用STEP7对全局数据（GD）进行定义；定义的主要内容包括参与全局数据交换的CPU、数据发送区、数据接收区以及数据包的大小等；全局数据通信只能在MPI网络的S7-300/400PLC之间进行。MPI网络的组态建立项目；在SIMATICManager界面中选择下拉菜单“Options”→“ConfigureNetwork”选项，或者在SIMATICManager界面直接双击MPI（1）图标，打开NetPro界面。在NetPro界面右窗口Subnets文件夹中选择子网类型，双击选中的子网。由于STEP7项目的默认子网类型为MPI，该步骤可省略。10.2.1全局数据通信MPI网络的组态在Stations文件夹中双击或拖曳选中的站，把它们放到左边的窗口；在NetPro界面左窗口，分别双击已经添加的站，进入硬件组态界面（HWConfig），对各站依次进行硬件组态（见教材第七章）；双击MPI（1）子网线条，弹出网络属性对话框，可设置传输速率和最大地址，MPI默认传输速率为187.5kbps；10.2.1全局数据通信MPI网络的组态10.2.1全局数据通信MPI网络的组态依次点击各站中表示MPI接口的小方框（其颜色与MPI子网线条的颜色相同），在属性对话框中，NetPro已经自动分配了MPI地址，允许手动修改；或者，直接点击接口模块，弹出模块属性对话框，在其中选择接口属性；10.2.1全局数据通信MPI网络的组态10.2.1全局数据通信定义全局数据包选中MPI子网，在“Options”下拉菜单中选择“DefineGlobalData”，进入全局数据定义画面；依次双击“CPU选择栏”，进入CPU选择对话框，选择需要加入全局数据通信的CPU；定义接收区/发送区起始地址和数据长度；编译生成数据包ID（GDID）；10.2.1全局数据通信定义全局数据包选择“View”→“ScanRates”和“GDStatus”，STEP7在GD表中自动插入扫描频率SR行以及状态字存储单元行；再一次编译，将定义好的全局数据表在STOP模式中下载至各CPU；当PLC进入RUN模式后，各CPU之间即开始按照定义好的数据包格式互相交换数据。；10.2.1全局数据通信S7基本通信（S7BasicCommunication）只能应用在MPI子网中；S7基本通信与全局数据通信不能在同一个MPI子网中混用；无需在STEP7软件中组态连接；用户程序调用SFC，实现通信伙伴之间的逻辑连接，称为“事件驱动”的MPI通信；通信任务结束后，连接的保留或取消，取决于用户程序；10.2.2S7基本通信S7基本通信（S7BasicCommunication）每次通信任务的最大数据量为76Bytes；在SFC被调用时指明数据的发送区和接受区；双边通信：发送方调用SFC65（“X_SEND”），指明对方MPI地址，建立连接并启动发送功能；双边通信：接收方调用SFC66（“X_RCV”），判断是否接收到数据或者将接收到的数据保存到数据接收区；10.2.2S7基本通信S7基本通信（S7BasicCommunication）单边通信：客户端调用SFC67（“X_GET”），建立与通信伙伴的连接，并读取对方的数据；单边通信：客户端用户程序调用SFC68（“X_PUT”），建立与通信伙伴的连接，通过指明位于本地CPU的、需要发送的数据存储区间（SD），以及位于对方CPU的、需要被写入数据的区间（VAR_ADDR）等，实现向对方站写数据的功能；10.2.2S7基本通信S7基本通信（S7BasicCommunication）S7-300/400CPU之间可实现双边通信；S7-200CPU与S7-300/400CPU之间只能实现单边通信，S7-200CPU为服务器，S7-300/400CPU为客户端；每调用1次SFC就建立1个连接，每个CPU的连接资源是有限的，应当释放不用的连接；10.2.2S7基本通信S7通信的基本步骤在STEP7中组态S7连接；在用户程序中调用功能块SFB/FB。