自动化控制系统-MPI通讯.doc

47MPI通讯第2章 MPI 通讯2.1 MPI概述 MPI（Multipoint Interface）通讯是当通讯速率要求不高，通讯数据量不大时，可以采用的一种简单经济的通讯方式。MPI通讯可使用PLC S7-200/300/400、操作面板TP/OP及上位机MPI/PROFIBUS通讯卡，如CP5512/ CP5611/CP5613等进行数据交换。MPI的通讯速率为19.2Kbit/s12Mbit/s， 通常缺省设置为187.5Kbit/s，只有能够设置为PROFIBUS接口的MPI接口才支持12Mbit/s的通讯速率。MPI网络最多可以连接32个节点，最大通讯距离为50m，但是可以通过中继器来扩展长度。2.2 MPI网络2.2.1 MPI网络结构 西门子PLC S7-200/300/400 CPU 上的RS485接口不仅是编程接口，同时也是一个MPI的通讯接口，在没有额外硬件投资的状况下，可以实现PG/OP、全局数据通讯以及少量数据交换的S7通讯等通讯功能 .其网络上的节点通常包括S7 PLC、TP/OP、PG/PC、智能型ET200S以及RS485中继器等网络元器件，其网络结构可配置为如下图2-1所示。图2-1 MPI网络结构1. 通过中继器来扩展MPI网络长度。 MPI最大通讯距离为50m，也可以使用RS485中继器进行扩展，扩展的方式有两种。 第一种，两个站点之间没有其它站，如图2-2所示。图 2-2 通过RS485中继器扩展MPI网络 S7站到中继器距离最大为50m，两个中继器之间的距离最大为1000m，最多可以连接10个中继器，所以两个站之间的最大距离为9100m。第二种，如果在两个中继器中间也有MPI站，那么每个中继器只能扩展50m。MPI接口为RS485接口，需要使用PROFIBUS总线连接器（并带有终端电阻）和PROFIBUS电缆（见图2-3），如果使用其它电缆和接头，则不能保证通讯质量和距离。在MPI网络上最多可以有32个站，但当使用中继器来扩展网络时，中继器也占节点数。图2-3 标准的PROFIBUS电缆和总线连接器连接方法见图2-4所示。图2-4 将PROFIBUS电缆与连接器相连2.3 设置MPI接口2.3.1设置MPI参数可分为两部分：PLC侧和PC侧MPI口的参数设置。1. PLC侧参数设置在硬件组态时可通过点击图2-5中的”Properties” 按钮来设置CPU的MPI属性，包括地址及通讯速率， 具体操作见图2-5所示。图2-5 MPI网络参数设置建议：在通常应用中不要改变MPI通讯速率。请注意在整个MPI网络中通讯速率必须保持一致，且MPI站地址不能冲突。2. PC侧参数设置在PC侧同样也要设置MPI参数，在“控制面板”“Set PG/PC Interface”中选择所用的编程卡，访问点选择“S7_ONLINE”，例如用PC Adapter 作为编程卡如下图2-6所示。图2-6 在PG/PC中配置MPI编程接口设置完成后，将STEP 7中的组态信息下载到CPU中。2.3.2 PC侧的MPI通讯卡的类型1. PC Adapter（PC 适配器）一端连接PC机的 RS232口或USB口，另一端连接CPU的MPI接口，它没有网络诊断功能，通讯速率最高为1.5Mbit/s，价格较低。2. CP5511 PCMCIA TYPE II卡，用于笔记本电脑编程和通讯，它具有网络诊断功能，通讯速率最高可达12Mbit/s， 价格相对较高。3. CP5512 PCMCIA TYPE II CardBus (32位) 卡，用于笔记本电脑编程和通讯，具有网络诊断功能，通讯速率最高可达12Mbit/s， 价格相对较高。4. CP5611PCI 卡，用于台式电脑编程和通讯， 此卡具有网络诊断功能，通讯速率最高可达12Mbit/s，价格适中。5.CP5613 (替代原CP5412卡) PCI 卡，用于台式电脑编程和通讯， 此卡具有网络诊断功能，通讯速率最高可达12Mbit/s，此卡带有处理器，可保持大数据量通讯的稳定性，一般用于PROFIBUS网络，同时也具有MPI功能，此卡价格相对最高。 