工业通信网络.ppt

讲解内容：第八章S7-200PLC网络通讯技术及应用 8.1 工业网络结构 8.2 工业通讯网络基础知识 8.3 S7-200PLC通讯网络概述 8.4 S7-200PLC的通讯接口及网络部件 8.5S7-200PLC通讯指令及应用 8.6通讯网络设计注意事项学习说明：本章是学习PLC程序设计知识。重点掌握：1 工业通信网络的串行通信 2 S7-200PLC的PPI、自由口通信协议3 S7-200PLC的PPI、自由口网络结构4 PPI、自由口通信指令及其应用5 工业通信网络设计要点,现代电器与PLC技术第八章,8.1 工业网络结构,1、工业网络定义：工业网络是指应用于工业的计算机网络。具体地说，工业网络是在一个企业范围内，将信号检测和数据传送、处理、计算、控制等设备或系统连接在 一起，以实现企业内部的资源共享，信息管理、过程控制、经营决策，并能够访问企业外部资源和提供有限的外部访问，使得企业的生产、管理和经营能够高效地协调运作，从而实行企业集成管理和控制的一种网络环境。,8.1 工业网络结构,2、工业网络系统的层次结构：1）按网络系统分：2)按网络功能分：,8.2通信网络的基础知识,8.2.1数据编码,返回本章首页,8.2通信网络的基础知识,8.2.2数据的通信方式(数据流动方向)1.单工通信方式 2.半双工通信方式3.全双工通信方式,8.2通信网络的基础知识,8.2.3数据传输方式1.并行传输和串行传输并行传输:一个数据的所有位同时传送。每个数据位都需要一条单独的传输线，信息由多少二进制位组成就需要多少条传输线，如下图a所示。串行传输：数据的各个不同位分时使用同一条传输线，从低位开始一位接一位按顺序传送，数据有多少位就需要传送多少次，如图b所示。,a并行传输,b串行传输,8.2通信网络的基础知识,8.2.3数据传输方式(续)2.同步传输和异步传输异步传送：允许传输线上的各个部件有各自的时钟，在各部件之间进行通信时没有统一的时间标准，相邻两个字符传送数据之间的停顿时间长短是不一样的，它是靠发送信息时同时发出字符的开始和结束标志信号来实现的，如下图所示。优点：硬件结构简单，传送效率低，主要用于中低速的通信,a并行传输,异步传输,8.2通信网络的基础知识,8.2.3数据传输方式(续)2.并行传输和串行传输同步传送：发送方和接收方应使用同一个时钟脉冲。以字节为单位同步传送，每次传送1-2个同步字符、若干个数据字节和校验字符。同步字符的作用:起联络作用，用他来通知接收方开始接收数据。优点：传输效率较高缺点：软、硬件价格高，是异步传送的8-12倍。,8.2通信网络的基础知识,8.2.4传输介质传送介质:同轴电缆、双绞线、光缆、无线电、红外微波、微波等.,8.2通信网络的基础知识,8.2.5主要拓扑结构,环形,树形,总线型,星形,8.2通信网络的基础知识,8.2.6串行通信接口串行通信接口类型：RS232接口、RS422接口、RS485接口（1）RS232接口：RS232采用负逻辑，最大通信距离为15米，最高传输速率为20bit/s，只能进行一对一通信，既单端发送单端接收。（2）RS422接口：采用差动接收、差动发送的方式传送数据，全双工工作方式，抗干扰能力高，传送距离远。（3）RS485接口：采用差动接收、平衡发送的方式传送数据，半双工工作方式，抗干扰能力高，传送距离远。,8.2通信网络的基础知识,8.2.6串行通信接口串行通信接口类型：RS232接口、RS422接口、RS485接口（1）RS232接口：RS232采用负逻辑，最大通信距离为15米，最高传输速率为20bit/s，只能进行一对一通信，既单端发送单端接收。（2）RS422接口：采用差动接收、差动发送的方式传送数据，全双工工作方式，抗干扰能力高，传送距离远。（3）RS485接口：采用差动接收、平衡发送的方式传送数据，半双工工作方式，抗干扰能力高，传送距离远。,8.2通信网络的基础知识,8.2.7通信协议通信协议定义：通信双方如何交换信息所建立的一些规定和过程，称为通信协议。通信协议的类型：通用协议、公司专用协议,8.3.1西门子公司网络结构,8.3S7-200PLC通信网络概述,8.3.2S7-200PLC支持的通信协议,1.通信协议及几个基本概念,1）通讯协议,8.3.2S7-200PLC支持的通信协议（续）,1.通信协议及几个基本概念（续）,（2）主站和从站主站：可以主动发起数据通信、读/写站点的数据。从站：从动不能主动发起通信，进行数据交换，只能响应主站的访问，提供或接收数据，从站不能访问主站。（3）单主站网络和多主站网络单主站网络：只有一个主站，其他通讯设备都处于从站通信模式的网络。