PLC的通信及网络.ppt

本章介绍了网络通信的基本概念及所采用的数据传送方式，重点介绍了S7-200 PLC通信功能及协议，通过举例说明S7-200 PLC通信网络的构成与实现，并讲解了通信指令的使用。通过对本章的学习，应能根据需要配置S7-200 PLC通信网络，通过网络读写指令或自由口指令实现其通信。,第8章 PLC的通信及网络,第8章 PLC的通信及网络,8.1SIEMENS工业自动化控制网络8.2S7-200串行通信网络及应用8.3通信指令及应用,8.1.1 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。,8.1.1 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传输和异步传输，是按发送端和接收端同步技术的不同划分的。异步传送：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。数据以字符（帧）为单位发送，每个字符由4部分组成：起始位（0）、数据位、校验位、停止位（1，可以是1位、2位）。,8.1.1 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传输和异步传输，是按发送端和接收端同步技术的不同划分的。同步传送：同步传送在数据开始处就用同步字符（通常为12个）来指示。由时钟实现收发端同步，一旦检测到同步字符，就连续按顺序传递数据。数据以数据块形式传送，不需要起始位和停止位，所以效率比较高，但是价格比较贵。,8.1.1 数据通信方式,2.数据传送方向:,在通信线路，按照数据传送的方向可分为单工、半双工和全双工通信三种方式:单工通信方式：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：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：能在两个方向上同时发送和接收。,8.1.1 数据通信方式,单工、半双工、全双工示意图,广播,对讲机,电话,8.1.1 数据通信方式,3.波特率:,在串行通信中，用波特率来描述数据的传输速率。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）。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,8.1.1 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。,8.1.1 数据通信方式,5.串行通信接口:,RS-232C接口：1969年由美国电子工业协会EIA（E1ectronic Industries Association）所公布的串行通信接口标准。是工控计算机普遍配置的接口。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：最常用的的串行通信协议，使用双绞线作为传输介质。RS-422与RS-485的区别：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。,8.1.2 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。,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：通过一条总线电缆作为传输介质，各节点通过接口接入总线。其特点是所有站点共享一个公共通信总线。在底层S7-200 PLC的网络中，一般采用总线型结构。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。环路结构：以环行网中各节点首尾顺序连接形成。,8.1.2 网络概述,8.1.2 网络概述,网络拓扑结构示意图：,树形 总线形 星形 环形图 网络拓扑结构图,8.1.3 S7系列PLC的网络类型,主站：可以主动发起数据通信，读/写其他站点的数据。从站：从站不能主动发起通信，进行数据交换，只能响应主站的访问，提供或接收数据。从站不能访问其他从站。设备在网络中是作为主站还是从站是由通信协议决定的。安装编程软件的PC一定是通信主站；所有的HMI也是主站，与S7-200 PLC通信的S7-300/400 PLC也是主站；S7-200 CPU在读写其他S7-200 CPU数据时就是主站；在多数情况下，S7-200PLC在通信网络中是作为从站出现的，它响应主站的数据请求。S7-200 CPU使用自由口通信模式时，既可以做主站，也可以做从站。,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。,8.1.3 S7系列PLC的网络类型,8.1 SIEMENS工业自动化控制网络,8.1.1SIEMENS PLC网络的层次结构8.1.2网络通信设备8.1.3通信协议,8.1.1SIEMENS PLC网络的层次结构,6.PROFIBUS-DP通信模块,现代大型工业企业中，一般采用多级工业控制网络。