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1、高等职业教育机电系列教材,教学目的和要求,通过本章学习，使学生了解PLC通信及网络的基本概念,了解S7-200 PLC的通信与网络方面的知识,熟悉S7-200 PLC通信和网络功能的实现。 教学手法 根据教学内容的不同，采用“情景导入法”、“问题探究法”、“直观教学法”、“分析归纳法”、“案例分析法”、“ 案例驱动法”等教学方法。 授课重点 本章重点是S7-200 PLC通信和网络功能的实现。,授课要点与授课设计,5.1 S7-200 PLC的通信与网络 5.2 S7-200 PLC的通信指令 5.3 S7-200 PLC通信功能的实现 2学时 5.4 TD200使用说明 教学设计：由于学生在
2、前面的课程没有系统学习过通信方面的知识，因此需要在这里进行系统性地学习。本章重点介绍PLC通信的基本概念，然后让学生了解S7-200 PLC通信和网络功能的实现。 作业 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5,2学时,5.1 S7-200 PLC的通信与网络,5.1.1 字符数据格式 5.1.2 网络层次结构 5.1.3 网络通信协议及类型 5.1.4 网络通信硬件,PLC通信：PLC与PLC、PLC与计算机、PLC与现场设备或远程I/O之间的信息交换 。 PLC通信的任务：将地理位置不同的PLC、计算机、各种现场设备用通信介质连接起来，按照规定的通信协议，以某种特定的通信方式高效地完成数据的
3、传送、交换和处理。 S7-200系列PLC内部集成的串行通信口 (PPI接口、编程口)为用户提供了强大的通信功能。PPI口的物理特性为RS-485。CPU221、CPU222、CPU224有一个RS-485口，定义为PORT0。CPU226、CPU226XM有2个RS-485口，定义为PORT0及PORT1。使用不同的协议通过串行通信口与不同的设备进行通信或组成网络。网络通信通过RS-485标准的双绞线实现。,5.1.1 字符数据格式,S7-200 PLC采用异步串行通信方式，传送字符数据的格式分10位数据和11位数据。 10位数据格式：由1个起始位、8个数据位、1个停止位组成。传送速率一般为
4、9600波特。 11位数据格式：由1个起始位、8个数据位、1个偶校验位、1个停止位组成。传送速率一般为9600波特或19200波特。,西门子公司S7系列的生产金字塔由4级构成，从上到下依次为：公司管理级、工厂与过程管理级、过程监控级、过程测量与控制级。西门子生产金字塔的4级子网由3级总线复合而成： 最低一级为AS-I级总线，负责与现场传感器和执行器的通信，也可以是远程I/O总线（负责PLC与分布式I/O模块之间的通信）。 中间一级是Profibus级总线，它采用令牌控制方式与主从轮询相结合的存取方式，可实现现场、控制和监控3级的通信。中间级也可用主从轮询存取方式的主从多点链路。 最高一级为工业
5、以太网Ethernet使用通信协议，负责传送生产管理信息。,5.1.2 网络层次结构,在对网络中的设备进行配置时，必须对设备的类型、在网络中的地址和通信的波特率进行设置。 在网络中的设备分两类：主站和从站。主站设备（如编程设备STEP7、中文文本显示器TD 200等操作面板产品和S7-300PLC、S7-400PLC）向从站设备发送要求，也可对网络上的其它主站设备的请求作出响应；从站设备只是等待主站发送的要求并作出相应的响应。网络上所有S7-200 CPU都默认为从站，但在点对点通信时也可定义为主站，以便从另外的S7-200读取信息。 在网络中的设备必须有惟一的地址。S7-200支持的网络地址