了解上述功能后，可以很容易选择适合自己应用的通讯卡，在CP通讯卡的代码中，5代表PCMCIA接口，数字中6 代表PCI总线，数字中3 代表有处理器。2.3.3 利用电话网远程编程除了本地连接外，还可以利用电话网远程编程。硬件需要 PG/PC及TS适配器（TS Adapter）， 软件需要STEP 7和TeleService软件，具体网络结构如图2-7所示。图2-7 利用电话网远程编程的网络配置1. 组态编程器侧MPI接口在“控制面板”中点击“Set PG/PC Interface”，访问点选择：S7ONLINE(STEP 7)”并指向”TS Adapter”，TS Adapter属性选择如图2-6：选择通讯口及传输速率，便于组态TS Adapter，在拨号时“Modem connection”会被自动选择。（在STEP 7 V5.2以上版本）图 2-8 TS Adapter属性设置2. 组态TS Adapter的参数(1). 在”Set PG/PC Interface”中选择“Direct connection”，TS Adapter一端需要一根 RS232电缆连接到PC机的串口上。(2). TS Adapter 另一端MPI接口连接到PLC的 MPI口，可以使CPU给TS Adapter 供电。点击“Start”-“SIMATIC”-“STEP 7”-“TeleService”进入组态画面。在画面左边新建一个Folder，如”test”，再插入“Plant”，加入远端的电话号码。如图2-9所示，先在左边画面插入“test”，然后在右边画面中新建“MY plant”，远端电话号码为01064721888,图 2-9 TeleService 配置-建立新项目点击图2-9中的“MY plant”属性，可以修改项目名称和电话号码，双击项目名称选择编程器侧连接的调制解调器(见图2-10)：图 2-10 TeleService 配置-选择Modem对于电话拨号访问，考虑到系统的安全性，有三种方法可以避免未授权访问： 断开与PLC MPI口连接的TS Adapter。 在TS Adapter中 设定用户名和密码。 加入回拨功能。用户拨通后，TS Adapter验证用户名和密码，然后自动断开连接，回拨用户指定的电话号码。即若用户想修改程序，验证用户名和密码后，还必须使用TS Adapter 指定的电话号码拨出，以确保系统的安全性。 后两种方法必须用TeleService进行设置。具体方法是：连接TS Adapter，点击“Options”和“Assign adapter parameters”进入图2-11组态画面。图 2-11 TeleService 配置-设置TS Adapter参数设置TS Adapter的MPI站地址如图2-12所示。图 2-12 设置TS Adapter的MPI站地址(3). 组态完成以后，把编程器和TS Adapter连到电话网上，选择项目名称，点击“Connection”-“Establish”或按快捷键“F7”就可以建立拨号连接进行远程编程访问，如图2-13所示。图 2-13 TeleService 配置-建立连接新版本的TS Adapter还支持PLC站之间的拨号通讯，PLC调用TeleService功能块FB47拨通后调用相关的MPI通讯块（SFC65/66，SFC67/68）进行通讯。 2.4 PLC-PLC之间通过MPI口通讯通过MPI口实现PLC到PLC之间通讯有三种方式：全局数据包通讯方式，无组态连接通讯方式和组态连接通讯方式。2.4.1 全局数据包通讯方式1. 概述对于PLC之间的数据交换，只需关心数据的发送区和接收区，全局数据包的通讯方式是在配置PLC硬件的过程中，组态所要通讯的PLC站之间的发送区和接收区，不需要任何程序处理，这种通讯方式只适合S7-300/400 PLC之间相互通讯。下面将以举例的方式说明全局数据包通讯的具体方法和步骤。 2网络配置图图2-14 网络配置图 3. 硬件和软件需求硬件：CPU 315-2 DP CPU 416-2 DP软件：STEP 7 V5.2 SP14网络组态及参数设置(1). 