第4章 S7-1200 PLC的通信

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1、 1 第4章S7 1200PLC的通信 2 4 1计算机通信的国际标准 开放式互联模型 国际化标准化组织 ISO 提出了开放系统互联模型 OSI 作为通信网络国际标准化的参考模型 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 3 4 1计算机通信的国际标准 IEEE802国家标准 IEEE 国际电工与电子工程师学会 的802委员会于1982年颁布了一系列计算机局域网分层通信协议标准草案 总称为IEEE802标准 4 现场总线 FieldBus 技术是实现现场级设备数字化通信的一种工业现场层的网络通信技术 按照国际电工委员会IEC61158的定义 现场总线是 安装在过程区域的现场设

2、备 仪表与控制室内的自动控制装置系统之间的一种串行 数字式 多点通信的数据总线 也就是说基于现场总线的系统是以单个分散的 数字化 智能化的测量和控制设备作为网络的节点 用总线相连 实现信息的相互交换 使得不同网络 不同现场设备之间可以信息共享 现场设备的各种运行参数 状态信息及故障信息等通过总线传输到远离现场的控制中心 而控制中心又可以将各种控制 维护 组态命令又送往相关的设备 从而建立起具有自动控制功能的网络 4 1计算机通信的国际标准 现场总线1 2 5 由于历史的原因 现在有多种现成总线标准并存 基金会现场总线 FoundationFieldbus PROFIBUS ProcessFie

3、ldBus 过程现场总线 PROFINET实时以太网LonWorks LocalOperatingNetwork 局域操作网络 CAN ControllerAreaNetwork 控制器局域网络 一些主要的PLC厂家将现场总线作为PLC控制系统中的底层网络 例如S7 200系列PLC配备相应的通信模块后可以介入PROFOBUS网络和AS i网络 PLC与现场总线相结合 可以组成价格便宜 功能强大的分布式控制系统 4 1计算机通信的国际标准 现场总线2 2 6 4 2西门子的工业自动化通信网络 简介1 2 为了快速应对最新的市场需求 缩短产品面世的时间 需要提供从生产现场到工厂控制层和公司管理层

4、的连续信息流 用于战略决策 现代生产对工厂纵向集成的要求越来越高 工业通信在自动化领域中的地位越来越重要 PLC的通信包括PLC之间 PLC与上位计算机之间 以及PLC与其他智能设备之间的通信 PLC与计算机可以直接或通过通信处理器 通信链接器相连构成网络 以实现信息的交换 可以构成 集中管理 分散控制 的分布式控制系统 满足工厂自动化系统发展的需要 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 然后用网络连接起来 构成集中管理的分布式网络系统 7 4 2西门子的工业自动化通信网络 简介2 2 按照国际和国家标准 以ISO OSI为参考模型 西门子提供了各种开放的 应用于不同控

5、制级别的工业环境的通信系统 统称为SIMATICNET SIMATICNET定义了如下的内容 网络通信的物理传输介质 传输元件以及相关的传输计数 在物理介质上传输数据所需的协议和服务 PLC及PC机联网所需的通信模块 通信处理器CP CommunicationProcessor 8 4 2西门子的工业自动化通信网络 全集成自动化 TotallyIntegratedAutomation TIA withSIMATICandDrivesTIA是西门子公司提出的自动化任务的一种创新解决方案 仅在一个平台下就可以提供全部功能 通过西门子公司提供的TIA概念 拥有共同的数据管理 组态 编程和通信 利用开

6、放式的产品结构将功能各异的产品整合在一起 更加轻松 安全地实现生产及过程自动化 可为客户量身定制解决方案 9 4 2西门子的工业自动化通信网络 金字塔结构1 3 由于厂房 设备安装位置的不同以及运行环境的不同造成了不同的网络环境 不同的自动化组件也对通信系统有不同的要求 为了满足这些需求 SIMATICNET提供了不同的通信网络 组成了网络通信的金字塔结构 10 4 2西门子的工业自动化通信网络 金字塔结构2 3 11 4 2西门子的工业自动化通信网络 金字塔结构3 3 12 4 2西门子的工业自动化通信网络 工业以太网 SIMATICNET的顶层为工业以太网 它是基于国际标准IEEE802

7、3的开放式网络 以太网可以实现管理 控制网络的一体化 可以集成到互联网 为全球联网提供了条件 以太网在局域网 LAN 领域的市场占有率极高 通过广域网 例如ISDN或Internet 可以实现全球性的远程通信 S7 1200的CPU集成了一个PROFINET以太网接口 可以与编程计算机 人机界面和其他S7PLC通信 13 4 2西门子的工业自动化通信网络 PROFINET PROFINET是PROFIBUS国际组织推出的基于工业以太网的开发的现场总线标准 使用PROFINET 可以将分布式I O设备直接连接到工业以太网 PROFINET可以用于对实时性要求更高的自动化解决方案 例如运动控制 P

8、ROFINET吸纳了多年积累的PROFIBUS和工业以太网的技术诀窍 采用开发的IT标准 与以太网的TCP IP标准兼容 并提供了实时功能 能满足所有自动化的需求 PROFINET能与现有的现场总线系统 例如PROFIBUS 有机地集成 无需改动现有设备的组态和编程 PROFINET通过工业以太网 连接从现场层到管理层的设备 可以实现从公司管理层到现场层的直接 透明的访问 PROFINET融合了自动化世界和IT世界 14 4 2西门子的工业自动化通信网络 现场总线PROFIBUS 西门子通信网络的中间层为开放式工业现场总线PROFIBUS 它是用于车间级和现场级的国际标准 于2006年成为我国

