S71200PLC編程及應用第4版課件第6章

1、第6章 S7-1200的通信與故障診斷6.1 網絡通信基礎6.1.1 計算機通信的國際標準 1開放系統互連模型 開放系統互連模型詳細描述了通信功能的7個層次，某些現場總線只使用第1、2、7層。物理層的下面是物理媒體，例如雙絞線和光纖等。物理層定義了傳輸媒體端口的機械、電氣功能和規(guī)程的特性。 數據鏈路層的數據以幀為單位傳送，每一幀包含數據和同步信息、地址信息和流量控制信息等。通過校驗、確認和要求重發(fā)等方法實現差錯控制。 應用層為用戶的應用服務提供信息交換，為應用接口提供操作標準。第6章 S7-1200的通信與故障診斷6.1 網絡通信基 2. IEEE 802通信標準 （1）CSMA/CD （帶沖

2、突檢測的載波偵聽多路訪問 ）的基礎是以太網。 每個站都是平等的，為了防止沖突，采用“先聽后講”和“邊聽邊講”的發(fā)送方法。其控制策略是競爭發(fā)送、廣播式傳送、載體監(jiān)聽、沖突檢測、沖突后退和再試發(fā)送。以太網越來越多地在底層網絡使用。 （2）令牌總線 令牌繞邏輯環(huán)周而復始地傳送。要發(fā)送報文的站等到令牌傳給自己，判斷為空令牌時才能發(fā)送報文。令牌沿環(huán)網循環(huán)一周后返回發(fā)送站時，如果報文已被接收站復制，發(fā)送站將令牌置為“空”，送上環(huán)網繼續(xù)傳送，以供其他站使用。 （3）主從通信方式 主從通信網絡有一個主站和若干個從站。主站向某個從站發(fā)送請求幀，該從站接收到后才能向主站返回響應幀。主站按事先設置好的輪詢表的排列順

3、序對從站進行周期性的查詢。 3現場總線及其國際標準 IEC對現場總線的定義是“安裝在制造和過程區(qū)域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線”。 2. IEEE 802通信標準 IEC 61158第4版采納了經過市場考驗的20種現場總線。其中約一半是實時以太網。西門子公司支持類型3（PROFIBUS）和類型10（PROFINET）。 IEC 62026是供低壓開關設備與控制設備使用的控制器電氣接口標準。西門子公司支持執(zhí)行器傳感器接口（AS-i）。6.1.2 SIMATIC通信網絡 1SIMATIC NET 西門子的工業(yè)自動化通信網絡SIMATIC NET的頂層為工

4、業(yè)以太網，可以集成到互聯網。 PROFIBUS用于少量和中等數量數據的高速傳送。AS-i是底層的低成本網絡。 通用總線系統KNX用于樓宇自動控制。IWLAN是工業(yè)無線局域網。各個網絡之間用鏈接器或有路由器功能的PLC連接。 MPI（多點接口）是SIMATIC產品使用的內部通信協議，可以建立傳送少量數據的低成本網絡。PPI（點對點接口）是用于S7-200和S7-200 SMART的通信協議。點對點（PtP）通信用于特殊協議的串行通信。 2PROFINET PROFINET是基于工業(yè)以太網的開放的現場總線標準。使用PROFINET IO，現場設備可以直接連接到以太網。通過代理服務器，PROFINE

5、T可以透明地集成現有的PROFIBUS設備。 IEC 61158第4版采納了經過市場考驗的20種現 PROFINET的實時(RT)通信功能典型的更新循環(huán)時間為110ms。同步實時（IRT）功能用于高性能的同步運動控制，響應時間為0.251ms。IRT通信需要特殊的交換機的支持。PROFINET同時用一條工業(yè)以太網電纜實現IT集成化領域、實時自動化領域和同步實時通信。 PROFINET支持故障安全通信的標準行規(guī)PROFIsafe和驅動器配置行規(guī)PROFIdrive。 3PROFIBUS PROFIBUS是是基于RS-485的上一代的現場總線，傳輸速率最高12Mbit/s，最多可以接127個從站。

6、PROFIBUS提供了下列3種通信服務： 1） PROFIBUS-DP (分布式外部設備)用于PLC與分布式I/O（例如ET 200）的通信。主站之間的通信為令牌方式，主站與從站之間為主從方式。 2）PROFIBUS-PA(過程自動化)用于過程自動化的現場傳感器和執(zhí)行器的低速數據傳輸，可以用于防爆區(qū)域的設備與PLC的通信。使用屏蔽雙絞線電纜，由總線提供電源。 3）PROFIBUS-FMS (現場總線報文規(guī)范) 已被以太網代替，用得很少。 此外還有用于運動控制的總線驅動技術PROFIdrive和故障安全通信技術PROFIsafe。 PROFINET的實時(RT)通信功能典型的更新循環(huán)6.2 基于

7、以太網的開放式用戶通信 S7-1200/1500的CPU集成的PROFINET接口是10M/100Mbit/s的RJ45以太網口，可以使用標準的或交叉的以太網電纜。支持PROFINET、開放式用戶通信和S7通信。6.2.1 S7-1200之間的ISO-on-TCP和TCP協議通信 1開放式用戶通信 基于CPU集成的PN接口的開放式用戶通信用功能塊建立和斷開通信連接，發(fā)送和接收數據。TSEND_C和TRCV_C同時具有建立、斷開連接和發(fā)送、接收數據的功能。 2組態(tài)CPU的硬件 生成項目“1200_1200ISO_C”，兩臺PLC為CPU 1215C，PN接口的IP地址為默認的和，子網掩碼為默認的

8、。啟用MB0做它們的時鐘存儲器字節(jié)。 3組態(tài)CPU之間的通信連接 打開網絡視圖，用“拖拽”的方法連接PLC_1和 PLC_2的以太網接口，出現綠色的以太網線和名稱為“PN/IE_1”的連接。6.2 基于以太網的開放式用戶通信 4驗證通信是否實現的典型程序結構 雙方生成保存發(fā)送和接收數據的數據塊DB1（SendData）和DB2（RcvData），去掉“優(yōu)化的塊訪問”屬性。在數據塊中生成有100個整數元素的數組。 在OB100中用指令FILL_BLK將雙方DB1中要發(fā)送的100個整數初始化為16#1111和16#2222，將保存接收到的數據的DB2的100個整數清零。 在OB1中用周期為0.5s

