第7章 S7200可编程控制器的通信与网络.ppt

电气控制与PLC应用 第七章 陈建明主编王亭岭孙标副主编 第7章S7 200可编程控制器的通信与网络 了解通信及网络基础的相关知识掌握S7系列PLC的网络类型及配置熟练掌握S7 200网络及应用熟悉自由口模式下PLC与计算机通信会使用USS指令与变频器的通信 学习目标 教学内容 7 1通信及网络基础7 2S7系列PLC的网络类型及配置7 3S7 200网络及应用7 4自由口模式下PLC与计算机通信 第7章S7 200可编程控制器的通信与网络 7 1通信及网络基础 在实际工作中 无论是计算机之间还是计算机的CPU与外部设备之间常常要进行数据交换 不同的独立系统由传输线路互相交换数据便是通信 构成整个通信的线路称之为网络 通信的独立系统可以是计算机 PLC或其他有数据通信功能的数字设备 称为DTE DataTerminalEquipment 传输线路的介质可以是双绞线 同轴电缆 光纤或无线电波等 返回 7 1 1数据通信方式 1 数据传输方式 1 按照传输数据的时空顺序 数据的通信可分为并行通信和串行通信两种 并行通信 所传送数据的各位同时发送或接收 串行通信 所传送的数据按顺序一位一位地发送或接收 7 1 1数据通信方式 1 数据传输方式 2 串行通信按信息传输格式分为同步通信和异步通信 异步通信 异步传送也称起止式传送 它是利用起止法来达到收发同步的 同步传送 同步传送在数据开始处就用同步字符 通常为1 2个 来指示 7 1 1数据通信方式 2 数据传送方向 按串行通信的数据在通信线路进行传送的方向可分为单工 半双工和全双工通信方式三种 单工通信方式 单工通信就是指数据的传送始终保持同一个方向 而不能进行反向传送 半双工通信方式 半双工通信就是指信息流可以在两个方向上传送 但同一时刻只限于一个方向传送 全双工通信方式 全双工通信能在两个方向上同时发送和接收 7 1 1数据通信方式 单工 半双工 全双工示意图 广播 对讲机 电话 7 1 1数据通信方式 3 比特率 比特率 即数据传送速率 表示每秒钟传送二进制代码的位数 它的单位是bit s bps 假如数据传送速率是120字符 s 而每个字符包含10个代码位 一个起始位 一个终止位 8个数据位 这时传送的波特率为 10b 字符 120字符 s 1200b s波特率 即调制速率 指数据信号对载波的调制速率 它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示 其单位为波特 Baud 波特率与比特率的关系为 比特率 波特率X单个调制状态对应的二进制位数 7 1 1数据通信方式 4 传送介质 目前普遍使用的传送介质有 同轴电缆 双绞线 光缆 其它介质如无线电 红外微波等在PLC网络中应用很少 其中双绞线 带屏蔽 成本低 安装简单 光缆尺寸小 质量轻 传输距离远 但成本高 安装维修需专用仪器 7 1 1数据通信方式 串行通信接口 RS 232C接口 1967年由美国电子工业协会EIA E1ectronicIndustriesAssociation 所公布的串行通信接口标准 它采用按位串行的方式 单端发送 单端接收 RS 422接口 传输线采用差动接收和差动发送的方式传送数据 也有较高的通信速率 波特率可达10MB以上 和较强的抗干扰能力 RS 485接口 是RS 422的变型 区别在于RS 485采用的是半双工传送方式 RS 422采用的是全双工传送方式 RS 422用两对差分信号线 RS 485只用一对差分信号线 7 1 2网络概述 将具有独立功能而又分散在不同地理位置的多台计算机 通过通信设备和通信线路连接起来构成的计算机系统称为计算机网络 PLC与计算机之间或多台PLC之间也可直接或通过通信处理器构成网络 以实现信息交换 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 再用网络连接起来 组成集中管理的分布式网络 互连和通信是网络的核心 网络的拓扑结构 传输控制 传输介质和通道利用方式是构成网络的四大要素 