6、为0126。S7-200的缺省地址是2，编程软件的缺省地址是0，操作面板（如TD200）的缺省地址是1。 在同一网络中所有设备必须被设置成相同的波特率（数据通过网络传输的速度）。S7-200波特率的配置在编程软件的系统块中完成。,5.1.3 网络通信协议及类型,1通信协议 西门子公司S7系列的生产金字塔中的通信协议分两大类：通用协议和公司专用协议。通用协议采用工业以太网（Ethernet）协议，用于管理级的信息交换。公司专用协议有：PPI协议、MPI协议、Profibus协议、自由口协议和USS协议。PPI、MPI、Profibus协议是基于OSI的7层通信结构模型，通过令牌网实现。这些协议都
7、是异步、基于字符传输的协议，带有起始位、8位数据、偶校验和一个停止位。如果使用相同的波特率，这些协议可以在一个网络中同时运行而不相互影响。,（1）PPI协议：点对点接口PPI（Point-to-Point Interface）协议是一种主/从协议，在这个协议中，主站（其它CPU、SIMATIC编程器、TD 200中文文本显示器）设备向从站设备发送要求，从站设备响应。从站不主动发信息，只是等待主站发送的要求并作出相应的响应。网络上所有S7-200 CPU都默认为从站。如果在用户程序中允许PPI主站模式，一些S7-200 CPU在RUN模式下可以作为主站。一旦允许PPI主站模式，就可以利用网络的有
8、关通信指令来读写其它CPU，并且还可以作为从站响应来自其它主站的申请和查询。任何一个从站可以与多个主站通信，但是在网络中最多只能有32个主站。,（2）MPI协议：多点接口MPI（Multi-Point Interface）协议是主/主协议或主/从协议，协议如何操作依赖于设备类型。如果是S7-300 CPU，就建立主/主连接，因为所有S7-300都是网络主站。如果是S7-200 CPU，就建立主/从连接，因为S7-200 CPU是从站。 MPI协议总是在两个相互通信的设备之间建立逻辑连接。一个连接可能是两个设备之间的非公用连接。另一个主站不能干涉两个设备之间已经建立的连接。主站为了应用可以短时间
9、建立一个连接，或无限地保持连接断开。,（3）Profibus协议：Profibus协议用于分布式I/O设备（远程I/O）的高速通信。Profibus是世界上第一个开放式现场总线标准，目前技术已成熟，其应用领域覆盖了从机械加工、过程控制、电力、交通到楼宇自动化的各个领域。PROFIBUS于1995年成为欧洲工业标准（EN50170），1999年成为国际标准（1EC61158-3）。采用Profibus协议的系统，对于不同厂家所生产的设备不需要对接口进行特别的处理和转换，就可以通信。最高传输速率可达12Mbit/s。,（4）自由口协议（用户定义协议） 自由口协议是指通过用户程序控制S7-200 C
10、PU通信口的操作模式来进行通信。利用自由口模式，可以实现用户定义的通信协议连接多种智能设备。 在自由口模式下，通信协议完全由用户程序控制，用户可以通过使用有关指令编写程序控制通信口的操作。当CPU处于RUN模式，通过SMB30（口0）允许自由口模式。当CPU处于STOP模式时，自由口通信停止，通信口转为正常的PPI协议操作。 （5）USS协议 USS协议是西门子传动产品（如变频器等）通信的一种协议，S7-200提供USS协议的指令，用户使用这些指令可方便实现对变频器的控制。使用方法请参考S7-200使用手册。,2通信类型 SIMATIC网络的通信类型分为单主站和多主站。 单主站：一个主站与一个
11、或多个从站连接的网络。如图5-3是一个单主站网络结构示意图。图中一台计算机作为主站，4台S7-200 CPU作为从站。 多主站：一个主站与最少一个从站及一个主站连接的网络。图5-4是一个多主站网络结构示意图。图中一台计算机作为主站，一台TD 200中文文本显示器也是主站，另外4台S7-200 CPU作为从站,1通信口 S7-200 CPU上的通信口是符合欧洲标准 EN 50170中Profibus标准的RS-485兼容9针D型连接器。其引脚分配如图。表5-1列出了通信口的引针与对应的Profibus名称。,图5-5 S7-200 CPU 通信口引脚分配,5.1.4 网络通信硬件,表5-1 RS
