西门子工业网络通信课件精选.doc

第1章 绪论v 1.1 PLC控制网络的基本特点和通信功能v 1.2 数据通信v 1.3 工业局域网概述v 1.4 S7-300/400 PLC的通信网络概述1.1 PLC控制网络的基本特点和通信功能v 1.PLC控制网络的基本特点1）传输介质和链接组件标准化 2）传输高可靠性 3）良好的系统扩展性 4）良好的覆盖面积5）较高的数据传输速率v 2.PLC的通信功能 1）远程控制 2）PLC局域网络系统 3）PLC与上位机进行点对点通信 1.2 数据通信v 具有一定的编码、格式和位长要求的数字信号成为数据信息。v 数据通信是将数据信息通过适当的传送线路从一台机器传送到另一台机器。v 数据通信系统的任务是把地理位置不同的计算机和PLC及其他数字设备连接起来，高效率地完成数据的传送、信息交换和通信处理三项任务。v 数据通信系统组成 传送设备 传送控制设备 传送协议 通信软件1.2.1 数据传输方式的分类v 1.串行传输与并行传输 1）串行传输 数据在一个信道上按位顺序传输的方式。 特点：一或两根传输线 远距离传输成本低 速度慢 2）并行传输 数据在多个信道同时传输的方式。 特点：传输速度快 传输线多，成本高 2.频带传输与基带传输1）频带传输 把信号调制到某一频带上的传输方式。 三种调制方式： 调幅 调频 调相2）基带传输 数据传输系统对信号不做任何调制，直接传输数据的传输方式。 PLC网络大多采用基带传输。 基带传输方式使整个频带范围都用来传输某一数字信号，常用于半双工通信。频带传输时，在同一传输线路上可用频带分割的方法将频带划分为几个信道，同时传输多路信号，常用于全双工通信。3.异步传输和同步传输1）异步传输 异步传输也称为起止式传输，它是利用起止法来达到收发同步的。在异步传输中，被传输的数据编码为一串脉冲，每一个传输的字符都有一个附加的起始位和多个停止位。字节传输由起始位“0”开始，然后是被编码的字节。通常低位在前，高位在后，接下来是校验位（可省略），最后是停止位“1”（可以是1位、1.5位或2位，用以表示字符的结束）。2）同步传输 同步传输是把每个完整的数据块（帧）作为整体来传输，而不是按异步传输时每个字符都附加起始位和停止位的方式传输，因此在需要传输大量数据块的场合用同步传输可以克服异步传输效率低的缺点。 为了使接收设备能够准确地接收数据块的消息，同步传输在数据开始处用同步字符“SYN”来指示，由定时信号（同步时钟）来实现发送端和接收端同步，一旦检测到与规定的字符相符合，接下去就是按顺序传输数据。但同步传输所需要的软件、硬件的价格比异步传输的高，因此常在数据传输速率高的系统中才采用同步传输。1.2.2 传输速率和线路通信方式v 1.传输速率 1）调制速率 也称码元速率，是脉冲信号经过调制后的速率。单位是波特，通常用于表示调制解调器之间传输信号的速率。 2）数据信号速率 单位时间内通过信道的信息量，单位是比特/秒（bit/s）。调制速率和数据信号速率在串行传输二进制调制信号时，两者的速率在数值上是相同的。 通常，并不严格区分调制速率和数据信号速率，而是笼统地将它们称为传输速率，其单位是波特，即每秒传送二进制位数，用bit/s表示。3）数据传输速率 单位时间内传输的数据量，数据量的单位可以是比特、字符等，通常以字符/分钟为单位。v 2.线路通信方式 1）单工通信方式 信息的传输始终保持同一方向而不能进行反向的传输。 2）半双工通信方式 信息流可以在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。 3）全双工通信方式 在同一个方向上同时发送和接收数据。1.2.3 差错控制方式和检错码v 1.差错控制方式 1)自动检错重发（ARQ） 2）前向纠错（FEC） 3）混合纠错 4）不用编码的差错控制v 2.检错码 奇偶校验码 循环冗余校验（CRC）码1.2.4 传输介质工业数据通信系统可采用无线传输介质，如电磁波、红外线等。也可采用双绞线、电缆、电力线、光缆等有线介质。 传输介质的特性主要有：1）物理特性：传输介质的物理结构；2）传输特性：介质对数据传送所允许的速率、频率 容量3）连通特性：点对点或一对多点的连接方式；4）地理范围：传输介质的最大传输范围；5）抗干扰性：传输介质防止电磁干扰等噪声对传输数据的影响能力；6）性能价格比1.2.4 串行通信接口标准v 1.RS-232C 标准 是1969年由美国电子工业协会（EIA）所公布的穿行通信接口标准。RS是recommend standard,232是标识号。它既是一种协议标准，又是一种电气标准，它规定了终端和通信设备之间信息交换的方式和功能。 RS-232C一般使用9针或25针的D型连接器，工业控制中9针连接器用得较多。 