第9章S7-200可编程控制器的通信与网络

电气控制与PLC应用（第二版）主编：陈建明副主编：王亭岭孙标参编：熊军华裴素萍巫付专第9章S7-200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9章S7-200可编程控制器的通信与网络9.1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信，构成整个通信的线路称之为网络。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9.1.1数据通信方式1.数据传输方式:(1)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：并行通信：所传送数据的各位同时发送或接收。串行通信：所传送的数据按顺序一位一位地发送或接收。9.1.1数据通信方式1.数据传输方式:(2)串行通信按信息传输格式分为同步通信和异步通信: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。同步传送：同步传送在数据开始处就用同步字符（通常为1～2个）来指示。9.1.1数据通信方式2.数据传送方向: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：半双工通信就是指信息流可以在两个方向上传送，但同一时刻只限于一个方向传送。全双工通信方式：全双工通信能在两个方向上同时发送和接收。9.1.1数据通信方式单工、半双工、全双工示意图广播对讲机电话9.1.1数据通信方式3.比特率:比特率：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）。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波特率：即调制速率，指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示，其单位为波特(Baud)。波特率与比特率的关系为：比特率=波特率X单个调制状态对应的二进制位数。9.1.1数据通信方式4.传送介质: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。9.1.1数据通信方式串行通信接口:RS-232C接口：1969年由美国电子工业协会EIA（E1ectronicIndustriesAssociation）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。RS-422接口：传输线采用差动接收和差动发送的方式传送数据，也有较高的通信速率（波特率可达10MB以上）和较强的抗干扰能力。RS-485接口：是RS-422的变型。区别在于RS-485采用的是半双工传送方式，RS-422采用的是全双工传送方式；RS-422用两对差分信号线，RS-485只用一对差分信号线。9.1.2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.数据通信的网络拓扑结构: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。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。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。环路结构：以环行网中各节点首尾顺序连接形成。9.1.2网络概述9.1.2网络概述网络拓扑结构示意图：树形总线形星形环形图10-3网络拓扑结构9.2S7系列PLC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。9.2.1PLC网络类型返回9.2.2通信协议在PLC网络中使用的通信协议有通用协议和公司专用协议两大类：通用协议：在PLC网络的各个层次中，高层子网中一般采用通用协议，如PLC网之间的互连及PLC网与其他局域网的互连，这表明工业网络向标准化和通用化发展的趋势。公司专用协议：子网内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。返回9.2.2通信协议PLC网络常用通信协议：PPI协议：PPI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。MPI协议：MPI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。Profibus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。9.2.2通信协议PLC网络常用通信协议：用户自定义协议（自由口通信模式）：自由口通信(FreeportMode)模式是指CUP串行通信口可由用户程序控制，自定义通信协议。Profibus协议：S7-200CPU可以通过EM277Profibus-DP扩展模块的方法连接到Profibus-DP协议支持的网络中。PLC在Profibus总线中通常担任一类或二类主站，与I/O从站组成主－从模式。