返回 1 数据通信的网络拓扑结构 树形结构 结构中处于较高位置的站点控制位于它下面的那些站点的数据通信 总线形结构 利用总线把所有节点连接起来 其特点是所有站点共享一个公共通信总线 星形结构 以中央节点为中心与各个节点连接组成 网络中任何两个节点要进行通讯都由中央控制站点控制并转换 环路结构 以环行网中各节点首尾顺序连接形成 7 1 2网络概述 7 1 2网络概述 网络拓扑结构示意图 树形总线形星形环形图7 3网络拓扑结构 7 2S7系列PLC的网络类型及配置 简单网络 指以个人计算机为主站 一台或多台同型号的PLC为从站 组成简易集散控制系统 在这种系统中 个人计算机充当操作站 实现通信管理 显示 报警 监控 编程及操作等功能 而多台PLC负责控制任务 PLC也可以作为主站 其他多台同型号PLC作为从站 构成主从式网络 多级复杂网络 现代大型工业企业PLC控制系统中 一般采用多级网络的形式 不同PLC厂家的自动化系统网络结构的层数及各层的功能分布有所差异 7 2 1PLC网络类型 返回 7 2 2通信协议 在PLC网络中使用的通信协议有通用协议和公司专用协议两大类 通用协议 在PLC网络的各个层次中 高层子网中一般采用通用协议 如PLC网之间的互连及PLC网与其他局域网的互连 这表明工业网络向标准化和通用化发展的趋势 公司专用协议 子网内一般采用公司专用协议 尤其是最底层子网 由于传送的是过程数据及控制命令 这种信息较短 但实时性要求高 返回 7 2 2通信协议 PLC网络常用通信协议 PPI协议 PPI通信协议是西门子专门为S7 200系列PLC开发的一个通信协议 MPI协议 MPI允许主 主通信和主 从通信 S7 200可以通过通信接口连接到MPI网上 主要应用于S7 300 400CPU与S7 200通信的网络中 Profibus协议 Profibus协议通常用于实现分布式I O设备 远程式I O 的高速通信 7 2 2通信协议 PLC网络常用通信协议 用户自定义协议 自由口通信模式 自由口通信 FreeportMode 模式是指CPU串行通信口可由用户程序控制 自定义通信协议 Profibus协议 S7 200CPU可以通过EM277Profibus DP扩展模块的方法连接到Profibus DP协议支持的网络中 PLC在Profibus总线中通常担任一类或二类主站 与I O从站组成主 从模式 TCP IP协议 通过以太网扩展模块CP243 1和互联网扩展模块CP243 1IT S7 200将能支持TCP IP以太网通信 7 2 3通信设备 与S7 200相关的主要有以下网络设备及自由口通信设备 通信口 S7 200主机带有一或两个串行通信口 RS485 网络连接器 RS485或书中P266图7 6 通信电缆 主要有Profibus和PC PPI电缆 485 232 网络中继器 是网络的一个节点 但无地址 调制解调器 模 数转换 实现远距离通信 Profibus DP通信模块 EM277工业以太网CP243 l通信处理器 用于连接以太网 工业以太网CP243 2通信处理器 用于连接AS I从站 EM241MODEM模块 远程智能模块 返回 7 2 4S7系列PLC产品组建的几种典型网络 S7系列PLC常见的通信网络主要有把计算机或编程器作为主站 把操作面板作为主站和把PLC作为主站等类型 这几种类型中又可分为 单主站PPI 编程站可以通过PC PPI电缆或者通信卡 CP 与S7 200可以组成单主站PPI网络进行通信 书中图7 7 多主站PPI 编程站通过PC PPI电缆或者通信卡 CP 与S7 200可以组成多主站单从站PPI网络 书中图7 10 复杂的PPI网络 支持点对点通信 书中图7 11 返回 7 2 4S7系列PLC产品组建的几种典型网络 单主站PPI 编程站可以通过PC PPI电缆或者通信卡 CP 与S7 200可以组成单主站PPI网络进行通信 单主站PPI网络 7 2 4S7系列PLC产品组建的几种典型网络 多主站PPI 编程站通过PC PPI电缆或者通信卡 CP 与S7 200可以组成多主站单从站PPI网络 