当通信距离较近时，通信双方可以直接连接，最简单的情况在通信中不需要控制联络信号，只需要三根线便可以实现全双工异步串行通信。v 2.RS-422A/485 422A为全双工通信，485为半双工通信。S7-200PLC接入网络时，其端口一般是作为端口1出现的，其各引脚的名称及其表示的意义如下表所示。端口0为所连接的调试设备的端口。引脚名称端口0/端口1引脚名称端口0/端口11屏蔽机壳地6+5v+5v，100欧串联电阻224v返回逻辑地7+24v+24v3RS-485信号BRS-485信号B8RS-485信号ARS-485信号A4发送申请RTS(TTL)9不用10位协议选择（输入）55v返回逻辑地连接器外壳屏蔽机壳接地1.3 工业局域网概述v 1.3.1 计算机网络简介 1.远程网 2.局域网 3.分布式多处理器v 1.3.2 局域网的基础知识 1.网络拓扑结构 星型网络 总线型网络 环形网络 2.节点访问控制 令牌传输方式 争用方式 3.通信网络协议v 1.3.3 现场总线概述 1.现场总线的特点 1）信息集成度高 2）系统的可靠性高、维护性能好 3）开放性、互操作性、互换性、可靠性 4）实时性好、成本低 2.现场总线的发展 通过现场总线将控制设备相互连接起来，即通过把每台设备的功能建立模型，使之成为相对独立的功能模块。现场中的控制功能由这些功能块完成，而设备间的参数传递由这些功能块的互联实现。1.4 S7-300/400PLC的通信网络概述v 1.4.1 工厂自动化系统网络 金字塔结构，上层负责生产管理，底层负责现场检测和控制，中间层负责生产过程的监控和优化。 ISO企业自动化模型如图1.4.2 S7-300/400 PLC的通信网络1.工业以太网 用于工厂管理层和车间监督层的通信系统，符合IEEE802.3国际标准，用于对时间要求不太严格、需要传输大量数据的通信场合，可以通过网关来连接远程网络。 西门子公司的工业以太网的传输速率为10/100Mbit/s，最多有1024个网络节点，网络的最大范围为150km。2.多点接口网络 S7-300/400 PLC CPU都集成了MPI通信协议，MPI网络的物理层是RS-485，最大传输速率为12Mbit/s。PLC通过MPI能同时连接运行STEP7的编程软件、计算机、HMI及其他SIMATIC S7、C7和M7 PLC等。 STEP7的用户界面提供了通信组态功能，使得通信的组态非常简单。每个CPU可以使用的MPI连接总数与CPU的型号有关，为664个。3.PROFIBUS网络 PROFIBUS网络是用于车间级监控和现场层的通信系统它符合IEC61158标准，具有开放性，符合该标准的各厂商 生产的设备都可以接入同一网络中。S7-300/400 PLC可以通过通信处理器或集成在CPU上的PROFIBUS-DP接口连接到PROFIBUS-DP网络上。 PROFIBUS网络的物理层是RS-485，最大传输速率为12Mbit/s，最多可以与127个网络上的节点进行数据交换网络中最多可以串接10个中继器来延长通信距离。使用光纤作为通信介质，通信距离可达90km。 可以通过CP 342/343将SIMATIC S7-300 PLC与PROFIBUS-DP或工业以太网总线系统相连，可以连接的设备包括S7-300/400 PLC、S5-115U/H、编程器(PG)、个人计算机、SIMATIC人机界面、数控系统、机器人控制系统、工业PC、变频器和非西门子公司装置等。4.执行器-传感器接口网络 AS-i网络是位于自动控制系统最底层的网络，用来连接有AS-i接口的现场二进制设备，只能传输少量的数据。5.点对点通信网络 使用西门子公司的PRODAVE通信软件和编程用的PC/PM适配器，通过PLC的MPI编程，可以方便地实现计算机与S7-300/400 PLC的通信。第二章 MPI 通信2.1 MPI概述 MPI（MultiPoint Interface)通信是当通信速率要求不高、通信数据量不大时，可以采用的一种简单经济的通信方式。MPI通信可使用PLC S7-200/300/400、操作面板TP/OP及上位机MPI/PROFIBUS通信卡，如CP5512/CP5611/CP5613等进行数据交换。 MPI网络的通信速率为19.2kbit/s12Mbit/s,通常默认设置为187.5kbit/s，只有设置为PROFIBUS接口的MPI网络才支持12Mbit/s的通信速率。 MPI网络最多可以连接32个节点，最大通信距离为50m,但是可以通过中继器来扩展长度。2.2 MPI网络 1.网络结构每个编程器都有一个MPI接口。 通过CPU的MPI接口可以访问PLC上的所有智能模块，例如：功能模块。 每个MPI的连接节点都有自己的MPI地址 ( 0到126, 缺省设置为PG=0, OP/TD=1, CPU=2)。 