9、的時鐘存儲器位M0.3的上升沿，將要發(fā)送的第一個字DB1.DBW0加1。圖6-3 數據塊SendData與OB100中的程序 4驗證通信是否實現的典型程序結構圖6-3 數據塊 5調用TSEND_C和TRCV_C 在OB1中調用TSEND_C指令發(fā)送數據，調用TRCV_C指令接收數據，自動生成它們的背景數據塊。 6組態(tài)連接參數 選中指令TSEND_C，然后選中下面的巡視窗口的“屬性 組態(tài) 連接參數”，伙伴的“端點”設為PLC_2，連接類型為ISO-on-TCP。 單擊“本地”的“連接數據”下拉式列表中的“”，自動生成連接描述數據塊“PLC_1_Send_DB”（DB5）。用同樣的方法生成PLC_

10、2的接描述數據塊“PLC_2_Send_DB”（DB5）。 用單選框設置PLC_1主動建立連接。采用默認的傳輸服務訪問點TSAP。PLC_2組態(tài)“連接參數”的對話框與圖6-6的結構相同。 5調用TSEND_C和TRCV_C 7TSEND_C和TRCV_C的參數 TSEND_C的參數的意義如下：在請求信號REQ的上升沿，根據DB5中的連接描述發(fā)送數據。發(fā)送成功后，DONE在一個掃描周期內為1。CONT為1時建立和保持連接，為0時斷開連接。LEN為默認值0時，發(fā)送DATA定義的所有的數據。COM_RST為1時，斷開現有的通信連接，新的連接被建立。BUSY為1時任務尚未完成。ERROR為1時出錯，S

11、TATUS中是錯誤的詳細信息。 指令TRCV_C的EN_R為1時準備好接收數據，CONT和EN_R均為1時連續(xù)接收數據。RCVD_LEN是實際接收的數據的字節(jié)數。圖6-5 TSEND_C和TRCV_C指令 7TSEND_C和TRCV_C的參數圖6-5 T 8硬件通信實驗的典型方法 通過交換機或路由器連接計算機和兩塊CPU的以太網接口，下載程序后令兩塊CPU為RUN模式。用監(jiān)控表監(jiān)視兩塊CPU的DB2中接收到的部分數據。 將兩塊CPU的TSEND_C和TRCV_C的參數CONT（M10.1和M11.1）均置位為1，建立起通信連接。雙方的DB2.DBW0應不斷增大。 通信正常時令M10.1或M11

12、.1為0，建立的連接被斷開，CPU將停止發(fā)送或接收數據。接收方的DB2.DBW0停止變化。 9仿真實驗 選中PLC_1，單擊工具欄上的“開始仿真”按鈕 ，出現S7-1200的仿真軟件，下載程序后仿真PLC進入RUN模式。用同樣的方法將PLC_2的程序下載到另一臺仿真PLC。調試程序的方法與硬件PLC相同。 使用TCP協議的通信： 將項目另存為名為“1200_1200TCP_C”的項目。將“連接類型”改為TCP，“伙伴端口”為默認的2000，用戶程序和組態(tài)數據不變。兩個項目的實驗方法和實驗結果相同。 8硬件通信實驗的典型方法 6.2.2 S7-1200之間的UDP通信 1組態(tài)連接參數 項目“12

13、00_1200UDP”的硬件結構與上一節(jié)的相同。通信雙方在OB1中用指令TCON建立連接，用指令TDISCON斷開連接。 選中TCON，然后選中巡視窗口的“屬性 組態(tài) 連接參數”，設置通信伙伴為“未指定”，連接類型為UDP。不能設置“主動建立連接”單選框。 單擊“連接數據”下拉式列表中的“”，自動生成連接描述數據塊“PLC_1 _ Connection _DB”（DB4）。本地端口號采用默認的2000。 雙方組態(tài)“連接參數”的對話框的結構相同。6.2.2 S7-1200之間的UDP通信 2生成定義UDP連接參數的數據塊 在“添加新塊”對話框生成類型為TADDR_Param的全局數據塊DB7，將

14、它的名稱修改為“接口參數”。UDP連接需要用DB7來設置遠程通信伙伴的IP地址和端口號，雙方的本地端口號應相同。在程序運行過程中修改DB7中通信伙伴的IP地址和端口號，可以和不同的伙伴通信。 3編寫發(fā)送與接收數據的程序 在OB1中調用TUSEND和TURCV指令。在M0.3的上升沿，每0.5s TUSEND發(fā)送一次DB1中的數據。TURCV的接收使能輸入EN_R為TRUE，準備好接收數據，接收的數據用DB2保存。LEN為默認值0時，發(fā)送或接收用參數DATA定義的所有的數據。RCVD_LEN是實際接收的數據字節(jié)數。參數ADDR的實參為DB7。其他參數的意義與TSEND_C和TRCV_C的同名參數

15、相同。圖6-10 發(fā)送與接收數據的程序 2生成定義UDP連接參數的數據塊 圖6-10 發(fā) 4通信實驗 UDP通信不能仿真。用以太網電纜連接計算機和兩塊CPU的以太網接口，將用戶程序和組態(tài)信息分別下載到兩塊CPU，令它們處于運行模式。 用雙方的監(jiān)控表分別監(jiān)控兩塊CPU的TCON和TDISCON指令的REQ輸入M10.0和M10.4，以及DB2中接收到的DBW0、DBW2和DBW198。 用DB7設置遠程通信伙伴的IP地址和端口號，運行時用監(jiān)控表令雙方的TDISCON的REQ為0，在TCON的REQ（M10.0）的上升沿，建立起通信連接，開始傳輸數據?？梢杂肨DISCON指令的請求信號M10.4的