PLC的制造商通常采用企业自动化网络金字塔模型来描述产品可实现的性能。自动化网络金字塔的特点是上层负责生产管理，中间层负责生产过程的监控和优化，底层负责现场的检测和控制。S7系列自动化网络金字塔由四级组成，由上到下分别是。通过3层工业控制总线将这4级子网连接起来。,6.PROFIBUS-DP通信模块,最高层是工业以太网，是一种开放式网络，可以连接到互联网使用通用协议。中间层是工业现场总线PROFIBUS，用于车间级和现场级的国际标准，是不依赖生产厂家的、开放式的现场总线。传输速率最高为12Mbit/s，使用屏蔽双绞线电缆时最长通信距离是9.6km，最多可接127个从站。最底层是AS-i总线。是传感器和执行器通信的国际标准，属于主从式网络，主要负责现场传感器和执行器的通信。,8.1.2 网络通信设备,1.通信口2.网络连接器3.通信电缆4.CP通信卡5.网络中继器6.PROFIBUS-DP通信模块7.工业以太网CP243-1通信处理器8.工业以太网CP243-2通信处理器,1.通信口,端口0、端口1 RS-485引脚与PROFIBUS对应关系表,1.通信口,通信口：S7-200主机带有一或两个串行通信口，是标准的RS485 9针D型接口。接口引脚见图。,2.网络连接器,将多个设备很容易地连接到网络中，西门子公司提供两种网络连接器：一种标准网络连接器和一种带编程接口的连接器。网络连接器的开关在ON位置时，表示内部有终端匹配和偏置电阻。在OFF位置时表示未接终端电阻。接在网络两个末端的连接器必须有终端匹配和偏置电阻，所以开关放在ON位置。,3.通信电缆,PROFIBUS网络电缆 现场PROFIBUS总线使用屏蔽双绞线电缆(2)PC/PPI电缆 一端是RS-485接口，一端是RS-232C接口，用于连接PLC和计算机等其他设备。(3)PPI多主站电缆 一端是RS-485接口，一端是RS-232C接口或USB接口，用于连接PLC和计算机等其他设备。,计算机上安装了STEP7软件后，计算机被默认为网络的主站，可通过PPI电缆或CP通信卡与S7-200 PLC通信。与PPI电缆相比，CP通信卡能获得相当高的通信速率，并支持多种通信协议，但价格较高。,4.CP通信卡,4.CP通信卡,STEP7-Micro/WIN支持的CP通信卡和协议,5.网络中继器,使用中继器可以延长网络通信距离，增加接入网络的设备，并能隔离不同的网段，提高网络通信质量。在一个串联网络中，最多可使用9个中继器，每个中继器最多可增加32个设备，网络总长度不能超过9600米。,6.PROFIBUS-DP通信模块,EM277 PROFIBUS-DP通信模块用来将S7-200 PLC连接到PROFIBUS-DP网络，PROFIBUS-DP网络通常由一个主站和多个从站组成。EM277通过DP通信端口连接到PROFIBUS-DP网络中的一个主站，通过串行I/O总线连接到S7-200 CPU模块。EM277模块上的DP从站端口可按9.6kbit/s12Mbit/s的波特率运行。,7.工业以太网CP243-1通信处理器,利用CP243-1通信处理器可将S7-200 PLC连接到工业以太网（IE）中。S7-200 PLC通过以太网与其他S7-200 交换数据。CP243-1在出厂时，预设了唯一的MAC地址，而且不能被改变，从而唯一标识CP243-1相连的站点。,8.工业以太网CP243-2通信处理器,CP243-2是专门为S7-200 CPU22*设计的用于与AS-i总线连接的连接部件。CP243-2作为AS-i的主站，最多可以连接31个AS-i从站。每个S7-200 CPU最多可以同时处理两个CP243-2，每个CP243-2的AS-i网络上最多能有124个数字量输入和124个数字量输出，因此通过CP243-2和AS-i网络可以增加S7-200 CPU处理的输入/输出数字量。,8.1.3通信协议,1.通用协议 主要是Ethernet协议，用于管理级的信息交换。包括以太网协议、AS-i协议。2.公司专用协议,2.公司专用协议,(1)PPI协议(2)MPI协议(3)PROIBUS协议(4)自由口协议,2.公司专用协议-PPI协议,PPI（Point-to-Point Interface）协议用于点对点接口，它是一个主/从协议。其特点是从站不能主动发送信息，主站给从站发送申请或查询时，从站才对其进行响应。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。S7-200 PLC可以作为PPI主站，此时可用相关的通信指令NETR、NETW来读写其它S7-200中的数据，同时它还可以作为从站来响应其它主站的申请或查询。,2.公司专用协议-MPI协议,MPI（Multi-Point Interface）协议适用于多点接口，可以是主/主协议或主/从协议，协议操作有赖于设备类型。S7-200可以通过通信接口连接到MPI网上，主要应用于S7-300/400 CPU与S7-200通信的网络中。S7-300/400 CPU都默认为网络主站，如果网络中只有S7-300/400 CPU，则建立主/主连接。如果设备中有S7-200 CPU，则可建立主/从连接，S7-200 CPU是从站。,3.