在S7-300中，MPI总线在PLC中与K总线连接在一起，这意味着在S7-300机架上K总线的每个节点(FM 和 CP)也是MPI的一个节点，也有自己的MPI地址。 在S7-400中， MPI (187.5 Kbps)的通讯模式被转换为内部K总线(10.5 Mbps)。在 S7-400的机架上，只有CPU具有自己的 MPI 地址。其它智能模块，例如FM和CP没有独立的MPI地址。可连接的设备MPI连接的优点是CPU可以同时与多个设备建立通讯联系。也就是说，编程器、HMI设备和其它的PLC可以在连接在一起并同时运行。 编程器通过MPI接口生成的网络还可以访问所连接硬件站上的所有智能模块。MPI接口可同时连接的其它通讯对象的数目取决于CPU的型号。例如，CPU 314的最大连接数为4，CPU 416为64。 2.通过中继器来扩展MPI网络长度 1）两个站点之间没有其他站，如图示。 最多可连接10个中继器，两个站点之间的最大距离为9100m。 2）两个中继器间有MPI站 要用PROFIBUS总线连接器和PROFIBUS电缆。 在MPI网络上最多可以有32个站，当用中继器扩展时，中继器也占节点数。2.4 PLC-PLC之间通过MPI通信PLC-PLC的三种通信方式： 全局数据包通信方式、无组态连接通信方式、组态连接通信方式2.4.1 全局数据包通信方式 1.概述 对于PLC之间的通信，只需要关心数据的发送区和接收区，在配置PLC硬件的过程中，组态所要通信的PLC站之间的发送区和接收区，不需要任何程序处理。只适合S7-300/400 PLC之间相互通信。 2.网络配置如图特点MPI接口的主要特性为： RS 485 物理接口 传输率为19.2 Kbps 或 187.5 Kbps 或 1.5 Mbps 最大连接距离为50 m (2个相邻节点之间)，有中继器时为1100 m ，采用光纤和星状连接时为23.8 km 采用Profibus（工业现场总线）元件（电缆、连接器）连接器安装MPI总线系统可选择两类连接器： 在下面所示的两个连接器中左边的是具有PG连接插口的标准连接器, 用于MPI网络站之间的连接。这一连接器同时可以与一个PG设备连接。 右边没有PG连接插口的连接器,在不必连接PG时使用。 为避免外走的总线，则在最后一个总线节点处必须连接一个终端电阻。3.全局数据 在SIMATIC S7中，利用全局数据可以建立分布式PLC间的通讯联系而不必在用户程序中编写语句。 通过全局数据的通讯不是通过程序而是利用组态来配置的。需要交换的数据存在一个配置表中。 最多可以在一个项目中的15个CPU之间建立全局数据通讯。它只能用来循环地交换少量数据。 S7-400 CPU还具有对全局数据交换的程序控制功能，因此可支持事件驱动的数据传送方式。4.配置 使用“Define Global Data”工具可以对数据交换进行配置。 首先打开全局数据表，在各列分配参与数据交换的各CPU。 然后在各行中定义要传输的变量。几乎所有CPU的地址区域（除了外部输入、输出和临时数据）都可以作为交换的变量，例如：标志位、输入、输出、定时器、计数器和数据块中的数据。5.全局数据包 具有相同sender/receiver （发送者/接受者）的全局数据，可以集合成一个全局数据包（GD packet）一起发送。每个数据包用数据包号码（GD packet number）来标识，其中的变量用变量号码（variable number）来标识。6.全局数据组 参与全局数据包交换的CPU构成了全局数据组（GD circle）。每个全局数据组用数据组号码来标识（GD circle number ）。一个全局数据组是全局数据包的一个确定的分配清单。全局数据组中的每个CPU既可以发送也可以接收数据。 全局数据组有以下种类： 组内包含2个以上的CPU，其中一个发送数据包，其它的CPU接收数据。 组内只有2个CPU，每一个CPU可以既发送数据又接受数据。GD 1.1.1 第一数据组中第一数据包里的第一个变量GD 1.2.1 第一数据组中第二数据包里的第一个变量GD m.3.n 第n数据组中第3数据包里的第m个变量7.全局数据组的数量 S7-300的每个CPU可以参与最多4个不同的数据组。 在一个MPI网上最多可以有15个 CPU 通过全局通讯来交换数据。8.全局数据配置步骤 生成硬件站、设定MPI地址、连接网络 、生成全局数据表数据的容量S7-300 :一个CPU可包含4个全局数据组。 每个全局数据组中一个 CPU最多只能发送和接收一个数据包。 每一个数据包中最多可包含22个数据字节。S7-400 :一个CPU可包含16个全局数据组。 每个全局数据组中一个 CPU最多只能发送一个数据包和接收两个数据包。 每一个数据包中最多可包含54个数据字节。9.编译全局数据表 第一次编译后，生成了全局数据组和数据包。