12、-485接口,2网络连接器 利用西门子公司提供的两种网络连接器可以将多个设备很方便地连接到网络中。其中一种连接器仅提供连接到CPU的接口，另一种连接器增加了一个编程接口。带有编程接口的连接器可以将SIMATIC编程器或操作面板增加到网络中而不需改变现有的网络连接。编程口连接器传递CPU来的信号，同时还能为相关设备提供电源。 3通信电缆 主要有Profibus网络电缆和 PC/PPI电缆。 Profibus网络电缆总的规范见表5-2。,表5-2 Profibus 网络电缆的总规范,profibus网络的电缆最大长度取决于对波特率的要求和所用电缆类型。要求的传送速率越高，则网络段的最大电缆长度越短
13、，如传送速率为3M12M波特则最大电缆长度为100米。,利用PC/PPI电缆和自由口通信功能可以把 S7-200 CPU与许多配置有RS-232标准接口的设备（如计算机、编程器、调制解调器）相连接。通信PC/PPI电缆的一端是RS-485端口，用来连接PLC主机，另一端是RS-232端口，用于连接计算机等其它设备。,PC/PPI电缆分两种型号：一种为带有RS232口的隔离型PC/PPI电缆，用5个DIP开关设置波特率和其它配置项；另一种为带有RS-232口的非隔离型PC/PPI电缆，用4个DIP开关设置波特率。 PC/PPI电缆上的DIP开关选择的波特率(见下表)应与编程软件中设置的波特率一致
14、。初学者可选通信速率的默认值9600bps。4号开关为1，选择10位模式，4号开关为0，选择11位模式；5号开关为0，选择RS-232口设置为数据通信设备（DCE）模式，5号开关为1，选择RS-232口设置为数据终端设备（DTE）模式。未用调制解调器时4号开关和5号开关均应设为0。,4网络中继器 网络中继器连接到Profibus网络段可以延长网络距离、给网络加入设备，并且提供一个隔离不同网络段的方法。每个中继器允许给网络增加32个设备，可以将网络延长1200米，同时为网络段提供偏置和终端匹配。网络中最多可使用9个网络中继器。,图5-7 带有中继器的网络,5调制解调器 调制解调器（Moden）的
15、功能是将数字信号转化为模拟信号，以便能在电话线路上使用，实现计算机或编程器与PLC主机之间的远程通信。,5.2 S7-200 PLC通信指令,当S7-200 PLC被定义为PPI主站模式时,可以应用网络读写指令对另外的S7-200 PLC进行读写操作。 网络读写指令: 其中: TBL：缓冲区首址，操作数为字节。 PROT：操作端口，CPU226为0或1，其他只能为0。 网络读NETR指令是通过端口（PROT）接收远程设备的数据并保存在表（TBL）中。可从远方站点最多读取16字节的信息。 网络写NETW指令是通过端口(PROT)向远程设备写入在表(TBL)中的数据。可向远方站点最多写入16字节的
16、信息。,表中各参数的意义如下： 远程站点的地址：被访问的PLC地址。 数据区指针（双字）：指向远程PLC存储区中的数据的间接指针。 接收或发送数据区：保存数据的116个字节，其长度在“数据长度”字节中定义。对于NETR指令，此数据区指执行NETR后存放从远程站点读取的数据区。对于NETW指令，此数据区指执行NETW前发送给远程站点的数据存储区。,表中字节的意义： D：操作已完成。0=未完成，1=功能完成。 A：激活（操作已排队）。0=未激活，1=激活。 E：错误。0=无错误，1=有错误。 4位错误代码的说明： 0：无错误。 1：超时错误。远程站点无响应。 2：接收错误。有奇偶错误等。 3：离线错误。重复的站地址或无效的硬件引起冲突。 4：排队溢出错误。多于8条NETR/NETW指令被激活。 5：违反通信协议。没有在SMB30中