10.2.3MPI网络实现S7通信MPI网络的S7连接组态利用前面组建的MPI网络，点击其中PLC站的CPU模块，在NetPro界面的下方出现连接表（connectiontable）；双击连接表中的空白行，也可右键选择“InsertNewConnection”，随即弹出“插入新连接（InsertNewConnection）”对话框；10.2.3MPI网络实现S7通信MPI网络的S7连接组态在对话框中选择连接类型为S7连接、选择通信伙伴CPU；点击“OK”或“Apply”，弹出属性界面，可查看S7连接的详细情况，包含了本地ID、主动连接、本地CPU型号及接口、连接伙伴CPU型号及接口、子网类型、站地址等信息；10.2.3MPI网络实现S7通信MPI网络的S7连接组态选择S7连接、选择通信伙伴CPU：10.2.3MPI网络实现S7通信MPI网络的S7连接组态S7连接属性：10.2.3MPI网络实现S7通信MPI网络的S7连接组态S7连接表：10.2.3MPI网络实现S7通信MPI网络的S7连接组态网络中各PLC站的CPU均有连接表；连接表需要下载到各自的CPU才能生效；若某个PLC站只作为服务器使用，不主动建立连接，则其连接表是空的；只有S7-300/400CPU支持S7通信；S7-400/400CPU之间可实现双边通信；S7-300/400CPU之间只能单边通信，S-300PLC为服务器。10.2.3MPI网络实现S7通信10.3.1Profibus网络简介Profibus（ProcessFieldBus）是一种面向单元级和现场级的、采用令牌总线技术的主从网络；是一种国际化、开放式、不依赖于设备制造商的现场总线标准；适用于高速数据交换、对实时性要求比较高的场合;10.3Profibus网络10.3.1Profibus网络简介Profibus由3个兼容部分组成：Profibus-DP（DecentralizedPeriphery）分布式外设;Profibus-PA（ProcessAutomation）过程自动化；Profibus-FMS（FieldbusMessageSpecification）现场总线报文规范；10.3Profibus网络10.3.1Profibus网络简介物理层是RS-485；传输介质为屏蔽双绞线电缆（特征阻抗150Ω），或者采用光缆;采用屏蔽双绞线电缆时，Profibus网络的拓扑结构与MPI网络基本相同，所采用的总线接头也是一样的。10.3Profibus网络10.3.2Profibus光缆通信网络采用光缆通信时，支持星形和环形的拓扑结构，其中环形结构（有冗余功能）只能在采用OLM光接口时才可用；光缆允许的长度与通信速率无关，只取决于光缆类型和光接口类型，两个相邻节点之间的距离可能在50m~400m之间;SIMATIC光接口模块有3种类型：集成光纤接口的通信模块、OLM（光链路模块）、OBT（光纤总线终端）。10.3Profibus网络10.3.3Profibus的总线存取技术Profibus网络是一种主-从结构的网络，主站具有总线控制权，对从站采用轮询方式，依次向各从站发出通信请求，称为主动站。在多主站系统中，所有主站之间形成1个逻辑令牌环，令牌环按照主站地址的升序排列，令牌在各主站之间依次传递。得到令牌即取得总线控制权，成为主动站。在任意时间只有1个主站是主动站，它可以向从站或其它主站发送通信请求。10.3Profibus网络10.3.3Profibus的总线存取技术10.3Profibus网络10.3.4Profibus-DP总线的设备分类1类DP主站（DPM1）：系统的中央控制器，包括集成了DP接口的PLC、带有DP主站功能通信处理器的PLC站、插有PROFIBUS网卡的PC等，注意，S7-200PLC只能作为DP从站。2类DP主站（DPM2）是DP网络中的编程、诊断、管理设备；DP从站负责输入信息采集和输出信息发送，只与组态它的DP主站交换数据。10.3Profibus网络10.3.5Profibus-DP网络组态组态的核心任务是构建主站系统（mastersystem）；mastersystem由主站和若干分配给它的从站组成；1个Profibus子网上可以有多个mastersystem；非智能从站的I/O地址由STEP7自动分配；智能从站（例如S7-300PLC）的I/O地址需要单独组态；10.3Profibus网络10.3.5Profibus-DP网络组态主站和智能从站的硬件配置过程与前文所述相同；Profibus-DP网络组态过程的前期步骤与MPI网络组态过程相似：建立项目、选择子网（Profibus）、子网属性设置、选择加入子网的站等；点击将要做为主站的PLC，在HW-Config界面组态DP主站系统；10.3Profibus网络10.3.5Profibus-DP网络组态在HW-Config界面，首先组态主站的硬件配置；当选定主站的CPU（带集成DP接口）或选定带DP接口的CP后，STEP7自动弹出PROFIBUS接口属性对话框，可选择需要连接的子网，并设置节点地址；组态完毕，在HW-Config界面出现Profibus主站系统画面，通过选择需要的分布式I/O设备，可以组建一个DP主站系统；10.3Profibus网络10