接着可以为每个数据包定义不同 的扫描率（ scan rates ）以及存储状态信息的地址。 然后必须再次编译，使扫描率及状态信息存储地址等包含在配置数据中。S7-300/400MPI通信实例2.4.2 无组态连接通信方式 P202.4.3 组态连接通信方式 P272.5 S7 PLC与HMI产品之间的MPI通信 P30第三章 工业以太网3.1 工业以太网简介3.1.1 工业以太网的特点Industrial Ethernet是为工业应用专门设计的，遵循国际标准IEEE802.3的开放式、多供应商的高性能的区域和单元网络。 企业内部互联网（Intranet)、外部互联网（Extranet)、国际互联网 以太网特点: 西门子公司的工业以太网的传输速率为10Mbit/s或100Mbit/s，最多为1024个网络节点，网络的最大范围为150km。3.1.2 工业以太网的构成 1）连接部件 FC快速链接插座、电气连接模块（ELM）、电气交换模块（ESM)、光纤交换模块（OSM）、光纤电气转换模块（MC TP11）； 2）通信媒体 普通双绞线、工业屏蔽双绞线、光纤； 3）SIMATIC PLC的工业以太网通信处理器； 4）PG/PC的工业以太网通信处理器。3.1.3 工业以太网的特性 1.与IEEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP通信协议； 2. 10Mbit/s或100Mbit/s自适应传输速率； 3.DC 24v冗余供电； 4.简单的机柜导轨安装； 5.能方便地组成星型、总线型和环形拓扑结构； 6.高速冗余的安全网络，最大网络重构时间为0.3s； 7.用于严酷环境的网络元件，通过EMC（电磁兼容性）测试； 8.通过RJ-45接口、工业级的Sub-D连接技术和安装专用屏蔽电缆的Fast Connect技术，确保现场电缆安装工作快速进行； 9.简单高效的信号装置不断地监视网络元件； 10.符合SNMP网络管理协议； 11.可以使用基于WWW的网络管理器； 12.使用VB/VC或组态软件即可监控管理网络。3.1.4 工业以太网的优势 应用广泛、成本低廉、通信速率高、软硬件资源丰富、可持续发展潜力大3.1.5 工业以太网的技术发展趋势与前景 1.工业以太网与现场总线相结合； 2.工业以太网技术直接应用于工业现场设备间的通信已成大趋势。 在国家“863”计划的支持下，国内许多大学开展了EPA（Ethernet for Automation)技术的研究，重点是研究以太网技术应用于工业控制现场设备间通信的关键技术。3.2 工业以太网的网络部件3.2.1 S7-300、400的工业以太网通信处理器 S7-300/400工业以太网通信处理器有以下特点： 1.通过UDP连接或群播功能可向多用户发送数据； 2.CP443-1和CP443-1 IT可用网络时间协议提供时钟同步；3.可以选择Keep Alive功能；4.使用TCP/IP的WAP功能，通过电话网络，CP可以实现远距离编程和对设备进行调试；5.可以实现OP通信的多路转换，最多连接16个OP；6.使用集成在STEP7中的NCM7软件，提供范围广泛的诊断功能，包括现实CP的操作状态，实现通用诊断和统计功能，提供链接诊断和LAN控制器统计及诊断缓冲区。一。CP343-1/CP443-1 CP343-1/CP443-1 通信处理器是分别用于S7-300和S7-400的全双工以太网通信处理器，通信速率为10Mbit/s或100Mbit/s。新CP 343-1 Lean提供以下功能和性能特性： 连接SIMATIC S7-300到Industrial Ethernet- 使用ERTEC200实时ASIC - 集成的2口实时交换机 - 带用于自动切换的Autosensing和Autocrossover功能的10/100 Mbit/s 全/半双工连接 - 2 个RJ45连接 - 使用TCP和UDP传输协议和PROFINET IO的多协议运行 - Keep Alive功能 通讯服务- 开放的IE通讯 (TCP/IP和UDP) - PG/OP通讯 - S7 通讯 (Server) - S5 兼容的通讯 (通过 TCP/IP) - PROFINET IO Device 使用UDP多播 完全通过Industrial Ethernet 进行远程编程和初始化运行 通过SNMP进行网络管理 使用Industrial Ethernet NCM S7配置CP 343-1 Lean (集成在STEP 7中) 通过S7 Routing Trans-network PG/OP通讯CP 343-1 Lean是用来将SIMATIC S7-300 PLC连接到Industrial Ethernet的通讯模块。 CP 343-1 Lean有自己的微处理器，分担CPU的通讯负载并且允许附加的连接。 