S7-200可编程控制器的通信与网络

第第99章章S7S7--200200可编程控制器的通信与网络可编程控制器的通信与网络苏州科技学院苏州科技学院机电系机电系郝万君郝万君[e-mail][e-mail]第第99章章S7S7--200200可编程控制器的通信与网络可编程控制器的通信与网络‹了解通信及网络基础的相关知识‹掌握S7系列PLC的网络类型及配置‹熟练掌握S7-200网络及应用‹熟悉自由口模式下PLC与计算机通信‹会使用USS指令与变频器的通信学习目标：教学内容：9.1通信及网络基础9.2S7系列PLC的网络类型及配置9.3S7-200网络及应用9.4自由口模式下PLC与计算机通信9.5使用USS协议库的S7-200与变频器的通信第第99章章S7S7--200200可编程控制器的通信与网络可编程控制器的通信与网络‹随着计算机网络通信技术的发展，自动控制方式有传统的集中控制向多级分布式方向发展，PLC的通信和联网功能越来越强。西门子自动化网络9.19.1通信及网络基础通信及网络基础9.19.1通信及网络基础通信及网络基础‹在实际工作中，无论是计算机之间还是计算机的CPU与外部设备之间常常要进行数据交换。‹不同的独立系统由传输线路互相交换数据便是通通信信，构成整个通信的线路称之为网络网络。‹通信的独立系统可以是计算机、PLC或其他有数据通信功能的数字设备，称为DTE（DataTerminalEquipment）。‹传输线路的介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤或无线电波等。返回9.1.19.1.1数据通信方式数据通信方式设备1设备2‹1.数据传输方式:并行通信设备1设备2传送数据10110011T3T4T5T6T7T2T111110001)按照传输数据的时空顺序，数据的通信可分为并行通信和串行通信两种：¾¾并行通信并行通信：所传送数据的各位同时发送或接收（速度快、传输线多、适合近距离）。¾¾串行通信：串行通信：所传送的数据按顺序一位一位地发送或接收（比并行慢、成本低、长距离）。¾通信距离小于30m宜用并行，大于30宜用串行。（并：PC-打印机、主机扩展模块,串：PC-PLC、PLC-PLC）串行通信9.1.19.1.1数据通信方式数据通信方式¾(2)串行通信按信息传输格式分为同步通信同步通信和异步通信异步通信™™异步通信异步通信：异步传送也称起止式传送，它是利用起止法来达到收发同步的（传输效率低，主要用于中、低速通信）。™™同步传送同步传送：由定时信号（时钟）来实现收发端的同步。同步传送在数据开始处就用同步字符来指示，接下去就是连续数据；数据以一组数据（数据块）为单位传送，数据块中每个字节不需要起始位和停止位。传送所需的软硬件价格是异步通信8-12倍。‹1.数据传输方式: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异步通信异步通信同步问题的重要性同步问题的重要性：同步不好，误码或系统不能正常工作。9.1.19.1.1数据通信方式数据通信方式‹2.数据传送方向:¾按串行通信的数据在通信线路进行传送的方向可分为单工、半双工和全双工通信方式三种:™™单工通信方式单工通信方式：单工通信就是指数据的传送始终保持同一个方向，而不能进行反向传送。™™半双工通信方式半双工通信方式：半双工通信就是指信息流可以在两个方向上传送，两端都具有发送、接收功能，但同一时刻只限于一个方向传送。™™全双工通信方式全双工通信方式：全双工通信能在两个方向上同时发送和接收。发送和接收由不同发送、接收器来完成。new9.1.19.1.1数据通信方式数据通信方式‹单工、半双工、全双工示意图广播对讲机电话9.1.19.1.1数据通信方式数据通信方式‹3.波特率:¾波特率：即数据传送速率，表示每秒钟传送二进制代码的位数，它的单位是bit/s（bps）。¾假如数据传送速率是120字符/s，而每个字符包含10个代码位（一个起始位、一个终止位、8个数据位）。这时传送的波特率为：10b/字符×120字符/s=1200b/s指传送的有效数据9.1.19.1.1数据通信方式数据通信方式‹4.传送介质:¾目前普遍使用的传送介质有：同轴电缆、双绞线、光缆，其它介质如无线电、红外微波等在PLC网络中应用很少。其中双绞线（带屏蔽）成本低、安装简单；光缆尺寸小、质量轻、传输距离远，但成本高、安装维修需专用仪器。9.1.19.1.1数据通信方式数据通信方式‹串行通信接口:¾RS-232C接口：1969年由美国电子工业协会（EIA）所公布的串行通信接口标准。它采用按位串行的方式，单端发送、单端接收。标准连接器有25针、9针。25个引脚并没用满，最简单只需3根，最多不超22根。300、600、1200、4800、9600、19200bps；通信距离近，15-30米。¾RS-422接口：传输线采用差动接收和差动发送方式传送数据，有较高的通信速率（波特率可达10MB以上）和较强的抗干扰能力，适于远距离传输，工厂应用多（全双工）。¾RS-485接口：传输线采用差动接收和平衡发送的方式传送数据，有较高的通信速率（波特率可达10MB以上）和较强的抑制共模干扰能力（半双工）。区别在于RS-422用两对差分信号线，RS-485只用一对差分信号线。9.1.29.1.2网络概述网络概述‹将具有独立功能而又分散在不同地理位置的多台计算机，通过通信设备和通信线路连接起来构成的计算机系统称为计算机网络。‹PLC与计算机之间或多台PLC之间也可直接或通过通信处理器构成网络，以实现信息交换；各PLC或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场进行分散控制，再用网络连接起来，组成集中管理的分布式网络。‹互连和通信是网络的核心，网络的拓扑结构、传输控制、传输介质和通道利用方式是构成网络的四大要素。