16、上升沿斷開連接，停止數據傳輸。 4通信實驗6.2.3 S7-1200與S7-300/400之間的開放式用戶通信 1S7-1200與S7-300/400的以太網通信概述 S7-1200與S7-300/400集成的PN接口之間的開放式用戶通信可以使用ISO-on-TCP、TCP和UDP協議?？梢杂肧TEP 7 V5.5對S7-300/400編程。本節(jié)主要介紹S7-300/400基于博途的開放式用戶通信。 2S7-300/400的組態(tài)與編程 項目“300_1200ISO_C”的PLC_1為CPU 314-2PN/DP，PLC_2為CPU 1215C。它們的IP地址分別為和。啟用雙方的MB0為時鐘存儲

17、器字節(jié)。為PLC_1生成DB1和DB2，在數據塊中分別生成有100個整數元素的數組。不啟用“優(yōu)化的塊訪問”屬性。在OB100中預置DB1中要發(fā)送的數據區(qū)，將DB2中保存接收到的數據的數據區(qū)清0。6.2.3 S7-1200與S7-300/400之間的開放 在循環(huán)周期為0.5s的OB33中，用ADD指令將要發(fā)送的第一個字DB1.DBW0加1。在OB1中調用指令TCON建立連接，調用TDISCON斷開連接。DB3是組態(tài)連接時生成的連接描述數據塊。選中TCON，然后選中下面的巡視窗口的“屬性 組態(tài) 連接參數”。設置通信伙伴的“端點”為“未指定”，IP地址為。連接類型為TCP，由S7-300主動建立連接

18、，本地端口號采用默認的2000。 在OB1中調用TSEND，每0.5s發(fā)送一次DB1中的100個整數；調用TRCV接收數據，將接收到的100個整數保存到DB2。LEN是發(fā)送或接收的最大字節(jié)數，RCVD_LEN是實際接收到的字節(jié)數。 3S7-1200的組態(tài)與編程 PLC_2的OB1中調用TSEND_C和TRCV_C的程序與圖6-5中的基本上相同。組態(tài)“連接參數”的對話框與圖6-12的結構相同，只是“本地”與“伙伴”列的內容相互交換，由伙伴主動建立連接。 在循環(huán)周期為0.5s的OB33中，用ADD指令將要發(fā) 4通信實驗 通信實驗的方法和結果與項目“1200_1200 ISO_C”的基本上相同。用監(jiān)

19、控表監(jiān)控雙方數據的收、發(fā)，和DB2中接收到的數據。 5使用TCP連接的通信 項目“300_1200ISO_C”與“300_1200TCP_C”基本上相同。將連接類型改為“TCP”，采用默認的伙伴端口2000。 S7-1200和S7-300/400之間也可以使用UDP協議通信。 4通信實驗6.3 S7協議通信6.3.1 S7-1200之間的單向S7協議通信 1S7協議 S7協議是專為西門子控制產品優(yōu)化設計的通信協議，它是面向連接的協議。連接是指兩個通信伙伴之間為了執(zhí)行通信服務建立的邏輯鏈路。S7連接是需要組態(tài)的靜態(tài)連接，靜態(tài)連接要占用CPU的連接資源。S7-1200 僅支持 S7 單向連接。 單

20、向連接中的客戶機（Client）是向服務器（Server）請求服務的設備，客戶機調用GET/PUT指令讀、寫服務器的存儲區(qū)。服務器是通信中的被動方，用戶不用編寫服務器的S7通信程序，S7通信是由服務器的操作系統完成的。 2創(chuàng)建S7連接 在名為“1200_1200IE_S7”的項目中，PLC_1為客戶機，PLC_2為服務器。采用默認的IP地址和子網掩碼。組態(tài)時啟用MB0為時鐘存儲器字節(jié)。6.3 S7協議通信 打開網絡視圖，單擊按下“連接”按鈕，設置連接類型為S7連接。用“拖拽”的方法建立兩個CPU的PN接口之間的名為“S7_連接_1”的連接。 單擊網絡視圖右邊豎條上向左的小三角形按鈕，打開彈出的

21、視圖中的“連接”選項卡，可以看到生成的S7連接的詳細信息。連接ID為16#100。 選中“S7_連接_1”，再選中巡視窗口的“特殊連接屬性”，勾選復選框“主動建立連接”。選中“地址詳細信息”，可以看到通信雙方默認的TSAP（傳輸服務訪問點）。 如果使用固件版本為V4.0及以上的CPU作為S7通信的服務器，需要選中服務器設備視圖中的CPU，再選中巡視窗口中的“屬性 常規(guī) 防護與安全 連接機制”，勾選“允許來自遠程對象的PUT/GET通信訪問”復選框。 3編寫程序 為PLC_1生成DB1和DB2，為PLC_2生成DB3和DB4，在這些數據塊中生成由100個整數組成的數組。不要啟用數據塊屬性中的“優(yōu)

22、化的塊訪問”功能。 在時鐘脈沖M0.5的上升沿，GET指令每1s讀取PLC_2的DB3中的100個整數，用本機的DB2保存。PUT指令每1s將本機的DB1中的100個整數寫入PLC_2的DB4?？蛻魴C最多可以分別讀取和改寫服務器的4個數據區(qū)。 打開網絡視圖，單擊按下“連接”按鈕，設置連接類型為S PLC_2在S7通信中作服務器，不用為它編寫調用指令GET和PUT的程序。 在雙方的OB100中，預置DB1和DB3中要發(fā)送的100個字，將保存接收到的數據的DB2和DB4中的100個字清0。在雙方的OB1中，用周期為0.5s的時鐘脈沖M0.3的上升沿，將要發(fā)送的第1個字加1。 5仿真實驗 選中項目樹