CP 343-1 Lean使得S7-300能够与以下设备通讯： 编程设备、电脑和HMI设备 其它SIMATIC S7系统 SIMATIC S5 PLC PROFINET IO控制器二。PC/PG的工业以太网通信处理器 1.CP1613 CP 1613 是一种带有微处理器的PCI 插卡，用来将PG/PC 连接到工业以太网。使用AUI/ITP 接口或RJ 45 接口，可将PG/PC 连接到以太网网络。应用CP 1613 可实现时钟的网络范围同步。 8025人民币/台 2.CP1612/CP1512 CP1612用于将PC/PG连接到工业以太网。 10/100Mbit/s通讯速率自检测，支持全双工/半双工连接 15针ITP接口 RJ45接口 基于SNMP的远程诊断 通讯服务 TCP/IP和UDP传输协议 PG/OP通讯 S7通讯 S5兼容通讯 客户收益 可实现RJ45连接 很好与SOFTNET配合 用于小规模安装 3.CP1515 CP1515是符合IEEE 802.11B的无线通信网卡，应用于RLM和可移动计算机。3.3 工业以太网的交换技术1.交换技术 共享局域网 交换局域网2.全双工模式 在PROFIBUS中，SIMATIC的交换机通过“存储转发”和“切入”满足实时性要求。存储转发：交换机存储接收到的报文，并将它们排成一个队列。这些报文将选择性地转发到可以访问的节点的特定端口。 在切入过程中，读取数据包的前6B（目标地址）后，马上将他们传送到目标端口。3.电气交换模块（ESM)和光纤交换模块(OSM)4.SNMP-OPC Server 通过OPC软件对网络进行远程管理。3.4 自适应与冗余网络1.自适应与自协商功能 2.冗余网络 3.SIMATIC NET的高速冗余 SIMATIC高速冗余网络控制技术1）SIMATIC NET的网络配置不会影响所连接的终端，在所有时间内都保证过程或应用的控制。2）除了在100Mbit/s光纤环中实现高速介质冗余外，OSM/ESM为光纤环和网络段的高速冗余提供所需要的功能。3）只要配置两个OSM或ESM，OSM/ESM和工业以太网OLM环之间以及任何拓扑结构网络之间都可以进行互联。3.5 两套S7-300之间的以太网通信第四章 PROFIBUS 通信4.1 PROFIBUS 介绍 开放的通信接口 透明的通信协议 分散I/O装置和现场设备 满足生产过程现场级数据可存取性的重要要求，覆盖了传感器/执行器领域的通信要求，有单元级领域的所有网络通信功能。 是国际标准IEC61158的组成部分； 是机械行业标准JB/T10308.3-20014.1.1 PROFIBUS的协议结构和类型 三种协议类型：DP、FMS和PA PROFIBUS-DP 数据处理（data processing）（DP）使用ISO第一层和第二层，特别适合PLC与现场分散的I/O设备之间的通信。 PROFIBUS-FMS 使用ISO第一层、第二层和第七层，处理单元级(PLC和PLC)的数据通信，应用领域广泛，为解决复杂的通信任务提供了很大的灵活性。 PROFIBUS-PA 使用扩展的DP协议进行数据传输，执行规定现场设备特性的PA设备行规。使用DP/PA耦合器和DP/PA LINK很容易将PA设备集成到DP网络中。 PROFIBUS为西门子PLC提供S7通信和S5兼容通信。 PROFIBUS-S7(PG/OP通信) PROFIBUS-FDL(与S5兼容通信) 4.1.2 PROFIBUS总线和总线终端器 PROFIBUS总线符合EIA RS4858标准，以半双工、异步、无间隙同步为基础，传输介质为光缆或屏蔽双绞线，每一个传输段为32个站点和有源网络元件，总线两端为终端电阻。 PROFIBUS总线连接器PROFIBUS D型连接器针脚定义见P38表3-1.4.2 PROFIBUS 总线的拓扑结构4.2.1 PROFIBUS 电气接口网络 1.RS485 中继器功能 西门子RS484中继器具有信号再生和放大功能，在一条PROFIBUS总线上最多可以安装9个中继器。 一个PROFIBUS网段最多可有32个站点。 1）RS485中继器可以做有源总线终端 2）Active Bus Terminal有源总线终端4.2.2 PROFIBUS 光纤接口网络 集成于模板上的PROFIBUS 用OLM扩展PROFIBUS电气接口1.利用集成于模板上的PROFIBUS 光纤接口组成的光纤网络 如果普通的PROFIBUS站点设备没有光纤接头，只有电气接口，可以通过OBT（OpticalBus Terminal)连接一个电气接口设备到光线网络上。OBT只适合连接无光纤接口的站点（PROFIBUS)到集成光纤接口的光纤网络上，OBT是一个有源网络元件，占一个站点。 特点： 连接简单，成本低。 