公司专用协议-PROIBUS协议,PROFIBUS协议用于分布式I/O设备（远程I/O）的高速通信。该协议的网络使用RS-485标准双绞线，适合多段、远距离高速通信。PROFIBUS网络通常有一个主站和几个I/O从站。如果网络中有第二个主站，它只能很有限制地访问第一个主站的从站。S7-200 CPU可以通过EM 277 Profibus-DP扩展模块的方法连接到Profibus-DP协议支持的网络中。,自由口协议（自由口通信模式）：自由口通信(Freeport Mode)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。通用协议-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。,3.公司专用协议 自由口协议,8.2S7-200串行通信网络及应用,8.2.1S7系列PLC产品组建的几种典型网络8.2.2在编程软件中设置通信参数,8.2.1S7系列PLC产品组建的几种典型网络,1.仅仅使用S7-2002.使用S7-200、S7-300/400设备配置网络3.PROFIBUS网络配置,1.仅仅使用S7-200,(1)单主站单从站PPI网络(2)多主站单从站PPI网络(3)复杂的PPI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：,(1)单主站单从站PPI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。,(2)多主站单从站PPI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。,(3)复杂的PPI网络,复杂的PPI网络。图给出了一个点对点通信的有多个从站的多主站网络实例。,2.使用S7-200、S7-300/400设备配置网络（1）,图中所示为包含3个主站的网络，S7-300和S7-400PLC 可以采用MPI协议并通过网络读写指令来读写S7-200的数据。MPI协议不支持S7-200作主站运行。,2.使用S7-200、S7-300/400设备配置网络（2）,如果通信波特率超过187kbit/s，S7-200PLC必须通过EM277模块与网络相连，计算机必须通过通信卡与网络相连。,3.PROFIBUS网络配置,S7-315-2 DP是一种具有一个MPI通信口和一个PROFIBUS-DP通信口的S7-300 CPU，是PROFIBUS网络的主站，S7-200 PLC通过EM277作为PROFIBUS网络的从站。ET200是分布式I/O系统。,8.2.2在编程软件中设置通信参数,1.STEP7-Micro/WIN参数的设置2.安装或删除通信接口3.S7-200通信参数的设置,1.STEP7-Micro/WIN参数的设置,在计算机桌面：单击STEP7-Micro/WIN 32图标,在STEP7-Micro/WIN 32 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（Set PG/PC Interface）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/PPI Cable（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（Local Connecting）”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。,2.安装或删除通信接口,3.S7-200通信参数的设置,1）在STEP7-Micro/WIN界面上单击左侧导引条中的“系统块”图标，或双击指令树的“通信”文件夹中的“通信端口”图标，将弹出“系统块”对话框。2）为S7-200 PLC设置站地址、网络最高站地址、波特率、间隙刷新因子等参数。3）下载系统块到S7-200 PLC。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。,3.S7-200通信参数的设置,8.3 通信指令及应用,8.3.1网络读、写指令及应用8.3.2自由口通信指令及应用,8.3.1网络读、写指令及应用,1.网络指令2.控制寄存器和传送数据表3.NETR/NETW指令应用举例,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。,1.网络指令,网络读指令梯形图：语句表：NETR TBL,PORT 功能：当EN=1时，初始化通信操作，通过指定端口PORT从远程设备上读取数据并保存在数据表TBL中。,1.网络指令,网络写指令梯形图：语句表：NETW TBL,PORT 功能：当EN=1时，初始化通信操作，通过指定端口PORT向远程设备发送数据表TBL中的数据。,2.控制寄存器和传送数据表,(1)控制寄存器(2)传送数据表,(1)控制寄存器,将特殊标志寄存器SMB30和SMB130的低2位设置为2#10，其他位为0，即SMB30和SMB130的值为16#02，则可将S7-200 CPU设置为PPI主站模式。