多主站网络：一个通讯网络中有多个通讯主站，称为多主站网络。（4）服务器和客户端：服务器提供智能设备的相关数据，客户端则作为数据使用方从服务器请求服务。即服务器总是等待客户端发出数据访问。（5）编程通信和数据通信编程通信：使用编程软件，通过各种网络，最终多S7-200的CPU进行各种编程操作。数据通信：S7-200PLC之间或与其他通信对象之间，进行数据通信的，不一定支持编程通信方式,8.3S7-200PLC通信网络概述,8.3.2S7-200PLC支持的通信协议（续）,2.编程通信,S7-200的编程通信方式：（1）通过PC/PPI电缆，与单个或者网络中的CPU通信口（或EM277通信口）通信。（2）通过CP（通信处理器）卡，与单个或者网络中的CPU通信口（或EM277通信口）通信。（3）通过本地计算机上安装的Modem(调制解调器），经过公共或内部电话网，与安装EM241模块的CPU通信。（4）通过本地计算机上的以太网卡，经过以太网与安装了CP243-1以太网模块的CPU通信。（5）通过PC Adapter USB(S7-300/400USB口串行编程电缆）与CPU通信口（或EM277通信口）通信。（6）使用PC/PPI电缆连接PC和PLC进行通讯。,8.3S7-200PLC通信网络概述,8.3.2S7-200PLC支持的通信协议（续）,3.数据通信方式,（1）S7-200PLC之间通信。（2）S7-200PLC与S7-300/400PLC之间的通信。（3）S7-200PLC与西门子变频器之间的通信。（4）S7-200PLC与其他上位机软件间的通信。（5）S7-200PLC与第三方PLC之间的通信。（6）S7-200PLC与第三方HMI之间的通信。（7）S7-200PLC与第三方变频器之间的通信。（8）S7-200PLC与其他串行通信设备之间的通信。,8.3S7-200PLC通信网络概述,8.3.3S7-200PLC通信接口及网络部件,1.通信口,（1）S7-200PLC CPU上的通信口：CPU221、CPU222、CPU224有一个RS485口。CPU224XP、CPU226有二个RS485口。（2）S7-200CPU上的通信口支持的通信协议：PPI协议：MPI协议：自由口协议（3）S7-200CPU上的通信口所连接的设备,8.3S7-200PLC通信网络概述,8.3.3S7-200PLC通信接口及网络部件,1.通信口,（3）S7-200CPU上的通信口所连接的设备安装了编程软件Micro/WIN的编程计算机；其他S7-200CPU的通信口7-300/400的MPI通信口西门子的HMI设备OPC Server(PC Access V1.0)其他串行通信设备第三方HMI,8.3S7-200PLC通信网络概述,8.3.3S7-200PLC通信接口及网络部件,2.网络连接器,网络连接器的类型：网络连接器的优点：（1）连接器中集成有终端电阻，可以方便地接入或去除；（2）可以快速方便地连接数据线和屏蔽线；（3）提供独立的输入和输出电缆接口；（4）当接入终端电阻时，输出电缆端自动隔离；（5）带编程口的连接器提供方便的诊断和编程工具连接接口。,8.3S7-200PLC通信网络概述,8.3.3S7-200PLC通信接口及网络部件,3.通信距离和中继器,1）网端通信最大长度,8.3S7-200PLC通信网络概述,8.3.3S7-200PLC通信接口及网络部件,3.通信距离和中继器,2）中继器的作用（1）增加网络长度（2）增加设备数量（3）电气隔离,8.3S7-200PLC通信网络概述,4.电缆,标准的PROFIBUS-DP A型电缆数据,8.4.1PPI通信1、PPI通道PPI通信网络：点对点通信。PPI通信支持的波特率：9.6kbit/s 19.2kbit/s 187.5kbit/s注意：在一个网络中最多只能有32个主站。,8.4S7-200PLC的通信与网络配置,8.4.1PPI通信2、PPI网络配置举例1）单主站的PPI网络 2）多主站的PPI网络3）复杂的PPI网络,8.4S7-200PLC的通信与网络配置,8.4.2自由口模式通信特点：自由口模式通信用户通过程序对通信口进行操作，用户自己定义通信协议，该通信方式使通信的范围大大增大，使控制系统的配置更加灵活。自由口模式通信的波特率：1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500bit/s,8.4S7-200PLC的通信与网络配置,8.4.3 MPI通信特点：多点通信，MPI协议可以是主/从协议，也可以是主/主协议。8.4.4PROFIBUS总线8.4.5AS-i总线特点:它通过高柔性和高可靠性的单根电缆把现场具有通信能力的传感器和执行器方便的连接起来,组成AS-i网络。