只能连接一个RS485的PRIFIBUS站点； 连接光纤只能是塑料光纤和PCF光纤； 中间任一站点损坏或光纤断开，整个网络就不能工作。2.利用OLM组成的PROFIBUS光纤网络利用OLM（Optical Link Module)模块将电信号转换为光信号，再组成光纤网络，整个网络传输最大速率为12Mbit/s。3.OLM网络的拓扑结构4.OLM与OBT的对比 1）两个OLM的间距可以达到15km，OBT只有300m。 2）对于网络的高可靠性，OLM可以组成冗余，而OBT不能。 3）OLM有双路电源接入端子，OBT没有。 4）OLM可以连接玻璃光纤、塑料光纤和PCF光纤，而OBT只能连接塑料光纤、PCF光纤。 5）OLM使用的光纤带有BFOC接头，与OBT得光纤接头不一样，更为通用。4.2.3 其他PROFIBUS接口网络 红外线接口 激光接口 P444.3 PROFIBUS 总线设置和属性 最高站地址、 总线行规、 主站固定的扫描时间、网络上的站点数4.4 PROFIBUS-DP 的应用 4.4.1 CPU集成PROFIBUS-DP接口连接远程站ET200M 1.ET200系列是远程I/O站，为减少信号电缆的敷设，可以再设备附近根据不同的要求放置不同类型的I/O站点。ET200M适合在远程站点I/O点数较多的情况下使用。 2.网络配置图3.网络组态及参数设置 1）在“Set PG/PC Interface”中将CP5611的MPI改为PROFIBUS接口，并设置CP5611的传输速率与已组态的PROFIBUS网络的传输速率一致。 2.硬件组态 3.网络设置 传输速率、网络类型 4.添加接口模块IM153-2到PROFIBUS网络上。5.建立组织块4.4.2 通过PROFIBUS-DP连接智能从站 在PROFIBUS网络中，某些型号的CPU可以作为DP从站。在SIMATIC S7系列中，称这些现场设备为“智能（Intelligent)从站”，简称“I从站”。DP主站不是直接访问智能从站的物理I/O区，而是通过从站组态时指定的通信双方的I/O区来交换数据。该I/O区不能占用分配给I/O物理模块的物理I/O地址区。 主站与从站的数据交换是由PLC的操作系统周期性地自动完成的无需用户编程，但是用户必须对主站与智能从站之间的通信连接和数据交换区组态。这种通信方式称为主/从通信（Master/Slave)方式，简称MS通信。4.4.3 SFC14/SFC15的应用 在组态PROFIBUS-DP通信时常常会见到参数“Consistency”(数据的一致性），在配置从站输入输出接口区时，若Consistency选择“Unit”，数据的通信将以在参数“Unit”中定义的格式字或字节来发送和接收，比如，主站以字节格式发送20字节，从站将一字节一字节地接收和处理这20字节。若数据到达从站接收区不在同一时刻，从站可能不在一个循环周期处理接收区的数据，如果想要保持数据的一致性，在一个周期处理这些数据就要选择参数“All”，通信数据3字节或大于4字节时，要调用SFC15给数据打包，调用SFC14给数据解包。 组网实例同上例，只是在从站设置时，一致性区中选“All”。4.4.4 通过PROFIBUS-DP 连接的DX方式通信 基于PROFIBUS-DP协议的DX通信方式是在主站轮询从站时，从站除了将数据发送给主站，同时还将数据发送给在STEP 7中组态的其他从站。如图示。4.4.5 基于PROFIBUS-DP 协议DX的多主通信 图中，3号从站的一类主站为2号站，4号站为在同一PROFIBUS网络上其他从站的主站。当2号站轮询3号站时，3号从站的数据发送到2号站的同时，还可以发送给4号主站，4号主站可以选择接收数据的长度。4.4.6 PROFIBUS-DP的等时模式（Isochrone Mode） 分布式自动化体系中小的循环执行时间是不一致的，每个循环周期不能保持同步。 如图示，图中过程分用户循环、DP循环、I/O循环。 等时模式的实现是由DP主站发送给从站一个时钟脉冲作为一个全局控制帧（GC），由它来同步接收和发送从站数据。系统时钟贯穿整个系统，使其有一个恒定的时间间隔，总线循环时间的固定和各个循环的同步保证了过程响应时间是恒定的。由于不存在数据读取或发生的周期等待，响应时间更加迅速。4.4.7 PROFIBUS-DP主站与TP/OP的连接 利用S7协议，通过CP扩展的PROFIBUS-DP的接口连接TP/OP。4.5 PROFIBUS-DP诊断 1. 用BT200进行硬件测试与诊断BT200如图示 2. 用STEP7软件进行网络诊断3.STEP7中用中继器Diagnostics Reperter进行诊断4.使用FB125程序诊断5.使用CP342-5的程序诊断6.使用通信处理器CP进行诊断7.使用CP5611/CP5511/CP5512/CP5613诊断4.6 PROFIBUS-DP连接从站设备的应用 S7-300与变频器MM440的链接 1.