建立MPI网络在STEP 7中建立一个新项目，如MPI_GD，在此项目下插入两个PLC站分别为STATION1- CPU416-2DP和 STATION2- CPU315-2DP，并分别插入CPU完成硬件组态，建立MPI网络并配置MPI的站地址和通讯速率，在本例中MPI的站地址分别设置为2号站和4号站，通讯速率为187.5Kbit/s。(2). 组态数据的发送区和接收区如图2-15，选中MPI网络，选择“Options”-“Define Global Data”进入组态画面见图2-16。图2-15 进入全局组态画面 图2-16全局数据组态画面 (3). 插入所有需要通讯的CPU双击”GD ID”右边的CPU栏选择需要通讯 的CPU。CPU栏总共有15列，这就意味者最多有15个CPU能够参与通讯。在每个CPU栏底下填上数据的发送区和接收区，例如：CPU416-2DP的发送区为DB1.DBB0DB1.DBB21，可以填写为DB1.DBB0：22（其中“DB1.DBB0”表示起始地址，“22”表示长度），然后在菜单“Edit”下选择“Sender”设置为发送区。而CPU315-2DP的接收区为DB1.DBB021，可以填写为DB1.DBB0：22。编译存盘后，把组态数据分别下载到相应CPU中，这样就可以进行数据通讯了。参考图2-17。图2-17定义数据发送区和接收区地址区可以为DB、M、I、Q区， S7-300地址区长度最大为22个字节，S7-400地址区长度最大为54个字节。发送区与接收区的长度必须一致，所以在上例中通讯区最大为22个字节。例子程序参见光盘，项目名为MPI_GD（路径名，文件名）。(4). 多CPU通讯ABCC CGD 1 .1 .1多CPU通讯首先要了解GD ID参数，编译以后，每行通讯区都会有GD ID号，可以参考图2-18。 图2-18 参数定义 参数A：全局数据包的循环数每个循环数表示和一个CPU通讯。例如S7-300 CPU通讯，两个发送与接收是一个循环，S7-400 CPU之间的三个发送与接收是一个循环。支持的循环数与CPU有关，S7-300 CPU 最多为 4个，即最多能和4个CPU通讯。S7-400 CPU 414-2 DP最多为 8个，S7-400 CPU 416-2 DP最多为 16个。参数B：全局数据包的个数表示一个循环有几个全局数据包，例如两个S7站相互通讯，一个循环有两个数据包。如图2-19。图2-19全局数据包参数C：一个数据包里的数据区数参考图2-20，CPU315-2DP 发送4组数据到CPU416-2DP，4个数据区是一个数据包，从上面可以知道一个数据包最大为22个字节，在这种情况下每个额外的数据区占用两个字节，所以数据量最大为16个字节。图220 一个数据包里的数据区数对于A、B、C参数的介绍只是为了优化数据的接收区和发送区，减少CPU的通讯负载。简单应用可以不用考虑这些参数，GD ID编译后会自动生成。(5). 通讯的诊断在多个CPU通讯时，有时通讯会中断，可通过下述方法进行检测：在编译完成后，在菜单“View”中分别点击“Scan Rates”和“GD Status”可以查看扫描系数和状态字。如图2-21所示：图2-21查看全局数据扫描系数和状态字SR： 扫描频率系数。如图2-21所示，SR1.1 为225，表示发送更新时间为225CPU循环时间，SR范围为1255。通讯中断的问题往往是因扫描时间设置过快引起，可根据需要适当增大。GDS：每包数据的状态字（双字）。表2-1根据状态字编写相应的错误处理程序状态字位相应错误处理程序第一位发送区长度错误第二位发送区数据块不存在第四位全局数据包丢失第五位全局数据包语法错误第六位全局数据包数据对象丢失第七位发送区与接收区数据对象长度不一致第八位接收区长度错误第九位接收区数据块不存在第十二位发送方重新启动第三十二位接收区接收到新数据GST：所有GDS 相“OR”的结果。用CP5511/5611等通讯卡可以首先诊断接线是否可靠，如上例中S7-300 MPI地址是2，S7-400MPI地址是4，用CP通讯卡连接到MPI网上（必须是带有有编程口的PROFIBUS总线连接器）可以直接读出2、4号站地址，具体方法是依次点击“控制面板”-“Set PG/PC Interface”- “ Diagnostics” -“Read”读出所有在网上的站地址，如图2-22所示。