8.4.6工业以太网S7-200与以太网通信的模块:CP243-1、CP243-1 IT,8.4S7-200PLC的通信与网络配置,8.5.1 网络读、写指令及应用S7-200CPU网络读写指令的作用：用于S7-200CPU之间的通信，网络读写指令只能在网络中充当主站PLC执行，从站PLC不必作通讯编程，只需准备通讯数据。一、指令格式1.网络读NETR（Network Read)的指令格式 梯形图 语句表 NETR TBL,PORT,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,指令功能:NETR，网络读指令。使能输入有效时，可以通过指令指定的通信口（PORT），从另外的S7-200PLC上接收数据并将接收到的数据存储到指定的缓冲区表（TBL）中。NETR指令最多可从远程站点上读16个字节的信息。TBL：缓冲区首字节;PROT：CPU226为1或0、其余为0,8.5.1 网络读、写指令及应用2.网络写NETW(Network Write)指令格式 梯形图 语句表 NETW TBL,PORT,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,NETW网络读指令。使能输入有效时，可以通过指令指定的通信口（PORT）将数据表TBL中的数据发送到从站的远程设备。NETW指令最多可向远程站点上写16个字节的信息。TBL：缓冲区首字节;PROT：CPU226为1或0、其余为0,3、网络读/写指令使用说明,1）TBL指定被读写的网络通信数据表，寻址的寄存器为VB、BM、*VD、*AC。2）PROT指定通信口0或1。3）同一个PLC的用户程序中可以有任意条网络读写指令，但同一时刻只能有最多8条网络读指令或网络写指令激活。4）在西门子S7网络中，S7-200被默认为PPI从站。要执行网络读写指令，必须用程序把S7-200设置成主站模式，SMB30对应端口0，SMB130对应端口1。5）NETR/NETW指令:主要应用与PPI协议网络读写指令操作。,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,二、控制寄存器和传送数据表,1.控制寄存器将特殊标志寄存器中的SMB30和SMB130的低2位置为2#10，其他位为0，即SMB30和SMB130的值为16#2，则可以控制将S7-200 CPU设置为PPI主站模式。2.传送数据表（1）数据表格式执行网络读写指令时，PPI主站与从站之间的数据以数据表的格式传送。传送数据表的格式描述如表8.4所示。,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,TBL表8.4 传送数据表格型式,远程站被访问数据的字节数1-16,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,3.状态字节传送数据表中的第一个字节为状态字节，各位及其的含义如下：,D:操作已完成为,0=未完成、1=完成A:激活,0=未激活、1=已激活E：错误，0=无错误、1=有错误E1、E2、E3、E4错误编码。如果执行指令后E位为1，则由这4位返回一个错误码。这4位组成的错误编码及含义如表8.5所示。,激活：读写操作是否有效，有效为1，无效为0,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,表8.5 错误编码,返回本节,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,4.网络读/写指令程序组成,1）主程序：调用初始化子程序、执行网络读写指令。2）初始化子程序：初始化通信口，为读写指令准备数据缓冲区（1）将SMB130、SMB30后两位设置为10（2）清除网络读写指令缓冲区的状态字节（3）装入远程站的地址（4）装入远程站数据缓冲区的首字节地址的地址（5）装入数据长度,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,三、读写指令应用实例,有一简单网络，结构如下图8.17所示。其中TD200为主站，在RUN模式下，CPU 224在用户程序中允许PPI主站模式，可以利用NETR和NETW指令来不断读写两个CPU 221模块中的数据。,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,操作要求：站4要读写两个远程站（站2和站3）的状态字节和计数值（分别放在VB100和VW101中）。