网络配置图2.软硬件要求 S7-300 CPU316-2DP 变频器MM440 PROFIBUS-DP接口模块带有CP5611的编程器 STEP V5.2 SP13.网络组态及参数设置 组网实例见P-MM4404.7 FDL通信方式1.FDL通信简介 FDL工作在PROFIBUS的第二层数据链路层，可以提供高等级的传输安全保证，能有效地检测出错位、双向数据传输，发送方和接收方可以同时触发发送和接收响应。 PROFIBUS FDL的每一个通信站点都具有令牌功能，通信以令牌环的方式进行数据交换，每一个FDL站点都可以和多个站点建立通信连接。 FDL服务允许发送和接收240字节的数据。2.支持FDL的通信处理器 S7-300 CP342-5/CP342-5 S7-400 CP443-5 网卡：CP5512/CP5611/CP5613 最大连接数一班为16个。3.FDL通信应用 1）同一个项目下的FDL通信 2）不同项目下的FDL通信3）自由第二层的FDL通信 4）FDL的广播通信方式 5）FDL的多点传送通信方式6）FDL与HMI/Application的链接4.8 PROFIBUS-S7通信1.PROFIBUS-S7通信概述 S7通信是S7系列PLC基于MPI、PROFIBUS、ETHERNET网络的一种优化的通信协议，主要用于S7-400、S7-300/400 PLC之间主-主通信、S7 PLC与HMI通信。2.支持PROFIBUS-S7通信的通信处理器和网络接口 1).S7-300系列、S7-400系列、C7系列集成的DP接口 2).通信处理器CP342-5、CP343-5、CP443-5Basic、CP443-5Extend 3).PC通信卡CP5511/CP5512、CP5611、CP5613/CP56143.CPU的S7链接资源 CPU的连接数量指标4.S7通信所需的功能模块5.S7的通信数据量6.PROFIBUS-S7通信实例第五章 AS-i 通信5.1 AS-i概述1.AS-i是执行器-传感器接口（Actuator Sensor Interface,AS-i）的英语缩写，符合EN 50295标准。 用于现场自动化设备(传感器和执行器）的双向数据通信网络，位于工厂自动化网络的最底层。特别适用于连接需要传送开关量的传感器和执行器。 AS-i属于单主从式网络，每个网络只能有一个主站。主站是网络通信的中心，负责网络的初始化、设置从站的地址和参数等，具有错误校验功能（检错重发）。 AS-i从站仅在被主站访问时才被激活。 AS-i所有分支电路的最大长度为100m，可以用中继器延长。传输介质可以是屏蔽或非屏蔽的两芯电缆，网络的拓扑结构可以是总线型、星型或树型。2.优点 简单：主站和从站的内部程序都是生产厂商预先在设备中写好的用户只需要按照要求做好基本的设置即可。 成本低：与传统的底层接线和设备维护相比，可节约40%的成本 可靠性高：采用交变脉冲和差错控制技术 速度快：AS-i对整个系统的最大扫描时间不超过5ms,甚至超过了很多控制器的最小响应时间。5.2 AS-i总线拓扑结构 拓扑类型 总线连接方式 模块化技术：从站由底部的安装盘和上部的模块本体组成 绝缘穿刺技术：触点插针会穿透电缆的绝缘层并与铜导线紧紧的接触。如果移走从站时，抽出插针，电缆的自封特性可以保证完整的绝缘。由于电缆具有特殊的几何形状，实际安装中不会将极性接反，也不必考虑屏蔽的问题。5.3 AS-i网络部件 1.连接SIMATIC5，SIMATIC7，分布式I/O ET200/M/X或PC/PG中央控制单元的接口； 2.AS-i异形电缆；3.中继器/扩展器网络部件； 4.对从站供电的供电单元； 5.连接标准传感器/执行器的模块； 6.用于设定从站地址的编辑器。5.4 AS-i的工作模式1.初始化 初始化为AS-i的离线阶段。模块上电后或被重新启动后被初始化 在此阶段设置主站的基本状态，而所有从站的输入输入出数据映像被设置为0。 上电后，组态数据被复制到参数区，后面的激活操作可以使用预置的参数。如果主站在运行中被重新初始化，参数区中可能已经变化的值被保持。2.启动 在启动阶段，主站检测AS-i电缆上连接有哪些从站以及它们的型号。厂家在制造AS-i从站时通过组态数据，将从站的型号永久性的保存在从站中，主站可以请求上传这些数据。组态文件中包含了AS-i从站的I/O分配情况和从站的类型，主站将检测到得从站信息放在从站表中。3.激活 在激活阶段，主站检测到AS-i从站后，通过发送特殊的呼叫，激活这些从站。 主站处于组态模式时，所有被检测到的地址不为0的从站被激活。在这一模式下，可以读取实际的值并将它们作为组态数据保存起来主站处于保护模式时，只有存储在主站组态中的从站被激活。