23、中的PLC_1，單擊工具欄上的“開始仿真”按鈕 ，將程序和組態(tài)數據下載到仿真PLC。選中PLC_2，單擊工具欄上的“開始仿真”按鈕，將程序和組態(tài)數據下載到仿真PLC，二者被切換到RUN模式后，用兩臺PLC的監(jiān)控表監(jiān)控接收到的數據。 PLC_2在S7通信中作服務器，不用為它編寫調用指令6.3.2 S7-1200與其他S7 PLC之間的S7通信 1S7-300作客戶機的S7通信 項目名稱為“300_1200IE_S7”，PLC_1為CPU 314-2PN/DP，PLC_2為CPU 1215C。啟用雙方的MB0為時鐘存儲器字節(jié)。 在網絡視圖中創(chuàng)建S7連接，PLC_1的通信伙伴為“未知”。選中S7連接

24、后選中巡視窗口中的“常規(guī)”，設置伙伴的IP地址為。連接的本地ID為1，為單向連接，由本地站點主動建立連接。本地和伙伴的TSAP分別為10.02和03.00。 為PLC_1生成DB1和DB2，為PLC_2生成DB3和DB4，在這些數據塊中生成由100個整數組成的數組。不要啟用數據塊屬性中的“優(yōu)化的塊訪問”功能。PLC_1做S7通信的客戶機。在它的OB1中調用 GET和PUT指令。 通信的實驗方法與例程“1200_1200IE_S7”相同。不能仿真。 6.3.2 S7-1200與其他S7 PLC之間的S7通信 2 S7-200 SMART作S7通信的服務器 例程“1200_SMART_S7”中，只

25、有做客戶機的CPU 1215C，啟用MB0為時鐘存儲器字節(jié)。 右鍵單擊網絡視圖中CPU的以太網接口，執(zhí)行“添加子網”命令，生成一個名為“PN/IE_1”的以太網。單擊工具欄上的“連接”，設置連接類型為S7連接。右鍵單擊CPU，執(zhí)行“添加新連接”命令。在“創(chuàng)建新連接”對話框中，采用默認的連接類型“S7連接”，默認的連接伙伴為左邊窗口的“未指定”。多選框“主動建立連接”被自動選中，由S7-1200建立連接。單擊“添加”和“關閉”按鈕，新連接被創(chuàng)建。連接的本地ID為16#100，將在編程中使用。 選中S7連接后選中巡視窗口中的“常規(guī)”，設置伙伴的IP地址為。連接的本地ID為1，為單向連接，由本地站點

26、主動建立連接。本地和伙伴的TSAP分別為10.01和03.01。 為CPU 1215C生成DB3和DB4，在數據塊中生成由100個整數組成的數組。不要啟用“優(yōu)化的塊訪問”屬性。 2 S7-200 SMART作S7通信的服務器 在CPU 1215C的OB1中調用指令GET和PUT。S7-200 SMART的V區(qū)被映射為S7-1200的DB1，要讀取的S7-200 SMART的VB100VB299被映射為P#DB1.DBX100.0 INT 100，要寫入的S7-200 SMART的VB300VB499被映射為P#DB1.DBX300.0 INT 100。分別用DB3和DB4保存S7-1200要要

27、寫入服務器的數據和從服務器讀取到的數據。時鐘脈沖M0.5每秒鐘將發(fā)送的第一個字DB3.DBW0加1。在OB100中初始化DB3中的地址區(qū)，將DB4中的各個字清0?！癝MART做服務器.smart”是S7-200 SMART的程序，以太網端口的IP地址為，在OB1中初始化V區(qū)中要發(fā)送的VB100VB299，將保存接收到的數據的VB300VB499清0，每秒鐘將要發(fā)送的第一個字VW100加1。用狀態(tài)圖表監(jiān)控接收到的數據。實驗的方法與項目“1200_1200IE_S7”差不多。 在CPU 1215C的OB1中調用指令GET和PUT6.4 PROFIBUS-DP、PROFINET與AS-i網絡通信 P

28、ROFIBUS-DP與PROFINET屬于主從通信，只需要組態(tài)，就能實現IO控制器和IO設備之間、DP主站和從站之間的周期性通信。6.4.1 S7-1200作IO控制器和DP主站 1PROFINET網絡的組態(tài) S7-1200最多可以帶16個IO設備，最多256個子模塊。新建項目“1200作IO控制器”中，打開網絡視圖，將ET 200S PN的接口模塊IM151-3 PN拖拽到網絡視圖，生成IO設備ET 200SP PN。將電源模塊、DI、2DQ和和2AQ模塊插入14號槽。采用默認的IP地址，設備編號為1。 IO控制器通過設備名稱對IO設備尋址。選中IM151-3 PN的以太網接口，再選中巡視窗

29、口中的“以太網地址”，設置IO設備的名稱為et 200s pn 1。 右鍵單擊網絡視圖中CPU 的PN接口，執(zhí)行菜單命令“添加IO系統”。單擊ET 200S PN上藍色的“未分配”，將它分配給IO控制器。 在ET 200S PN的設備視圖中，打開它的設備概覽。可以看到分配給它的信號模塊的 I、Q地址。用這些地址直接讀、寫ET 200S的模塊。 用同樣的方法生成第二臺IO設備ET 200S PN，將它分配給IO控制器CPU 1215C。插入電源模塊和信號模塊。采用默認的IP地址，設備編號為2。將它的設備名稱改為et 200s pn 2。6.4 PROFIBUS-DP、PROFINET與AS-i

30、2分配設備名稱 如果IO設備中的設備名稱與組態(tài)的設備名稱不一致，連接IO控制器和IO設備后，它們的故障LED亮。右鍵單擊網絡視圖中的1號設備，執(zhí)行快捷菜單命令“分配設備名稱”。單擊 “更新列表”按鈕，“網絡中的可訪問節(jié)點”列表中出現網絡上的兩臺ET 200S PN原有的設備名稱。用“PROFINET設備名稱”選擇框選中組態(tài)的1號設備的名稱。選中IP地址為的可訪問節(jié)點，單擊“分配名稱”按鈕，組態(tài)的設備名稱被分配和下載給1號設備。分配好后，IO設備的狀態(tài)變?yōu)椤按_定”。兩臺IO設備的設備名稱都分配好以后， IO設備和IO控制器上的ERROR LED熄滅。 為了驗證通信是否正常，在OB1中編寫簡單的程