如果任一远程站的计数值达到200，站4将发生一定动作，并将该远程站的计数值清0，重新计数。CPU 224通信端口号为0，从VB200开始设置接收和发送缓冲区。读缓冲区从VB200开始，写缓冲区从VB250开始，内容如表8.6所示。该网络通信用户程序如图8.18所示。,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,表8.6 缓冲区设置,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,图8.18 网络程序实例（1）,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,图8.18网络程序实例（2）,返回本节,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,图8.18 网络程序实例（2）,8.5.2发送与接收指令及应用 一、发送与接收指令1.发送与接收指令(XMT/RCV指令)的作用:XMT/RCV指令作用：主要应用于自由通信模式下以及控制变频器的USS协议指令。自由通信口：S7-200的串行通信口可以由用户程序进行控制，这种操作模式称为自由端口模式。注意；只有CPU处于RUN状态，才能进行自由端口通信,返回本章首页,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,8.5.2发送与接收指令及应用 2.发送与接收指令(XMT/RCV指令)的格式:1)发送指令 梯形图:语句表:XMT TBL,PROT,返回本章首页,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,指令功能:。使能输入有效时，通过通信端口PORT将数据表TBL中的数据发送到远程设备。发送缓冲区（数据表）TBL的格式如表8.8所示:,8.5.2发送与接收指令及应用 2.发送与接收指令(XMT/RCV指令)的格式:2)接收指令 梯形图:语句表:RCV TBL,PROT,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,指令功能:。使能输入有效时，通过通信端口PORT从远程设备上接收数据并放到缓冲区（数据表）TBL。接收缓冲区TBL的格式如表8.9所示：,8.5.2发送与接收指令及应用 4.端口的初始化与控制字节,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,8.5.2发送与接收指令及应用 5.特殊存储器字节接收信息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。各字节及内容描述如下表所示:,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,8.5.2发送与接收指令及应用 6.特殊标志位及中断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,该位的状态为1表示发送空闲状态。2)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）。,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,8.5.2发送与接收指令及应用 二、发送与接收指令应用举例 1.控制要求用本地CPU 224的输入信号I0.0上升沿控制接收来自远程CPU 224的20个字符，接收完成后，信息又发回对方,当发送完成后用本地CPU的输出信号Q0.1进行提示。2.参数设置自由口通信模式。通信协议为：波特率9600，无奇偶校验，每字符8位,SBM30=16#9。接收和发送用同一缓冲区，首地址为VB200。,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,8.5.2发送与接收指令及应用 二、发送与接收指令应用举例 3.程序主程序如图8.19所示。实现的功能是初始化通信口及缓冲区，建立中断联系，并开放全局中断。,8.5S7-200PLC的通信指令及应用举例,图8.19主程序：,图8.20 自由口通信例（中断程序）,中断程序0,接收完产生中断事件,中断程序1,发送完产生中断,1、使用符合要求的电缆和连接器，并按规范操作；2、保持通信端口之间的共模电压差在一定范围内；3、电磁干扰；4、屏蔽端的连接；5、软件设计注意事项。,8.6通信网络注意事项,