s7-200PLC編程及應(yīng)用第6章200

第6章PLC的通信與自動化通信網(wǎng)絡(luò)

6.1計算機通信概述6.1.1串行通信1．并行通信與串行通信

并行數(shù)據(jù)通信以字節(jié)或字為單位傳輸數(shù)據(jù)，已很少使用。

串行數(shù)據(jù)通信每次只傳送二進制數(shù)的一位。最少只需要兩根線就可以組成通信網(wǎng)絡(luò)。2．異步通信與同步通信

接收方和發(fā)送方的傳輸速率的微小差異產(chǎn)生的積累誤差，可能使發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)錯位。異步通信采用字符同步方式（見圖6-1），通信雙方需要對采用的信息格式和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)位和奇偶校驗位中“1”的個數(shù)為偶數(shù)或奇數(shù)。接收方用硬件對接收到的每一個字符的奇偶性進行校驗，如果奇偶校驗出錯，SM3.0為ON?？梢栽O(shè)置為無奇偶校驗。

同步通信的發(fā)送方和接收方使用同一個時鐘脈沖。接收方可以通過調(diào)制解調(diào)方式得到與發(fā)送方同步的接收時鐘信號。

3．單工通信與雙工通信

單工通信只能沿單一方向傳輸數(shù)據(jù)，雙工通信每一個站既可以發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以接收數(shù)據(jù)。

全雙工方式通信的雙方都能在同一時刻接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。

半雙工方式通信的雙方在同一時刻只能發(fā)送數(shù)據(jù)或只能接收數(shù)據(jù)。4．傳輸速率

單位為bit/s或bps。6.1.2串行通信的端口標準1．RS-232CRS-232C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-232C使用單端驅(qū)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。2．RS-422ARS-422A采用平衡驅(qū)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，允許的最大通信距離為12m。傳輸速率為100kbit/s時，最大通信距離為1200m，一臺驅(qū)動器可以連接10臺接收器。3．RS-485RS-422A是全雙工，用4根導(dǎo)線傳送數(shù)據(jù)。RS-485是RS-422A的變形，為半雙工，使用雙絞線可以組成串行通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)。6.2計算機通信的國際標準6.2.1開放系統(tǒng)互連模型

物理層的下面是物理媒體，例如雙絞線、同軸電纜和光纖等。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(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)以幀為單位傳送，每一幀包含數(shù)據(jù)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(xiàn)差錯控制。

應(yīng)用層為用戶的應(yīng)用服務(wù)提供信息交換，為應(yīng)用接口提供操作標準。6.2.2IEEE802通信標準1．CSMA/CD（帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問）的基礎(chǔ)是以太網(wǎng)。

每個站都是平等的，采用競爭方式發(fā)送信息到傳輸線上，“先聽后講”和“邊聽邊講”。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(wǎng)越來越多地在底層網(wǎng)絡(luò)使用。2．令牌總線

令牌繞邏輯環(huán)周而復(fù)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(wǎng)循環(huán)一周后返回發(fā)送站時，如果報文已被接收站復(fù)制，發(fā)送站將令牌置為“空”，送上環(huán)網(wǎng)繼續(xù)傳送，以供其他站使用。3．令牌環(huán)用得少4．主從通信方式

主從通信網(wǎng)絡(luò)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(yīng)幀。主站按事先設(shè)置好的輪詢表的排列順序?qū)恼具M行周期性的查詢。6.2.3現(xiàn)場總線及其國際標準1．現(xiàn)場總線IEC對現(xiàn)場總線的定義：“安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線”。2．現(xiàn)場總線的國際標準

（1）IEC61158IEC61158第4版采納了經(jīng)過市場考驗的20種現(xiàn)場總線（見表6-1）。其中約一半是實時以太網(wǎng)。

（2）IEC62026IEC62026是供低壓開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備使用的控制器電氣接口標準。6.3西門子的工業(yè)自動化通信網(wǎng)絡(luò)1．工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？蛇_1024站，距離可達1.5km(電氣網(wǎng)絡(luò))或200km(光纖網(wǎng)絡(luò))，10M/100Mbit/s。S7-200使用以太網(wǎng)模塊CP243-1或互聯(lián)網(wǎng)模塊CP-243-1IT。2．PROFIBUS

傳輸速率最高12Mbit/s，響應(yīng)時間典型值為1ms，使用屏蔽雙絞線電纜（最長9.6km）或光纜（最長90km），最多可以接入127個從站。S7-200通過從站模塊EM277接入PROFIBUS-DP（分布式外部設(shè)備），PROFIBUS-PA（過程自動化）是用于防爆區(qū)域的現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行器的低速數(shù)據(jù)傳輸。