图2-22 PG/PC通讯连接的诊断功能0号站为CP5611的站地址，如果没有读出2，4号站地址，说明硬件连接或软件设置有问题，需进一步具体分析。(6). 事件触发的数据传送如果我们需要控制数据的发送与接收，如在某一事件或某一时刻，接收和发送所需要的数据，这时将用到事件触发的数据传送方式。这种通讯方式是通过调用CPU的系统功能SFC60 (GD_SND) 和SFC61 (GD_RCV) 来完成的，而且只支持S7-400 CPU，并且相应设置CPU的SR（扫描频率）为0，可参考下图全局数据的组态画面（图2-23）。图2-23全局数据组态SR扫描频率如上所述，编译存盘后下载到相应的CPU中，然后在S7-400中调用系统功能SFC60/61控制接收与发送。具体程序代码为：CIRCLE_ID，BLOCK_ID可参考GD 中的A，B，C参数。例子中当M1.1为1时，CPU416接收CPU315的数据， 将CPU315的MB20MB29中的数据接收到CPU416的MB40MB49中。当 M1.0为1时，CPU416发送数据，将CPU416的MB60MB69中的数据发送到CPU315 的MB60MB69中。例子程序参见光盘，项目名为MPI_GD_EVENT。2.4.2无组态连接通讯方式无组态的MPI通讯需要调用系统功能块SFC6569来实现，这种通讯方式适合于S7-300，S7-400和S7-200之间的通讯。通过调用SFC来实现的MPI通讯又可分为两种方式：双边编程通讯方式和单边编程通讯方式。调用系统功能通讯方式不能和全局数据通讯方式混合使用。1. 双边编程通讯方式(1). 概述在通讯的双方都需要调用通讯块，一方调用发送块发送数据，另一方就要调用接收块来接收数据。这种通讯方式适用S7-300/400之间的通讯，发送块是SFC65(X_SEND) ，接收块是SFC66 (X_RCV)。下面以举例的形式说明怎样调用系统功能来实现通讯。 (2). 网络配置图图2-24 网络配置图 (3). 硬件和软件需求硬件：CPU 315-2DP CPU 416-2DP软件：STEP 7 V5.2 SP1(4). 网络组态及参数设置1). 新建项目在STEP 7中创建两个站STATION1和STATION2。其中STATION1的CPU为S7 416， MPI站地址为2; STATION2的CPU为S7 315-2DP ， MPI站地址为4。本例中2号站发送2包数据给4号站，4号站判断后放在相应的数据区中。2). 编程在S7 416的OB35组织块中调用发送块SFC65，具体程序代码为：表2-2 参数说明REQ 发送请求，该参数为1时发送。CONT为1时表示发送数据是连续的一个整体。DEST_ID 对方的MPI地址。REQ_ID表示一包数据的标识符 ，标识符可自定义，例子中两包数据的标识符分别为“1”，“2”。SD 定义数据发送区，以指针的格式表示。例子中第一包数据为DB1.DBB0开始的连续76个字节，发送区最大为76个字节。RET_VAL 发送状态字。BUSY通讯进程，为1时表示正在发送；为0时表示发送完成。 在本例中， M1.1和M1.3为1时，CPU 416将分别发送标识符为“1”和“2”的两包数据发送给CPU 315。一个CPU可以建立几个这样的连接和CPU的通讯资源有关，这也决定了SFC的调用的次数。即“动态连接” 数。以上例作为说明，M1.1和M1.3为1时，就建立了与4号站的连接；反之4号站发送，2号站接收数据时，同样要建立一个连接，也就是说两个站通讯时，若都需要发送和接收数据，则须占用两个动态连接资源。通讯连接状态可参考图2-25：图2-25 通讯连接状态的建立M1.1和M1.3为0时，此时建立的连接并没有释放，必须调用SFC69来释放连接，在上例中M1.5为1时，与4号站建立的连接将断开，释放连接资源。如图2-26所示。图2-26 通讯连接的释放 在S7 315的OB1中调用接收块SFC66，具体程序代码为：表2-3 参数说明EN_DT表示接收使能RET_VAL表示接收状态字REQ_ID为接收数据包的标识符NDA 为1时表示有新的数据包，为0时则表示没有新的数据包RD接收区放在DB1中从DBB0 开始的连续76个字节中接收块只识别数据的标识符，而不管是哪一个CPU发送的。