31、序，觀察是否能用IO設備的輸入點控制它的輸出點。 2分配設備名稱S7-1200-PLC編程及應用-第4版課件第6章 3S7-1200做DP主站 S7-1200的DP主站模塊為CM 1243-5，傳輸速率960012Mbit/s。 新建項目“1200作DP主站”。PLC_1為CPU 1215C，打開它的設備視圖，將右邊的硬件目錄窗口的CM 1243-5主站模塊拖拽到CPU左側的101號槽。 DP主站地址為默認值2。 打開網絡視圖，將右邊的硬件目錄窗口的ET 200S的IM151-1標準型接口模塊拖拽到網絡視圖。打開ET 200S的設備視圖，插入電源模塊和信號模塊。右鍵單擊DP主站模塊的DP接口，

32、執(zhí)行快捷菜單命令“添加主站系統”，生成DP主站系統。右鍵單擊ET 200S的DP接口，將它連接到DP主站系統。 用同樣的方法生另一個DP從站ET 200S，插入電源模塊和信號模塊。將該從站連接到DP主站系統。 選中主站和從站的DP接口，可用巡視窗口設置PROFIBUS地址。 打開ET 200S的設備視圖，在設備概覽中可以看到分配給它的模塊的S7-1200的I、Q地址。 3S7-1200做DP主站6.4.2 S7-1200作IO設備和DP智能從站 1生成IO控制器和IO設備 項目“1200做1500的IO設備”的PLC_1（CPU 1511-1 PN）為IO控制器。CPU 1215C是智能IO設

33、備。右鍵單擊網絡視圖中CPU 1511-1 PN的PN接口，執(zhí)行快捷菜單命令“添加IO系統”，生成PROFINET IO系統。 選中網絡視圖中PLC_2的PN接口，再選中巡視窗口中的的“屬性 常規(guī) 操作模式”，勾選復選框“IO設備”，CPU 1215C做智能IO設備。用“已分配的IO控制器”選擇框將IO設備分配給IO控制器PLC_1的PN接口。 2組態(tài)智能設備通信的傳輸區(qū) IO設備的傳輸區(qū)（I、Q地址區(qū)）是IO控制器與智能IO設備的用戶程序之間的通信接口。IO控制器與智能IO設備之間通過傳輸區(qū)自動地周期性地進行數據交換。通信雙方用組態(tài)的Q區(qū)發(fā)送數據，用組態(tài)的 I 區(qū)接收數據。 選中網絡視圖中P

34、LC_2的PN接口，然后選中巡視窗口的“屬性 常規(guī) 操作模式 智能設備通信”，雙擊右邊窗口“傳輸區(qū)”列表中的，在第一行生成“傳輸區(qū)_1”。6.4.2 S7-1200作IO設備和DP智能從站 選中左邊窗口中的“傳輸區(qū)_1”，在右邊窗口定義IO控制器（伙伴）發(fā)送數據的Q區(qū)和智能設備（本地）接收數據的 I 區(qū)。組態(tài)的傳輸區(qū)不能與硬件使用的地址區(qū)重疊。 用同樣的方法生成“傳輸區(qū)_2”，與傳輸區(qū)_1相比，只是交換了地址的I、Q類型，其他參數與圖6-29的相同。圖6-28 組態(tài)好的智能設備通信的傳輸區(qū) 選中左邊窗口中的“傳輸區(qū)_1”，在右邊窗口定義IO控 3編寫驗證通信的程序與通信實驗 在PLC_1的OB

35、100中，給QW130和QW158設置初始值16#1511，將IW130和IW158清0。在PLC_1的OB1中，用時鐘存儲器位M0.3的上升沿，每500ms將要發(fā)送的第一個字QW128加1。PLC_2與PLC_1的程序基本上相同，其區(qū)別在于給QW130和QW158設置的初始值為16#1215。 分別選中PLC_1和PLC_2，下載它們的組態(tài)信息和程序。做好在線操作的準備工作后，右鍵單擊網絡視圖中的PN總線，執(zhí)行“分配設備名稱”命令，用出現的對話框分配IO設備的名稱。用以太網電纜連接主站和從站的PN接口，運行時用監(jiān)控表監(jiān)控雙方接收到IW128、IW130和IW158，檢查通信是否正常。 4S7

36、-1200作DP智能從站 新建項目“1200做DP從站”，PLC_1是是配有DP主站模塊CM 1243-5的CPU 1214C，PLC_2是配有DP從站模塊CM 1242-5的CPU 1215C。在網絡視圖中用拖拽的方法連接主站和從站的DP接口，自動生成DP主站系統。主站和從站的DP站地址分別為默認的2和3。 選中從站模塊的DP接口，然后選中下面的巡視窗口的“屬性 常規(guī) 操作模式 智能從站通信”，生成主站和從站通信用的傳輸區(qū)的方法與生成IO設備的傳輸區(qū)基本上相同。驗證通信的程序和通信實驗也基本上相同。 AS-i是執(zhí)行器-傳感器接口的縮寫， AS-i通信用得很少。 3編寫驗證通信的程序與通信實驗

37、6.5 點對點通信 6.5.1 串行通信概述 1并行通信與串行通信 并行數據通信是以字節(jié)或字為單位的數據傳輸方式，需要多根數據線和控制線，在工業(yè)通信中很少使用。串行數據通信以二進制的位為單位，每次只傳送一位。最少只需要兩根線就可以連接多臺設備，組成控制網絡，可用于距離較遠的場合。 2異步通信 接收方和發(fā)送方的傳輸速率的微小差異產生的積累誤差，可能使發(fā)送和接收的數據錯位。異步通信采用字符同步方式，通信雙方需要對采用的信息格式和數據的傳輸速率作相同的約定。接收方將停止位和起始位之間的下降沿作為接收的起始點，在每一位的中點接收信息。 奇偶校驗用硬件保證發(fā)送方發(fā)送的每一個字符的數據位和奇偶校驗位中“1