9、首个现场总线国家标准 GB T20540 2006 PROFIBUS提供了3种通信协议 1 PROFIBUS FMS FieldbusMessageSpecification 现场总线报文规范 主要用于系统级和车间级的不同供应商的自动化系统之间的传输数据 现基本已被以太网取代 2 PROFIBUS DP DecentralizedPeriphery 分布式外部设备 适合于PLC与现场级的分布式I O设备之间的通信 3 PROFIBUS PA ProcessAutomation 过程自动化 用于过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输 由于采用了IEC1158 2标准 确保了本质安全 可以用

10、于防爆区域的传感器和执行器与重要控制系统的通信 15 4 2西门子的工业自动化通信网络 现场总线AS i 西门子通信网络的底层包括AS i和EIB EIB是楼宇安装总线系统 AS i是执行器 传感器接口 ActuatorSensorInterface 的简称 是传感器和执行器通信的国际标准 特别适合连接需要传送开关量的传感器和执行器 AS i属于主从式网络 每个网段只能有一个主站 主站是网络通信的中心 负责网络通信的初始化 以及设置从中的地址和参数等 AS i从站是AS i系统的输入通道和输出通道 它们仅在被AS i主站访问时才被激活 接到命令时 它们触发动作或者将现场信息传送给主站 16 4

11、 3S7 1200的以太网通信 PROFINET通信口 S7 1200CPU集成了一个PROFINET通信口 支持以太网和基于TCP IP的通信标准 使用这个通信口可以实现S7 1200CPU与编程设备的通信 与HMI触摸屏的通信 以及与其他CPU之间的通信 PROFINET通信口支持以下通信协议及服务 TCPISO on TCP 在TCP IP协议中定义了ISO传输的属性S7通信 服务器端 所有SIMATICS7控制器都集成了用户程序可以读写数据的S7通信服务 17 4 3S7 1200的以太网通信 物理网络连接 18 4 3S7 1200的以太网通信 S7 1200与S7 1200之间的以

12、太网通信 S7 1200PLC与S7 1200PLC之间的以太网通信可以通过TCP或ISOonTCP协议来完成 使用的通信指令是在双方CPU中调用T block TSEND C TRCV C TCON TDISCON TSEND TRCV 指令来实现 19 4 3S7 1200的以太网通信 S7 1200与S7 200之间的以太网通信 S7 1200PLC与S7 200PLC之间的以太网通信只能通过S7通信来完成 因为S7 200的以太网模块只支持S7通信 由于S7 1200的PROFINET通信口只支持S7通信的服务器端 所以在编程方面 S7 1200CPU不用做任何工作 只需要在S7 20

13、0CPU一侧将以太网设置成客户端 并用ETHx XER指令编程通信 20 4 3S7 1200的以太网通信 S7 1200与S7 300 400之间的以太网通信 S7 1200与S7 300 400之间的以太网通信方式相对来说要多一些 可以采用 TCP ISO on TCP和S7通信 采用TCP和ISO on TCP这两种协议进行通信所使用的指令是相同的 在S7 1200中使用T block指令编程通信 如果是以太网模块在S7 300 400中使用AG SEND AG RECV编程通信 如果是支持OpenIE的PN口 则使用OpenIE的通信指令实现 对于S7通信 S7 1200的PROFIN

14、ET通信口只支持S7通信的服务器端 所以在编程和建立连接方面 S7 1200不用做任何工作 只需在S7 300 400一侧建立单边连接 并使用PUT GET指令进行编程 21 4 4S7 1200通过以太网与S7 1200通信 开放式用户通信 开放式用户通信 OpenUserCommunication 是一种程序控制方式 这种通信只受用户程序的控制 可以建立和断开时间驱动的通信连接 在运行期间也可以修改连接 S7 1200与S7 1200之间的以太网通信可以通过TCP或ISO on TCP协议来实现 在双方CPU调用指令 紧凑型指令TSEND C和TRCV C除了分别具有发送或接收功能外 还可

15、以建立和断开连接 指令TSEND和TRCV仅有发送或接收功能 与它们配套的TCON和TDISCON指令用于建立和断开连接 在开放式用户通信中 一台PLC调用TSEND C或TSEND发送数据 另一台PLC调用TRCV C或TRCV接收数据 只能在循环程序OB中调用这些指令 22 4 4S7 1200通过以太网与S7 1200通信 组态CPU之间的逻辑网络连接 生成新项目 点击项目树中的 添加新设备 添加两块CPU 双击 设备和网络 打开网络视图 创建CPU之间的逻辑网络连接 即将两个CPU左下角表示以太网接口的绿色小方框连接起来 23 4 4S7 1200通过以太网与S7 1200通信 在OB

16、1中调用TSEND C和TRCV C1 2 在程序编辑器中 将右边的 扩展指令 中的 通信 文件夹中的TSEND C拖放到工作区 除了自动生成被调用的功能块的背景数据块TSEND C DB外 还会自动生成保存连接的组态参数的连接描述数据块PLC 1 Connection DB3 用同样的方法调用TRCV C 自动生成它的背景数据块TRCV C DB 两台PLC的用户程序基本上相同 24 4 4S7 1200通过以太网与S7 1200通信 在OB1中调用TSEND C和TRCV C2 2 25 4 4S7 1200通过以太网与S7 1200通信 发送数据区和接收数据区1 2 要求通信双方发送和接收100B的数据 PLC 1中名为Data的全局数据块 DB4 TO PLC2 要发送的数据的数组 From PLC2 要接收的数据的数组 分别有100个字节元素 有断电保持功能 26 4 4S7 1200通过以太网与S7 1200通信 发送数据区和接收数据区2 2 PLC 2中名为Data的全局数据块 DB4 DB4中两个数组的名称为To PLC1和From PLC1 对于双边编程通信的CPU