PROFIBUS-FMS（現(xiàn)場總線報文規(guī)范）現(xiàn)在很少使用。3．AS-i（執(zhí)行器-傳感器接口）使用屏蔽的或非屏蔽的雙絞線，由總線提供電源。響應(yīng)時間小于5ms，CP243-2是S7-200的AS-i主站模塊。6.4S7-200的通信功能與串行通信網(wǎng)絡(luò)6.4.1S7-200的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

S7-200支持點對點接口（PPI）、多點接口（MPI）和PROFIBUS協(xié)議，物理層均為RS-485。一個網(wǎng)絡(luò)中有127個地址（0～126），最多32個主站。網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備的地址不能重疊?？梢允褂玫耐ㄐ艆f(xié)議與硬件有關(guān)，見表6-2。1．點對點接口協(xié)議（PPI）S7-200CPU一般為從站，編程計算機或人機界面（HMI）為主站。

2．多點接口協(xié)議（MPI）S7-200CPU為從站。S7-300/400作主站，用X_GET/X_PUT指令讀寫S7-200的存儲區(qū)。通信數(shù)據(jù)包最大76B。S7-200不需要編寫通信程序。3．PROFIBUS協(xié)議S7-200通過EM277PROFIBUS-DP從站模塊接入網(wǎng)絡(luò)。

主站周期性地讀寫指定的從站的V存儲區(qū)。4．TCP/IP

用CP243-1或CP-243-1IT模塊接入以太網(wǎng)。5．用戶定義的協(xié)議（自由端口模式）

由用戶自定義與其他設(shè)備通信的串行通信協(xié)議。6.4.2S7-200的通信功能1．西門子PLC之間的通信S7-200之間可用PPI網(wǎng)絡(luò)、EM241Modem模塊、以太網(wǎng)和無線電通信。S7-200與S7-300/400之間可通過PROFIBUS-DP、MPI、以太網(wǎng)、ModbusRTU協(xié)議通信。2．S7-200與西門子驅(qū)動裝置之間的通信一般用USS協(xié)議，S7-200和V20之間還可以使用ModbusRTU協(xié)議。3．S7-200與第三方HMI（操作面板）之間的通信如果對方支持，可用PPI、PROFIBUS-DP、MPI、ModbusRTU協(xié)議通信。4．S7-200與第三方SCADA軟件之間的通信如果對方支持，可用PPI、MPI、PROFIBUS-DP、ModbusRTU等協(xié)議或OPC軟件PCAccess通信。

5．S7-200與第三方設(shè)備之間的通信如果對方支持，可用PROFIBUS-DP、ModbusRTU協(xié)議或自由端口模式通信。6.4.3S7-200的串行通信網(wǎng)絡(luò)中繼器用來將網(wǎng)絡(luò)分段，每個網(wǎng)段最多32個設(shè)備，中繼器可擴展網(wǎng)絡(luò)長度。終端電阻可吸收網(wǎng)絡(luò)上的反射波，有效地增強信號強度。網(wǎng)絡(luò)終端的連接器上的開關(guān)應(yīng)放在On位置（接入終端電阻），網(wǎng)絡(luò)中間的連接器上的開關(guān)應(yīng)放在Off位置。

6.5S7-200的通信指令6.5.1網(wǎng)絡(luò)讀寫指令1．NETR/NETW指令NETR/NETW指令最多可以讀、寫遠程站點16B的數(shù)據(jù)。只有主站需要調(diào)用NETR/NETW指令。2．用網(wǎng)絡(luò)讀寫向?qū)删W(wǎng)絡(luò)讀寫程序【例6-1】2號站為主站，3號站為從站。要求2號站將它的VB100～VB103的值寫入3號站的VB200～VB203。2號站讀取3號站的VB204～VB207的值，存放到本站的VB104～VB107。生成一個名為“網(wǎng)絡(luò)讀寫指令通信主站”的項目。1）雙擊指令樹的“向?qū)А蔽募A中的“NETR/NETW”，打開網(wǎng)絡(luò)讀寫指令向?qū)?，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)操作的項數(shù)為2。每一頁的操作完成后單擊“下一步>”按鈕。2）在第2頁選擇使用PLC的通信端口0，采用默認的子程序名稱“NET_EXE”。3）在第3頁采用默認的操作“NETR”，從3號站讀取4B的數(shù)據(jù)，本地和遠程PLC的起始地址分別為VB104和VB204。4）單擊“下一項操作>”按鈕，在第4頁設(shè)置操作為“NETW”，將4B數(shù)據(jù)寫入3號站，本地和遠程PLC的起始地址分別為VB100和VB200。