本例中，接收从2号站CPU416发送的两包数据，当标识符为“1” 且M1.3为1时，复制接收区的数据到DB2的前76个字节中（调用SFC20）；当标识符为“2” 且M1.4为1时，复制接收区的数据到DB3的前76个字节中。例子程序参见光盘，项目名为MPI_SFC_SR。(2). 单边编程通讯方式与双边编程通讯方式不同，单边编程通讯只在一方编写通讯程序，即客户机与服务器的访问模式。编写程序一方的CPU作为客户机，无需编写程序一方的CPU作为服务器，客户机调用SFC通讯块访问服务器。这种通讯方式适合S7-300/400/200之间的通讯，S7-300/400的CPU可以同时作为客户机和服务器，S7-200只能作服务器。SFC67 (X_GET) 用来将服务器指定数据区中的数据读回并存放到本地的数据区中，SFC68 (X_PUT) 用来将本地数据区中的数据写到服务器中指定的数据区。 先介绍S7-300/400之间的通讯。1) 网络配置图图2-27 网络配置图2). 硬件和软件需求硬件：CPU 315-2DP CPU 416-2DP软件：STEP 7 V5.2 SP13). 新建项目在STEP 7中创建两个站STATION1和STATION2。其中STATION1的CPU为S7 416， MPI站地址为2，作为客户机; STATION2的CPU为S7 315-2DP ， MPI站地址为4，作为服务器。4). 编程CPU416调用SFC68， 把本地数据区的数据DB1.DBB0开始的连续76个字节发送到CPU315的DB1.DBB0开始的连续76个字节中; 调用SFC67， CPU416读出CPU315的数据DB1.DBB0开始的连续76个字节，放到本地DB2.DBB0开始的连续76个字节中，例子程序如下：表2-4 参数说明DEST_ID表示对方的MPI地址VAR_ADDR表示对方（服务器端）的数据区SD表示本地数据区（数据源），当 M1.1为1时，发送该区数据 RD表示本地数接收区。当M1.3为1时，接收数据放到本区 数据区最大为76个字节。同时在一个CPU中调用SFC67和SFC68将占用一个动态连接。当M1.5为1时中断通讯并释放该连接。同样S7-300也可以作为客户机，S7-400也可以作为服务器。例子程序参见光盘，项目名为MPI_SFC_PG300。 S7-300/400与S7-200之间的通讯1）. 概述由于在S7-200中不能调用SFC通讯块， 所以S7-200只能作为服务器，只有S7-300/400可以作为客户机。下面介绍S7-300/400与S7-200之间的通讯过程。2). 网络配置图图2-28 网络配置图3). 硬件和软件需求硬件： S7-300 CPU315-2DP S7-200 CPU224 通讯卡CP5611软件： STEP 7 V5.2 SP1 MicroWIN3.24). 新建项目 新建S7-300站，设定MPI站地址为2，通讯速率为187.5Kbit/s。打开MicroWIN32，对S7-200进行参数设置，在“System Block”中设定S7-200的站地址为4，通讯速率为187.5Kbit/s。设置完毕后下载。具体参照图2-29：图2-29 中设定S7-200的站地址和通讯速率5). 编程 S7-300编程在S7-300的OB1中调用SFC68和SFC67。 当M1.1为1时，把S7-300中的输入数据IB0 发送到S7-200的QB0中；当M1.4为1时，S7-300把S7-200的输入数据IB0读回到本地输出数据QB0中。例子程序参见光盘，项目名为MPI_SFC_200_PPI。若对S7-200的V区进行读写，则在S7-300中定义S7-200的V区时，须用DB1代替。例如读出S7-200中VB100以后的16个字节并且放到S7-300的 MB20以后的16个字节中，需要调用系统功能SFC67 (X_GET) ，在参数VAR_ADDR中设定S7-200的地址区为：P#DB1.DBX100.0 BYTE 16。在参数RD中设定S7-300的地址区为P#MB20.0 BYTE 16。