只带一个从站的多主站 7 2 4S7系列PLC产品组建的几种典型网络 多主站PPI 编程站通过PC PPI电缆或者通信卡 CP 与S7 200可以组成多主站单从站PPI网络 多个从站和多个主站 7 2 4S7系列PLC产品组建的几种典型网络 复杂的PPI网络 图7 12和图7 13给出了一个点对点通信的有多个从站的多主站网络实例 点对点通信 7 2 4S7系列PLC产品组建的几种典型网络 复杂的PPI网络 图7 12和图7 13给出了一个点对点通信的有多个从站的多主站网络实例 HMI设备及点对点通信 7 2 5通信参数的设置 不同的网络配置其通信参数的设置是不同的 要进行通信参数设置 应先运行STEP7 Micro WIN32软件进入 通讯设定 对话框 可通过单击 引导条 中的 通讯 图标进入该对话框 进入 设置PG PC接口 SetPG PCInterface 对话框后即可按以下步骤进行安装或删除通信接口操作 返回 7 2 5通信参数的设置 在计算机桌面 单击STEP7 Micro WIN32图标 在STEP7 Micro WIN32运行时单击 通讯 图标 出现 通讯 对话框 见下图 图7 17 双击 通讯设定 对话框中右上角的PC PPI电缆图标 出现 设置PG PC接口 SetPG PCInterface 对话框 如图7 20所示 单击 设置PG PC接口 对话框中的 Properties 按钮 出现 PC PPI电缆属性 Properties PC PPICable PPI 对话框 PC PPI电缆属性 对话框的 PPI 选项中对本站 STEP7 Micro WIN 地址 默认设置为0 一般不需改动 通信超时进行设定 可选择使用PPI高级和多主站网络 可对网络传输速率 网络最高站址进行选择 点击 本地连接 LocalConnecting 选项 可选择计算机的通信口以及选择是否使用调制解调器进行通信 7 2 6S7 200的参数设置 设置好通信参数后 也应根据需要为S7 200进行参数设置 主要包括 站地址 波特率 间隔更新系数等参数的设置 主站或从站 下载系统块到S7 200之前 需确认STEP7 Micro WIN32的通信口的参数与当前S7 200的参数是否匹配 主要看站地址 波特率等参数是否一致 下载成功后 可打开 通讯设定 对话框并双击该对话框右上角的刷新图标搜寻并连接网络上的S7 200 返回 7 3S7 200网络及应用 S7 200之间经常采用PPI协议进行通信 S7 200默认运行模式为从站模式 但在用户应用程序中可将其设置为主站运行模式与其他从站进行通信 在S7 200PLC作为主站时 可用相关网络指令 NETR NETW 对其他从站中的数据进行读写 7 3 1网络指令及应用 返回 7 3S7 200网络及应用 1 网络指令NETR 网络读指令 使能输入有效时 指令初始化通信操作 通过通信口PORT从远程设备上接收数据并形成接收缓冲区数据表TBL 指令格式 NETRTBL PORTNETW 网络写指令 使能输入有效时 指令初始化通信操作 通过通信口PORT将发送缓冲区数据表TBL中的数据发送到远程设备 指令格式 NETWTBL PORT 图7 18网络指令 7 3S7 200网络及应用 2 控制寄存器和传输数据表与网络指令有关的特殊标志寄存器为SMB30和SMB130 具体见附录A 将特殊标志寄存器SMB30和SMBl30的低2位设置为2 10 其他位为0 即SMB30和SMBl30的值为16 02 则可将S7 200设置为PPI主站模式 S7 200执行网络读写指令时 PPI主站与从站之间的数据以传送数据表的格式传送 数据表的格式如表7 5所示 传送数据表中的第一个字节为状态字节 各位含义见编程手册 7 3S7 200网络及应用 3 NETR NEIW指令应用举例图7 19给出一简单网络 一条生产线正在灌装黄油桶并将其送到四台包装机中的一台上 打包机把8个黄油桶包装到一个纸箱中 一个分流机控制着黄油桶流向各个打包机 4个CPU221模块用于控制打包机 一个CPU222模块安装TD200操作器接口 