5）在第5頁設(shè)置V存儲區(qū)的起始地址為VB200。6）單擊第6頁的“完成”按鈕，生成子程序NET_EXE和名為NET_SYMS的符號表。在主站OB1中調(diào)用自動生成的NET_EXE。

生成名為“網(wǎng)絡(luò)讀寫指令通信從站”的項目，用系統(tǒng)塊設(shè)置其通信端口的PPI站地址為3，從站和主站通信的波特率相同。采用默認的設(shè)置，兩塊CPU的全部V區(qū)均被設(shè)置為有斷電保持功能。

將系統(tǒng)塊和程序塊下載到兩個CPU，用狀態(tài)表將主站要發(fā)送到從站的數(shù)據(jù)寫入VB100～VB103，將數(shù)據(jù)寫入從站中主站要讀取的VB204～VB207。

連接兩塊CPU的RS-485端口。將兩塊CPU切換到RUN模式，主站讀寫從站的地址區(qū)后，用USB/PPI電纜讀取雙方狀態(tài)表中接收到的數(shù)據(jù)。6.5.2發(fā)送指令與接收指令1．自由端口模式自由端口模式由用戶自定義與其他設(shè)備通信的協(xié)議。ModbusRTU通信協(xié)議和USS協(xié)議就是自由端口模式的通信協(xié)議。RS-232/PPI多主站電纜和將USB映射為COM口的國產(chǎn)USB/PPI電纜支持自由端口通信。2．自由端口模式的參數(shù)設(shè)置

CPU處于STOP模式時，自由端口模式被禁止，CPU通過PPI協(xié)議與編程設(shè)備通信。只有當CPU處于RUN模式時，才能使用自由端口模式。自由端口模式用控制字節(jié)SMB30/130設(shè)置端口的波特率和奇偶校驗等參數(shù)（見表6-8）。3．發(fā)送指令XMT發(fā)送指令可發(fā)送1~255字節(jié)的數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖區(qū)的第一個字節(jié)是要發(fā)送的字節(jié)數(shù)，它本身并不發(fā)送出去。4．接收指令RCV

接收指令RCV用于起動或終止接收消息的服務(wù)。接收結(jié)束后產(chǎn)生中斷。消息接收的狀態(tài)字節(jié)見表6-9。5．接收指令開始接收數(shù)據(jù)的條件見表6-10。6．接收指令終止接收的方式見表6-10。6.6使用自由端口模式的計算機與PLC的通信6.6.1使用接收完成中斷的通信程序設(shè)計1．通信方式采用主從方式和異或校驗，計算機為主站，PLC為從站?！纠?-2】用RCV指令和接收完成中斷接收數(shù)據(jù)。用空閑線條件和初始字符作為消息開始的條件。采用異或校驗保證通信的可靠性。用消息定時器來結(jié)束消息接收。最大字符數(shù)為20。6.6.2串口通信調(diào)試軟件的應(yīng)用1．軟件的功能

可以選擇字符串、十進制或十六進制這3種數(shù)據(jù)格式，可計算常用的校驗碼，生成常用的多種協(xié)議格式的幀，具有記憶功能。2．通信參數(shù)和發(fā)送方式的設(shè)置

執(zhí)行“串口設(shè)置”菜單中的“串口屬性”命令，設(shè)置通信參數(shù)。3．組織發(fā)送幀

選用十六進制格式，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)鍵入“發(fā)送幀”文本框。數(shù)據(jù)（0～16#FF）用空格隔開。5．串口通信調(diào)試軟件應(yīng)用實例將例程“接收完成中斷的通信”下載到CPU，將CPU切換到RUN模式。關(guān)閉STEP7-Micro/WIN，打開串口通信調(diào)試軟件，設(shè)置端口的參數(shù)。將要發(fā)送的十六進制數(shù)輸入“發(fā)送幀”文本框。單擊“計算校驗碼”按鈕，單擊“計算校驗碼”對話框的“異或”按鈕，將生成的校驗碼附在“發(fā)送幀”文本框中數(shù)據(jù)字節(jié)之后。添加起始字符16#FF。單擊“發(fā)送”按鈕，應(yīng)能接收到PLC返回的內(nèi)容相同的消息。關(guān)閉串口通信調(diào)試軟件，將CPU切換到STOP模式。打開編程軟件，用狀態(tài)表觀察從VB100開始的接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。

發(fā)