返回‹‹1.1.数据通信的网络拓扑结构数据通信的网络拓扑结构::¾¾树形结构：树形结构：结构中处于较高位置的站点控制位于它下面的那些站点的数据通信。¾¾总线形结构：总线形结构：利用总线把所有节点连接起来，其特点是所有站点共享一个公共通信总线。¾¾星形结构：星形结构：以中央节点为中心与各个节点连接组成，网络中任何两个节点要进行通讯都由中央控制站点控制并转换。¾¾环路结构：环路结构：以环行网中各节点首尾顺序连接。9.1.29.1.2网络概述网络概述9.2S79.2S7系列系列PLCPLC的网络类型及配置的网络类型及配置‹简单网络：指以个人计算机为主站，一台或多台同型号的PLC为从站，组成简易集散控制系统。在这种系统中，个人计算机充当操作站，实现通信管理、显示、报警、监控、编程及操作等功能，而多台PLC负责控制任务；PLC也可以作为主站，其他多台同型号PLC作为从站，构成主从式网络。‹多级复杂网络：现代大型工业企业PLC控制系统中，一般采用多级网络的形式。不同PLC厂家的自动化系统网络结构的层数及各层的功能分布有所差异。9.2.1PLC9.2.1PLC网络类型网络类型返回9.2S79.2S7--200200系列系列PLCPLC的网络类型及配置的网络类型及配置9.2.1PLC9.2.1PLC网络类型网络类型返回1级2级3级4级5级6级企业长期生产经营决策规划企业短期生产计划及业务经营车间在线作业管理过程控制与监督设备控制参数检测与执行器驱动管理控制国际标准化组织（ISO）对企业自动化系统确立了初步的模型。（2）多级网络‹现代大型工业企业中，一般采用多级网络的形式，可编程序控制器制造商经常用生产金字塔结构来描述其产品可实现的功能。这种金字塔结构的特点是：上层负责生产管理，底层负责现场检测与控制，中间层负责生产过程的监控与优化。9.2S79.2S7--200200系列系列PLCPLC的网络类型及配置的网络类型及配置9.2.29.2.2通信协议通信协议¾¾通用协议：通用协议：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8.7所示。‹PLC网络中使用的通信协议有通用协议和公司专用协议返回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通用协议模型9.2.29.2.2通信协议通信协议‹PLC网络中使用的通信协议有通用协议和公司专用协议¾¾公司专用协议：公司专用协议：低层子网和中层子网一般采用公司专用协议，尤其是最底层子网，由于传送的是过程数据及控制命令，这种信息较短，但实时性要求高。公司专用协议的层次一般只有物理层、链路层及应用层，而省略了通用协议所必须的其他层，信息传送速率快。返回‹1.字符数据格式‹2.网络层次结构‹3.通信类型及协议‹4.通信设备S7S7--200200通信及网络通信及网络9.2S79.2S7--200200系列系列PLCPLC的网络类型及配置的网络类型及配置1.1.字符数据格式字符数据格式（（11））1010位字符数据位字符数据‹传送数据由1个起始位、8个数据位、无校验位、一个停止位组成。传送速率一般为9600波特。（（22））1111位字符数据位字符数据‹传送数据由1个起始位、8个数据位、1个偶校验位、一个停止位组成。传送速率一般为9600波特或19200波特。9.2S79.2S7--200200系列系列PLCPLC的网络类型及配置的网络类型及配置工业以太网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S7-300S7-300S7-200S7-200S7-200S7-200S7系列的网络结构图‹西门子公司的生产金字塔由4级组成，由下到上依次：¾过程测量与控制级、¾过程监控级、¾工厂与过程管理级、¾公司管理级。2.2.网络层次结构网络层次结构9.2S79.2S7--200200系列系列PLCPLC的网络类型及配置的网络类型及配置‹PLC网络常用通信协议¾¾PPIPPI协议协议：PPI（Point-to-Point）通信协议是西门子专门为S7-200系列PLC开发的一个通信协议。用于对S7-200的编程；S7-200之间，S7-200与HMI产品之间的通信。两芯屏蔽双绞线、PC/PPI电缆联网，9.6k、19.2k¾¾MPIMPI协议协议：MPI（Multi-Point）允许主—主通信和主—从通信，S7-200可以通过通信接口连接到MPI网上，主要应用于S7-300/400CPU与S7-200通信的网络中。¾¾ProfibusProfibus协议协议：Profibus协议通常用于实现分布式I/O设备（远程式I/O）的高速通信。这些设备从简单的输入输出模块、到电机控制器、可编程控制器。S7-200CPU通过EM277Profibus-DP扩展模块连接。9.2S79.2S7--200200系列系列PLCPLC的网络类型及配置的网络类型及配置9.2.29.2.2通信协议通信协议‹PLC网络常用通信协议：¾¾用户自定义协议（自由口通信模式）用户自定义协议（自由口通信模式）：自由口通信(FreeportMode)模式是指CPU串行通信口可由用户程序控制，自定义通信协议。¾¾USSUSS协议协议：USS(UniversalSerialInterface,即通用串行通信接口)是西门子专为驱动装置开发的通信协议。西门子传动产品（变频器等）通信的一种协议。S7-200提供USS协议的指令，用户使用这些指令很方便地实现对变频器的控制。¾¾TCP/IPTCP/IP协议协议：通过以太网扩展模块CP243-1和互联网扩展模块CP243-1IT，S7-200将能支持TCP/IP以太网通信。9.2.39.2.3通信设备通信设备‹与S7-200相关的主要有以下网络设备及自由口通信设备：¾通信口；S7-200主机带有