38、”的個數為偶數或奇數。接收方用硬件對接收到的每一個字符的奇偶性進行校驗，可以檢驗出傳送過程中的錯誤。可以設置為無奇偶校驗。 傳輸速率單位為bit/s或bps，即每秒傳送的二進制位數。6.5 點對點通信 3單工與雙工通信 方式 單工通信只能沿單一方向傳輸數據，雙工通信的每一個站既可以發(fā)送數據，也可以接收數據。 全雙工方式通信的雙方都能在同一時刻接收和發(fā)送數據。 半雙工方式通信的雙方在同一時刻只能發(fā)送數據或只能接收數據。通信方向的切換過程需要一定的延遲時間。 4串行通信的接口標準 （1）RS-232 RS-232的最大通信距離為15m，最高傳輸速率為20kbit/s，只能進行一對一的通信。RS-2

39、32使用單端驅動、單端接收電路，容易受到公共地線上的電位差和外部引入的干擾信號的影響。 3單工與雙工通信 方式 （2）RS-422 RS-422采用平衡驅動、差分接收電路，因為接收器是差分輸入，兩根線上的共模干擾信號互相抵消。在最大傳輸速率10Mbit/s時，最大通信距離為12m。傳輸速率為100kbit/s時，最大通信距離為1200m，一臺驅動器可以連接10臺接收器。 （3）RS-485 RS-422是全雙工，用4根導線傳送數據。RS-485是RS-422的變形，為半雙工，使用雙絞線可以組成串行通信網絡，構成分布式系統。圖6-38 RS-422通信接線圖 圖6-39 RS-485網絡 （2）

40、RS-422圖6-38 RS-422通信接線圖 6.5.2 點對點通信的組態(tài)與編程 1點對點通信模塊 S7-1200支持使用自由口協議的點對點通信。點對點通信使用RS-485 CM 1241模塊、RS-485 CB 1241通信板和RS-232 CM 1241模塊。它們支持ASCII、USS驅動、Modbus RTU主站協議和Modbus RTU從站協議。 2組態(tài)通信模塊 生成一個名為“點對點通信”的新項目，PLC_1和PLC_2均為CPU 1214C。打開PLC_1的設備視圖，將RS-485模塊拖放到CPU左邊的101號槽。選中該模塊后，選中下面的巡視窗口的“屬性 常規(guī) RS-485接口 I

41、O-Link”，設置通信接口的參數。除了波特率其他參數均采用默認值。 6.5.2 點對點通信的組態(tài)與編程 3設計用戶程序 PLC_1作主站，PLC_2作從站。在啟動信號M2.0為1狀態(tài)時，主站發(fā)送100個字的數據，從站接收到后返回100個字的數據。以后重復上述過程。 輸入參數PORT為通信接口的標識符，可以在通信接口的屬性對話框中找到它。BUFFER是發(fā)送緩沖區(qū)的起始地址，LENGTH是發(fā)送緩沖區(qū)的長度。發(fā)送結束時輸出位DONE為1狀態(tài)。指令執(zhí)行出錯時輸出位ERROR為1狀態(tài)，錯誤代碼在STATUS中。接收完成時Receive_P2P的輸出位NDR為1狀態(tài)，LENGTH中是接收到的報文的字節(jié)數

42、。 在主站的DB1和DB2中分別生成有100個字元素的數組。在OB100中給要發(fā)送的數組元素賦初值，將保存接收到的數據的數組的所有元素清零。在OB1中用周期為0.5s的時鐘存儲器位M0.3的上升沿，將要發(fā)送的第一個字的值加1。 3設計用戶程序 下面是主站的輪詢順序： 1）在Send_P2P指令的REQ信號M2.0的上升沿，啟動發(fā)送過程，發(fā)送DB1中的100個整數。在多個掃描周期內繼續(xù)執(zhí)行該指令，完成報文的發(fā)送。 2）Send_P2P的輸出位DONE（M2.1）為1狀態(tài)時，表示發(fā)送完成，將M2.4置位。用M2.4作為Receive_P2P的接收使能信號EN的實參，反復執(zhí)行Receive_P2P。

43、模塊接收到響應報文后，Receive_P2P指令的輸出位NDR（M2.5）為1狀態(tài)，表示已接收到新數據。 3）在M2.5的下降沿將M2.7置位，返回第1步，重新啟動發(fā)送過程。同時將接收使能信號M2.4復位。在發(fā)送完成時，將M2.7復位。 下面是主站的輪詢順序： 從站接收和發(fā)送數據的程序見圖6-42，其他程序與PLC_1的基本上相同。從站的輪詢順序如下： 1）在OB1中調用Receive_P2P指令，開始時它的使能信號EN為1狀態(tài)。 2）從站接收到請求報文后，Receive_P2P指令的輸出位NDR（M2.5）變?yōu)?狀態(tài)。在M2.5的下降沿將M2.4置位，啟動Send_P2P指令，將DB1中的響

44、應報文發(fā)送給主站。M2.4的常閉觸點斷開，Receive_P2P指令停止接收數據。 3）在響應報文發(fā)送完成時，Send_P2P的輸出位DONE（M2.1）變?yōu)?狀態(tài)，將M2.4復位，停止發(fā)送報文。Receive_P2P的EN輸入變?yōu)?狀態(tài)，又開始準備接收主站發(fā)送的報文。圖6-42 從站的OB1中的程序 從站接收和發(fā)送數據的程序見圖6-42，其他程序與PL 4點對點通信的實驗 用監(jiān)控表將M2.0置為1狀態(tài)后馬上置為0狀態(tài)，啟動主站向從站發(fā)送數據。觀察雙方接收到的第一個字DB2.DBW0的值是否不斷增大，DB2的DBW2和DBW198的值是否與對方在OB100中預置的值相同。 6.6 Modbus