另外，还可以通过S7-200的PROFIBUS-DP模块EM277与S7-300/400的MPI口通讯。在S7-200侧，用拨码开关设定EM277的站地址（须重新上电设置才生效）。在S7-300/400侧调用SFC67/68时，只需将地址参数设定为EM277的MPI地址即可。2.4.3 组态连接通讯方式 1. 概述在MPI网络中，对于这种通讯方式只适合于S7-300/400以及S7-400/400之间的通讯。S7-300/400通讯时，S7-300只能作为服务器，S7-400作为客户机对S7-300的数据进行读写操作；S7-400/400通讯时S7-400既可以作服务器，也可以作客户机。在MPI网络上调用系统功能块通讯，数据包长度最大为160个字节。下面以S7-300/400之间的组态连接为例，介绍组态连接通讯方式。2. 网络配置图图2-30 网络配置图3. 硬件和软件需求 硬件：CPU 315-2DP CPU 416-2DP 软件：STEP 7 V5.2 SP14. 新建项目在STEP 7中创建两个站STATION1和STATION2。其中STATION1的CPU为S7 416， MPI站地址为2，作为客户机; STATION2的CPU为S7 315-2DP ， MPI站地址为4，作为服务器。假设S7-400 站把本地数据区DB1.DBB0开始的连续20个字节写到S7-300站的DB1.DBB0开始的连续20个字节中去，然后再读出S7-300站的DB1.DBB0开始的连续20个字节中的数据，并将其放到S7-400本地数据区 DB2.DBB0开始的连续20个字节中去。 5. 连接组态及参数设置在STEP 7中，在菜单中点击“Options”-“Configure Network”进入网络组态NetPro窗口，如图2-31所示。图2-31 组态通讯连接点击STATION1的“CPU 416-2DP”，在连接表中新建连接，选择“S7 connection”连接类型，并选择所需连接的CPU，在本例中选择CPU315，如下图2-32所示。图2-32 设置连接类型点击“Apply”建立连接，并查看连接表的详细属性，如图2-33所示。图2-33 连接表的详细属性组态完成以后编译存盘，并将连接组态分别下载到各自的CPU中。6. 组态在S7-400站中调用通讯系统功能块SFB15，将数据发送到S7-300站中，程序如下所示。REQ: 上升沿触发，每一个上升沿触发一次。调用SFB14读出S7-300的数据，程序如下。例子程序参考光盘，项目名为MPI_SFB_PG。调用系统功能块SFB与系统功能SFC的通讯相比，每一包的发送接收数据量要大一些，但是要在硬件组态中建立连接表，并且同样要占用S7-300的通讯资源 ，在满足通讯要求的前提下，建议用户使用无组态连接的通讯方式。 2.5 S7 PLC与HMI产品之间的MPI通讯S7300/400 与HMI产品之间的MPI通讯不需要STEP 7软件组态，也不需要编写任何程序，只须在HMI组态软件上设置一下相关通讯参数即可。2.5.1 PLC与TP/OP通讯TP/OP要通过MPI 协议与PLC通讯时，要用ProTool组态软件设定通讯参数。例如要将TP270-10与S7 PLC连接，在ProTool界面中双击“Controllers”弹出图2-34对话框。图2-34 设置PLC通讯参数点击“Parameters”按钮组态所要连接CPU的MPI地址和槽号和其他参数，如图2-35所示。OP的MPI地址（地址不能冲突）OP的通讯接口S7 CPU的槽号S7 CPU的MPI地址通讯协议MPI MPI通讯输率 图2-35设置PLC通讯参数 在S7-400多CPU系统中，只需填上所要连接的CPU的站号和槽号。 2.5.2 S7 PLC与监控软件WinCC的MPI通讯与连接TP/OP类似，WinCC与S7 PLC 通过MPI协议通讯时，同样只需在WinCC上对S7 CPU的站地址和槽号及网卡进行设置。1. PC机上MPI通讯卡的安装和设置首先，将CP5611插入PC机，启动计算机，在PC机的控制面板中双击“Set PG/PC Interface ”图标，如图2-36所示。图2-36 安装CP5611网卡2.在WinCC上添加SIAMTIC S7通讯