被用来控制分流机 表7 7给出了2号站中接收缓冲区 VB200 和发送缓冲区 VB300 中的数据 S7 200使用网络读指令不断读取每个打包机的控制和状态信息 每次某个打包机包装完100箱 分流机会注意到 并用网络写指令发送一条信息清除状态字 7 3 2自由口指令及应用 自由口模式允许应用程序控制S7 200的串行通信口 S7 200处于RUN方式时 当选择了自由通信口模式 用户程序通过接收中断 发送中断来发送指令 用户程序通过使用发送指令 接收指令 发送接收中断指令来控制通信口的操作 当S7 200由RUN方式转为STOP方式时 自由口模式被禁止 通信口自动切换到正常的PPI协议操作 只有当S7 200处于RUN方式时 才能使用自由口模式 返回 7 3 2自由口指令及应用 1 自由口指令XMT 发送指令 可以将发送数据缓冲区 TBL 中的数据通过指令指定的通信端 PORT 发送出去 发送完成时将产生一个中断事件 数据缓冲区的第一个数据指明了要发送的字节数 RCV 接收指令 可以通过指令指定的通信端口 PORT 接收信息并存储于接收数据缓冲区 TBL 中 接收完成也将产生一个中断事件 数据缓冲区的第一个数据指明了接收的字节数 图7 21自由口指令 7 3 2自由口指令及应用 2 相关寄存器及标志 1 PP位 奇偶选择 2 D位 有效位数 3 BBB位 自由口波特率 4 MM位 协议选择 1 控制寄存器SMB30控制和设置通信端口0 如果PLC主机上有通信端口1 则用SMB130来进行控制和设置 SMB30和SMB130的各位及其的含义如下 7 3 2自由口指令及应用 2 特殊标志位及中断中断 接收中断 中断事件号为8 口0 和25 口1 发送完成中断 中断事件号为7 口0 和26 口1 接收完成中断 中断事件号为23 口0 和24 口1 特殊标志位 SM4 5和SM4 6 分别用来表示口0和口1发送空闲状态 7 3 2自由口指令及应用 3 特殊功能寄存器接收信息时用到一系列特殊功能存储器 对端口0用SMB86到SMB74 对端口1用SMB186到SMB174 各字节及内容描述如下表7 7所示 表7 9特殊功能寄存器 SMB86 SMB74 SMB186 SMB174 7 3 2自由口指令及应用 3 用XMT指令发送数据用XMT指令可以方便地发送1 255个字节 如果有一个中断服务程序连接到发送结束事件上 在发送完缓冲区内最后一个字符时 会产生一个发送中断 对端口0为中断事件7 对端口1为中断事件26 也可以不通过中断执行发送指令 可查询发送完成状态位SM4 5或SM4 6的变化 判断发送是否完成 如果将字符数设置为0并执行XMT指令 可以产生一个break状态 这个break状态可以在线上持续一段特定的时间 这段特定时间是以当前波特率传输16位数据所需要的时间 发送break的操作与发送其他信息一样 发送break的操作完成时也会产生一个发送中断 SM4 5或SM4 6反映发送操作的当前状态 7 3 2自由口指令及应用 4 用RCV指令接收数据用RCV指令可方便地接收一个或多个字节 最多可达255个字符 如果有一个中断服务程序连接到接收信息完成事件上 在接收完最后一个字符时 会产生一个接收中断 对端口0为中断事件23 对端口1为中断事件24 和发送指令一样也可以不使用中断 通过查询接收信息状态寄存器SMB86 端口0 或SMB186 端口1 来接收信息 当RCV指令未被激活或已被终止时 它们不为0 当接收正在进行时 它们为0 RCV指令允许用户选择信息的起始和结束条件 使用SMB86至SMB74对端口0进行设置 使用SMB186至SMB174对端口1进行设置 当超限或有校验错误时 接收信息会自动终止 因此必须为接收信息功能操作定义一个起始条件和结束条件 最大字符数 7 3 2自由口指令及应用 5 接收指令起始条件和结束条件 7 3 2自由口指令及应用 6 用接收字符中断接收数据为了完全适应对各种通信协议的支持 可以使用字符中断控制的方式来接收数据 每接收一个字符时都会产生中断 