TCP/IP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。9.2.3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：通信口；S7-200主机带有一或两个串行通信口（RS485）。网络连接器；RS485或书中P266图9-6。通信电缆；主要有Profibus和PC/PPI电缆（485~232）。网络中继器；是网络的一个节点，但无地址。调制解调器；模~数转换，实现远距离通信。Profibus-DP通信模块；EM277工业以太网CP243-l通信处理器；用于连接以太网。工业以太网CP243-2通信处理器；用于连接AS-I从站。EM241MODEM模块；远程智能模块。返回9.2.4S7系列PLC产品组建的几种典型网络S7系列PLC常见的通信网络主要有把计算机或编程器作为主站、把操作面板作为主站和把PLC作为主站等类型，这几种类型中又可分为：单主站PPI；编程站可以通过PC/PPI电缆或者通信卡（CP）与S7-200可以组成单主站PPI网络进行通信（书中图9-9）。多主站PPI；编程站通过PC/PPI电缆或者通信卡（CP）与S7-200可以组成多主站单从站PPI网络。（书中图9-10）复杂的PPI网络；支持点对点通信（书中图9-11）。返回9.2.4S7系列PLC产品组建的几种典型网络单主站PPI；编程站可以通过PC/PPI电缆或者通信卡（CP）与S7-200可以组成单主站PPI网络进行通信。单主站PPI网络9.2.4S7系列PLC产品组建的几种典型网络多主站PPI；编程站通过PC/PPI电缆或者通信卡（CP）与S7-200可以组成多主站单从站PPI网络。只带一个从站的多主站9.2.4S7系列PLC产品组建的几种典型网络多主站PPI；编程站通过PC/PPI电缆或者通信卡（CP）与S7-200可以组成多主站单从站PPI网络。多个从站和多个主站9.2.4S7系列PLC产品组建的几种典型网络复杂的PPI网络。图9-12和图9-13给出了一个点对点通信的有多个从站的多主站网络实例。点对点通信9.2.4S7系列PLC产品组建的几种典型网络复杂的PPI网络。图9-12和图9-13给出了一个点对点通信的有多个从站的多主站网络实例。HMI设备及点对点通信9.2.5通信参数的设置不同的网络配置其通信参数的设置是不同的，要进行通信参数设置，应先运行STEP7-Micro/WIN32软件进入“通讯设定”对话框。可通过单击“引导条”中的“通讯”图标进入该对话框。进入“设置PG/PC接口（SetPG/PCInterface）”对话框后即可按以下步骤进行安装或删除通信接口操作。返回9.2.5通信参数的设置在计算机桌面：单击STEP7-Micro/WIN32图标在STEP7-Micro/WIN32运行时单击“通讯”图标，出现“通讯”对话框，见下图（图9-19）。双击“通讯设定”对话框中右上角的PC/PPI电缆图标，出现“设置PG/PC接口（SetPG/PCInterface）对话框。（如图9-20所示）单击“设置PG/PC接口”对话框中的“Properties”按钮，出现“PC/PPI电缆属性（Properties-PC/PPICable（PPI））”对话框.“PC/PPI电缆属性”对话框的“PPI”选项中对本站（STEP7-Micro/WIN）地址（默认设置为0，一般不需改动）、通信超时进行设定；可选择使用PPI高级和多主站网络；可对网络传输速率、网络最高站址进行选择。点击“本地连接（LocalConnecting）”选项，可选择计算机的通信口以及选择是否使用调制解调器进行通信。9.2.6S7-200的参数设置设置好通信参数后，也应根据需要为S7-200进行参数设置，主要包括：站地址、波特率、间隔更新系数等参数的设置(主站或从站?)。下载系统块到S7-200之前，需确认STEP7-Micro/WIN32的通信口的参数与当前S7-200的参数是否匹配，主要看站地址、波特率等参数是否一致，下载成功后，可打开“通讯设定”对话框并双击该对话框右上角的刷新图标搜寻并连接网络上的S7-200。返回9.3S7-200网络及应用S7-200之间经常采用PPI协议进行通信。S7-200默认运行模式为从站模式，但在用户应用程序中可将其设置为主站运行模式与其他从站进行通信，在S7-200PLC作为主站时,可用相关网络指令(NETR、NETW)对其他从站中的数据进行读写。9.3.1网络指令及应用返回9.3S7-200网络及应用1.网络指令NETR：网络读指令，使能输入有效时，指令初始化通信操作，通过通信口PORT从远程设备上接收数据并形成接收缓冲区数据表TBL。指令格式：NETRTBL，PORTNETW：网络写指令，使能输入有效时，指令初始化通信操作，通过通信口PORT将发送缓冲区数据表TBL中的数据发送到远程设备。指令格式：NETWTBL，PORT图9-18网络指令9.3S7-200网络及应用2.控制寄存器和传输数据表与网络指令有关的特殊标志寄存器为SMB30和SMB130,具体见附录A。将特殊标志寄存器SMB30和SMBl30的低2位设置为2#10，其他位为0，即SMB30和SMBl30的值为16#02，则可将S7-200设置为PPI主站模式。