,(2)传送数据表,1)数据表(TBL)格式2)状态字节,S7-200执行网络读写指令时，PPI主站与从站之间的数据以传送数据表的格式传送，数据表的格式如表所示。,(2)传送数据表-数据表格式,(2)传送数据表-状态字节,3.NETR/NETW指令应用举例,网络结构格式,图中所示网络，计算机是主站，在RUN方式下，CPU224在应用程序中允许PPI主站模式，CPU221默认为PPI从站模式，主站CPU224 可以利用NETR和NETW指令来不断读写CPU221中的数据。操作要求：站3：默认为从站，对I0.0的通断不断计数，并存放在VB300中。站2：设置为主站，通过通信端口不断读取站3的VB300中的计数值，当计数值达到5时，通过通信端口对其清零。,3.NETR/NETW指令应用举例,网络结构格式,3.NETR/NETW指令应用举例,接收和发送缓冲区设置,8.3.2 自由口通信指令及应用,1.自由口通信指令2.相关寄存器及标志3.用XMT指令发送数据4.用RCV指令接收数据5.用接收字符中断接收数据6.自由口通信举例一7.自由口通信举例二,1.自由口通信指令,发送指令梯形图：语句表：XMT TBL,PORT 功能：当EN=1时，在自由口通信模式下通过指定端口PORT将数据缓冲区TBL发送到远程设备。,1.自由口通信指令,接收指令梯形图：语句表：RCV TBL,PORT 功能：当EN=1时，在自由口通信模式下通过指定端口PORT从远程设备上读取数据存储于数据缓冲区TBL。,2.相关寄存器及标志,(1)控制寄存器(2)特殊标志位及中断(3)特殊功能存储器,(1)控制寄存器,用特殊标志寄存器中的SMB30和SMB130的各个位分别配置通信口0和通信口1，为自由通信口选择通信参数，如波特率、奇偶校验和数据位等。SMB30控制和设置通信端口0，如果S7-200 PLC上有通信端口1，则用SMB130来进行控制和设置。要注意的是：当选择MM=10（PPI/主站模式），PLC将成为网络的一个主站，可以执行NETR和NETW指令。在 PPI模式下忽略27位。,(2)特殊标志位及中断,接收字符中断：中断事件号为8(端口0)和25(端口1)。发送信息完成中断：中断事件号为9(端口0)和26(端口1)。接收信息完成中断：中断事件号为23(端口0)和24(端口1)。发送结束标志位SM4.5和SM4.6：分别用来标志端口0和端口1发送空闲状态，发送空闲时置1。,(3)特殊功能存储器,执行接收指令（RCV）时用到一系列特殊功能存储器。对端口0用SMB86到SMB94；对端口1用SMB186到SMB194。,3.用XMT指令发送数据,用XMT指令可以方便地发送1255个字符，如果有一个中断服务程序连接到发送结束事件上，在发送完缓冲区的最后一个字符时，会产生一个发送中断(对端口0为中断事件9，对端口1为中断事件26)。可以通过检测发送完成状态位SM4.5或 SM4.6的变化，判断发送是否完成。,4.用RCV指令接收数据,RCV指令支持的几种起始条件如下：1)空闲线检测：il=1，sc=0，bk=0，SMW90(或SMW190)0。2)起始字符检测：il=0，sc=1，bk=0，忽略SMW90(或SMW190)。3)break检测：il=0，sc=0，bk=1，忽略SMW90(或SMW190)。,4.用RCV指令接收数据,4)对一个信息的响应：il=1，sc=0，bk=0，SMW90(或SMW190)=0。5)break和一个起始字符：il=0，sc=1，bk=1，忽略SMW90(或SMW190)。6)空闲和一个起始字符：il=1，sc=1，bk=0，SMW90(或SMW190)0。,结束字符检测：ec=1，SMB89/SMB189=结束字符。2)字符间超时定时器超时：c/m=0，tmr=1，SMW92/SMW192=字符间超时时间。3)信息定时器超时：c/m=1，tmr=1，SMW92/SMW192=信息超时时间。,RCV指令支持的几种结束信息的方式如下：,4.用RCV指令接收数据,4)最大字符计数：当信息接收功能接收到的字符数大于SMB94(或SMB194)时，信息接收功能结束。5)校验错误：当接收字符出现奇偶校验错误时，信息接收功能自动结束。6)用户结束：用户可以通过将SM87.7(或SM187.7)设置为0来终止信息接收功能。,4.用RCV指令接收数据,5.用接收字符中断接收数据,自由口协议支持用接收字符中断控制来接收数据。端口每接收一个字符会产生一个中断：端口0产生中断事件8，端口1产生中断事件25。在执行连接到接收字符中断事件上的中断程序前，接收到的字符存储在SMB2中，奇偶校验状态(如果允许奇偶校验)存储在SMB3中，用户可以通过中断访问SMB2和SMB3来接收数据。端口0和端口1共用SMB2和SMB3。,6.自由口通信举例一,网络结构,7.自由口通信举例二,采用自由口模式对S7-200编程，完成通信任务时注意以下几点：(1)通信线路冲突(2)电缆切换时间的处理(3)数据校验(4)结束字符与数据字符混淆,本章要求掌握网络通信的基本概念及所采用的数据传送方式，S7-200 PLC通信功能及协议，应能根据需要架构和配置S7-200 PLC通信网络，通过网络读写指令或自由口指令实现其通信。,小结,