在执行连接到接收字符中断事件上的中断程序前 接收到的字符存储在SMB2中 校验状态 如果允许的话 存储在SM3 0中 SMB2是自由端口接收字符缓冲区 在自由端口模式下 每一个接收到的字符都会被存储在这个单元中 以方便用户程序访问 SMB3用于自由端口模式 并包含一个校验错误标志位 当接收字符的同时检测到校验错误时 该位被置位 该字节的所有其他位保留 7 3 2自由口指令及应用 7 自由口协议通信指令应用举例本程序功能为上位PC机和PLC之间的通信 PLC接收上位PC发送的一串字符 直到收到回车符为止 PLC又将信息发送回PC机 自由口协议通信指令应用举例的主程序如图7 23所示 本程序实现的功能是接收一个字符串 直到接收到换行字符 接收完成后 信息会发送回发送方 中断0为接收完成中断例行程序 如图7 24所示 中断0实现的功能是如果接收状态显示接收结束字符 则附加一个10毫秒计时器 触发传输并返回 中断1为10ms定时触发发送 如图7 25所示 中断2为发送字符中断事件 如图7 26所示 7 3 2自由口指令及应用 LDSM0 1MOVB16 07 SMB30 在第一个扫描周期 初始化自由口 选择7600波特率 8位数据位 无校验MOVB16 B0 SMB87 初始化RCV信息控制字 RCV被启用 检测信息结束字符及空闲线信息条件MOVB16 0A SMB87 设定信息结束字符16 0A 换行符 MOVW 5 SMW70 设置空闲线超时为5msMOVB100 SMB74 设置最大字符为100 1 7 3 2自由口指令及应用 ATCHINT 0 23 连接中断0到接收事件ATCHINT 2 7 连接中断2到发收事件ENI 允许中断RCVVB100 0 执行接收指令 接收缓冲区指向VB100 图7 23自由口协议通信主程序 7 3 2自由口指令及应用 图7 24自由口协议通信中断0 图7 25自由口协议通信中断1 LDB SMB85 16 20MOVB10 SMB34ATCHINT 1 10 连接一个10ms定时触发发送CRETINOTRCVVB100 0 如果由于任何其它原因接收完成 启动一 个新的接收 LDSM0 0DTCH10 分离计时器中断XMTVB100 0 在端口0向用户回送信息 7 3 2自由口指令及应用 LDSM0 0RCVVB100 0 允许另一个接收 图7 26自由口协议通信中断2 7 4自由口模式下PLC与计算机的通信 1 PLC通信程序的创建自由口模式允许PLC应用程序控制S7 200CPU的通信口 您可以在自由口模式下使用用户定义的通信协议来实现与多种类型的智能设备的通信 自由口模式支持ASCII和二进制协议 要使能自由口模式 需要使用特殊存储器字节SMB30 端口0 和SMB130 端口1 7 4 1自由口模式下PLC串行通信编程要点 返回 应用程序中使用以下步骤控制通信口的操作 发送指令 XMT 和发送完成中断 发送指令允许S7 200的通信口上发送最多255个字节 发送中断通知程序发送完成 接收字符中断 接收字符中断通知程序通信口上接收到了一个字符 应用程序就可以根据所用的协议对该字符进行相关的操作 接收指令 RCV 和接收完成中断 接收指令从通信口接收整条信息 当接收完成后产生中断通知应用程序 7 4 1自由口模式下PLC串行通信编程要点 采用发送指令 XMT 和接收字符中断事件进行双机或多机主从式通信实现原理 选中一台PLC作为主机 负责通信的管理工作 从机只有接收到来自主机的控制信息后才被动地响应主机的请求 中断接收事件8是从通信端口上读到信息时产生的接收中断 由此可在定义的中断事件8的中断程序中将已收到的信息从SMB2中读出 在需要以一个固定的时间间隔来进行工作处理时 可采样软件定时中断 事件10和事件11 7 4 1自由口模式下PLC串行通信编程要点 7 4自由口模式下PLC与计算机的通信 2 计算机通信程序的设计与实现随着工业PC机的推出 个人计算机在工业现场运行的可靠性问题已得到解决 因此在各类测控设备中实现PLC和PC机之间的串行通信有着重大的意义 这样一方面有助于将个人计算机开发成简易工作站