如果在网络上发现的实际组态不同于期望的组态，主站将显示出来。主站被激活的从站存入被激活的从站表中。4.运行 启动阶段结束后，AS-i主站切换到正常循环的运行模式。 1）数据交换 在正常模式下，主站将周期性地发送输出数据给各从站，并接收它们返回的应答报文，即输入数据。如果检测出传输过程中的错误，主站重复发出询问。 2）管理 此时，处理和发送以下可能的控制应用任务：将4个参数位发送给从站，例如设置门限值；改变从站的地址，如果从站支持这一改变的话。 3）接入 此时，新加入的AS-i从站被接入并存储到被检测的从站表中，如果他们的地址不为0，将被激活。主站如果处于保护模式，只有存储在主站的期望组态中的从站被激活。5.5 AS-i的通信方式1.寻址模式 标准寻址模式 AS-i的节点（从站）地址为5位二进制数，每一个标准从站占一个AS-i地址，最多可连接31个从站。地址0仅供产品出厂时使用。每一个标准从站可以接收或发送4位数据，所以一个AS-i总线网段最多可以连接124个二进制输入点和124个输出点对31个标准从站的典型轮询时间为5ms，适用于工业过程开关量高速输入/输出的场合。 扩展寻址模式两个从站分别作为A从站和B从站，使用相同的地址，使可寻址的从站的最大个数增加到62个。由于地址的扩展，使用扩展寻址模式的每个从站的二进制输出减少到3个，每个从站最多为4点输入和3点输出，一个扩展的AS-i主站可以操作186个输出点和186个输入点。对从站的最大轮询时间为10msS7-200/CP242-2 S7-300 ET200/CP342-22. AS-i通信过程 当AS-i主站上电时，在设定阶段它将轮询访问各个已连接的从站，如果从站有反应，主站将对从站建立地址和行规的列表。（行规是对设备的一种描述和规定）。 当访问过所有从站后，AS-i主站对从站建立了完善的地址列表。开始正常工作后，主站会定期按照列表访问各从站，当发现从站实际地址和行规与列表中的信息不同时，会向PLC发送地址错误或参与者不可用的故障信息。 当AS-i主站发现系统中出现了一个在列表中未曾出现的地址后，在随后的30个周期内（最多为150ms)也同样读出了这个地址，便会将该地址写入列表并报告给PLC。5.6 AS-i的传输机制1.信号调制过程 2.数据解调 3.访问方式和报文结构 4.传输故障特征5.7 从站编址1.通过手持编址单元编址 最新推出的模块上一般都有一个编址插孔，通过一根特殊的编址电缆可以将其与编址单元连起来。通过手持编址单元为具有编址插孔的从站编址，并且可以检查从站的版本号等信息。2.通过AS-i主站编址 如果没有手持编址单元，则需要一个一个地连接到主站上进行编制，对于CP243-2，通过STEP7 Micro Win的向导功能利用主站分配从站地址，对于CP342-2、CP343-2DP及DP/AS-I LINK等主站通信处理器，则需要通过STEP7调用通信功能模块FC AS-i_3422利用命令代码0DH定义从站地址。5.8 AS-i主站的操作模式 组态模式：通过主站的按钮读取在AS-i总线上正常工作的从站地址，并将从站信息永久地保存到CP存储区中。 保护模式：主站按存储的从站信息轮询从站，并与实际连接的从站比较进行诊断，在这种模式下支持从站自动编址功能，但对于新连接的从站不作处理。网络变化或新增加从站，首先通过组态模式使主站识别从站信息，然后切换到保护模式下进行正常操作。第六章 点对点通信6.1 点对点通信概述 PPI(Point to Point Interface)通信协议是SIEMENS专为S7-200PLC开发的通信协议，主要用于编程软件对S7-200 PLC编程、调试和监控，也用于S7-200PLC网络通信或S7-200PLC与西门子公司相关产品的通信。S7-200 CPU的PPI网络通信是建立在RS-485网络的硬件基础上，因此其连接属性和需要的网络硬件设备是与其他RS-485网络一致的。 PPI是一种主从协议，主从站在一个令牌环网中；主站发送要求到从站，从站响应；从站不发信息，只等待主站的要求和对要求做出响应。如果在用户程序中允许PPI主站模式，一些S7-200 PLC在运行模式下可以作为主站运行，此时可以利用网络读和网络写指令读写其他PLC，也可以响应来自其他主站的申请。6.2 点对点通信的硬件1.S7-300C集成的PtP通信接口 1）接口的功能 CPU 313C-2PtP/ 314C-2PtP集成的串行接口可以通过X27接口进行通信访问，具有以下功能： A. CPU 313C-2PtP：可使用ASCII、3964（R）通信协议； B. CPU 314C-2PtP：可使用ASCII、3964（R）和RK-512通信协议。 它们都有诊断中断功能。通过参数赋值工具，可以组态通信模式最多可以传输1024B。全双工的传输速率为19.2kbit/s，半双工