45、 協議通信6.6.1 Modbus RTU主站的編程 1Modbus協議 Modbus串行鏈路協議是主-從協議，采用請求-響應方式。有一個主站，1247個子站。RTU模式用循環(huán)冗余校驗（CRC）進行錯誤檢查，報文最長256B。使用通信模塊CM 1241（RS485）作主站時，最多可以與32個從站通信。 2組態(tài)硬件 生成一個名為“Modbus RTU通信”的項目，主站PLC_1和從站PLC_2的CPU均為CPU 1214C。啟用它們默認的時鐘存儲器字節(jié)MB0。 打開主站PLC_1的設備視圖，將CM 1241（RS485）模塊插入101號槽。選中該模塊以后，選中巡視窗口的“端口組態(tài)”，按圖6-40

46、設置通信接口的參數。 4點對點通信的實驗6.6 Modbus 協議通信 3調用Modbus_Comm_Load指令 必須在OB100中，對每個通信模塊調用一次Modbus_Comm_Load指令，來組態(tài)它的通信接口。參數REQ為請求信號， PORT是通信端口的硬件標識符， BAUD（波特率）為38400bps，PARITY（奇偶校驗位）為0，不使用奇偶校驗校驗。響應超時時間RESP_TO為1000ms，MB_DB的實參是函數塊Modbus_Master的背景數據塊DB3中的靜態(tài)變量MB_DB，DONE為1表示指令執(zhí)行完且沒有出錯。ERROR為1表示檢測到錯誤，參數STATUS中是錯誤代碼。圖6

47、-44 主站OB100中的程序 3調用Modbus_Comm_Load指令 圖6- 生成DB1和DB2，在它們中間分別生成有10個字元素的數組。在OB100中給要發(fā)送的DB1中的10個字賦初值16#1111，將保存接收到的數據的DB2中的10個字清零。在OB1中用周期為0.5s的時鐘存儲器位M0.3的上升沿，將要發(fā)送的第一個字加1。 4調用Modbus_Master指令 該指令用于Modbus主站與指定的從站進行通信。主站可以訪問一個或多個從站。在OB1中兩次調用該指令，讀取1號從站中Modbus地址從40001開始的10個字中的數據，保存到主站的DB2中；將主站DB1中的10個字的數據寫入從

48、站的Modbus地址從40011開始的10個字中。同一個Modbus端口的所有Modbus_Master指令必須使用同一個Modbus_Master背景數據塊。圖6-45 OB1中的Modbus_Master指令 生成DB1和DB2，在它們中間分別生成有10個字元素 5Modbus_Master指令的輸入、輸出參數 在輸入參數REQ的上升沿，請求向Modbus從站發(fā)送數據。MB_ADDR是從站地址（0247）。MODE用于選擇Modbus功能的類型（見表6-1）。DATA_ADDR是要訪問的從站中數據的Modbus起始地址。Modbus_Master指令根據這兩個參數確定Modbus報文中的功

49、能代碼。 DATA_LEN是要訪問的數據長度（位數或字數）。DATA_PTR指針指向CPU的數據塊或位存儲器地址，從該位置讀取數據或向其寫入數據。DONE為1表示指令已完成對Modbus從站的操作。 BUSY為1表示正在處理任務。 ERROR為1狀態(tài)表示檢測到錯誤，參數STATUS提供的錯誤代碼有效。6.6.2 Modbus RTU從站的編程與通信實驗 1組態(tài)從站的RS-485模塊 打開從站PLC_2的設備視圖，將RS-485模塊拖放到CPU左邊的101號槽。 2初始化程序 在OB100中調用Modbus_Comm_Load指令，來組態(tài)串行通信接口的參數。其輸入參數PORT的值為267，MB_

50、DB的實參為Modbus_Slave_DB.MB_DB。生成DB1，不能激活“僅符號地址”屬性。在它中間生成有20個字元素的數組DATA。在OB100中給數組DATA要發(fā)送的前10個元素賦初值16#1111，將保存接收到的數據的數組DATA的后10個元素清零。 5Modbus_Master指令的輸入、輸出參數 3調用Modbus_Slave指令 在OB1中調用Modbus_Slave指令，它用于為Modbus主站發(fā)出的請求服務。開機時執(zhí)行OB100中的Modbus_Comm_Load指令，通信接口被初始化。從站接收到Modbus RTU主站發(fā)送的請求時，通過執(zhí)行Modbus_Slave指令來響

51、應。 它的輸入/輸出參數的意義如下： MB_ADDR是從站地址（1247）。MB_HOLD_REG是指向Modbus保持寄存器數據塊的指針，其實參為DB1中的數組DATA，該數組用來保存供主站讀寫的數據值。DB1.DBW0對應于Modbus地址40001。 NDR為1表示主站已寫入新數據，DR為1表示主站已讀取數據，ERROR為1狀態(tài)表示檢測到錯誤，參數STATUS中的錯誤代碼有效。在OB1中用周期為0.5s的時鐘存儲器位M0.3的上升沿，將要發(fā)送的第一個字“DATA1”的值加1。 3調用Modbus_Slave指令 4Modbus通信實驗 硬件接線圖見下圖。用監(jiān)控表監(jiān)控主站的DB2的DBW0

52、、DBW2和DBW18，以及從站的DB1的DBW20、DBW22和DBW38。 用外接的小開關產生請求信號I0.0的脈沖，啟動主站讀取從站的數據。用主站的監(jiān)控表觀察DB2中主站的DBW2和DBW18讀取到的數值是否與從站在OB100中預置的值相同。多次發(fā)出請求信號，觀察DB2.DBW0的值是否增大。用外接的小開關產生請求信號I0.1的上升沿，啟動主站改寫從站的數據。用從站的監(jiān)控表觀察DB1中改寫的結果。多次發(fā)出請求信號，觀察DBW20的值是否增大。 4Modbus通信實驗6.7 S7-1200與變頻器的USS協議通信 6.7.1 硬件接線與變頻器參數設置 1USS通信 本節(jié)介紹SINAMICS

53、 V20基本型變頻器與S7-1200的USS通信。 2硬件接線 S7-1200配備CM 1241 RS485通信模塊。每個CPU最多可以連接3個通信模塊，建立3個USS網絡。每個USS網絡最多支持16個變頻器。 接線時兩側的0V端子不能就近連接到保護接地網絡，否則可能因為燒電焊燒毀通信設備。6.7 S7-1200與變頻器的USS協議通信 3設置電動機參數 應使用V20內置的基本操作面板來設置變頻器有關的參數。 4設置連接宏、應用宏和其他參數 V20將變頻器常用的控制方式歸納為12種連接宏和5種應用宏，連接宏類似于配方，給出了完整的解決方案。選中連接宏Cn010（USS控制），適當修改Cn010

54、預設的USS通信的參數（見表6-2）。6.7.2 S7-1200的組態(tài)與編程 1硬件組態(tài) 生成一個名為“USS通信”的項目，打開設備視圖，將CM 1241（RS485）模塊拖放到CPU左邊的101號槽。選中該模塊，選中巡視窗口的“端口組態(tài)”，設置波特率為19.2kbit/s，偶校驗。其余的參數采用默認值。 2USS的程序結構 每臺變頻器需要調用一條USS_Drive_Control指令，來監(jiān)控一臺變頻器。所有的USS_Drive_Control指令共同使用調用第一條USS_Drive_Control指令時生成的背景數據塊，每個USS網絡通過這個背景數據塊進行管理。 每個RS-485通信端口使用

55、一條USS_Port_Scan指令，它通過RS-485通信端口控制CPU與所有變頻器的通信，它有自己的背景數據模塊。 3設置電動機參數 3USS_Drive_Control指令 起動位RUN為1時，以設置的速度運行。OFF2為0狀態(tài)，電動機自然停車。OFF3為0狀態(tài)，通過制動快速停車。F_ACK是故障確認位。DIR是方向控制位，DRIVE是變頻器的USS地址（116）。PZD_LEN是過程數據PZD的字數。SPEED_SP是百分數表示的頻率設定值。NDR為1表示新的通信數據準備好。ERROR為1表示發(fā)生錯誤，參數STATUS有效，其它輸出在出錯時均為零。STATUS是請求的狀態(tài)值。位變量RUN

56、_EN為1表示變頻器正在運行。D_DIR用來指示變頻器旋轉的方向。 INHIBIT指示變頻器的禁止位的狀態(tài)。 FAULT為1表示變頻器有故障。 SPEED是百分數表示的輸出頻率實際值。圖6-52 USS_Drive_Control指令 3USS_Drive_Control指令圖6-52 4USS_Port_Scan指令 為確保幀通信的響應時間恒定，應在循環(huán)中斷OB中調用該指令。在S7-1200的系統手冊13.4.2節(jié)“使用USS協議的要求”名為“計算時間要求”的表格中可以查到，波特率為19200 bit/s時，調用USS_Port_Scan指令的時間間隔應為68.2 205ms。所以在循環(huán)時間

57、為150ms的循環(huán)中斷組織塊OB33中調用該指令。 參數PORT為PtP通信端口的標識符，雙字BAUD為波特率，單位為bit/s。USS_DB的實參為USS_Drive_Control的背景數據塊中的靜態(tài)變量USS_DB。指令執(zhí)行出錯時，ERROR為1狀態(tài)，錯誤代碼在STATUS中。6.7.3 S7-1200與變頻器通信的實驗 1PLC監(jiān)控變頻器的實驗圖6-53 USS_Port_Scan指令 4USS_Port_Scan指令圖6-53 US 按圖連接好變頻器與RS485模塊的接線。設置好變頻器的參數，將程序下載到PLC，令PLC運行在RUN模式，用以太網接口監(jiān)控PLC。接通變頻器的電源，用基

58、本操作面板顯示變頻器的頻率。 打開OB1，啟動程序狀態(tài)監(jiān)控功能。用鼠標右鍵菜單設置參數SPEED_SP的值。令OFF2和OFF3為1狀態(tài)，接通I0.0對應的小開關，電動機開始旋轉。頻率由0增大，輸出位RUN_EN為1。令I0.0為0狀態(tài)，電動機停車，RUN_EN變?yōu)?狀態(tài)。運行時斷開I0.1對應的小開關，電動機自然停車。運行時斷開I0.2對應的小開關，電動機快速停車。OFF2和OFF3發(fā)出的脈沖使電動機停車后，需要將RUN由1變?yōu)?，然后再變?yōu)?狀態(tài)，才能再次起動電動機運行。 可以用方向控制位DIR改變電動機旋轉的方向，輸出位D_DIR的值和輸出參數SPEED的符號隨之而變。改變MD10中速度

59、給定值的大小和符號，也可以改變電動機的速度值和方向。 2讀寫變頻器參數的指令 指令USS_Write_Param用于修改變頻器的參數，USS_Read_Param用于從變頻器讀取數據。 按圖連接好變頻器與RS485模塊的接線。設置好變頻器6.8 控制系統的故障診斷6.8.1 與故障診斷有關的中斷組織塊和診斷指令 1診斷中斷組織塊OB82 具有診斷功能并啟用了診斷中斷的模塊，在故障出現或有組件要求維護（事件到達），故障消失或沒有組件需要維護（事件離去），操作系統將會分別調用一次OB82。 2機架故障組織塊OB86 如果檢測到DP主站系統或PROFINET IO系統發(fā)生故障、DP從站或IO設備發(fā)生

60、故障，故障出現和故障消失時，操作系統將分別調用一次OB86。ROFINET智能設備的部分子模塊發(fā)生故障時，操作系統也會調用OB86。 3拔出/插入組織塊OB83 如果拔出或插入已組態(tài)且未禁用的分布式I/O（PROFIBUS、PROFINET 和AS-i）模塊或子模塊，操作系統將調用拔出/插入中斷組織塊OB83。拔出或插入中央模塊將導致CPU進入STOP模式。6.8 控制系統的故障診斷 4CPU對故障的反應 出現與OB82、OB83和OB86有關的故障時，無論是否已對上述OB編程，CPU都將保持在RUN模式?？梢栽谏鲜鼋M織塊中，編寫記錄、處理和顯示故障的程序。中斷組織塊的局部變量提供了故障信息。