第八章-PLC的网络通信技术及应用.ppt

第八章PLC网络通信技术及应用,第一节网络概述,第二节S7-200的通信与网络,第三节S7-200的通信指令,第四节S7-200的通信扩展模块,第一节网络概述,近年来，工厂自动化网络得到了迅速的发展，相当多的企业已经在大量地使用可编程设备，如PLC、工业控制计算机、变频器、机器人、柔性制造系统等。将不同厂家生产的这些设备连在一个网络上，相互之间进行数据通信，由企业集中管理，已经是很多企业必须考虑的问题。,通信：当任意两台设备之间有信息交换时，它们之间就产生了通信。PLC通信：是指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：就是将地理位置不同的PLC、计算机、各种现场设备等，通过通信介质连接起来，按照规定的通信协议，以某种特定的通信方式高效率地完成数据的传送、交换和处理。,通信方式,并行通信与串行通信并行通信：是以字节或字为单位的数据传输方式，除了8根或16根数据线、一根公共线外，还需要数据通信联络用的控制线。并行通信的传送速度快，但是传输线的根数多，成本高，一般用于近距离的数据传送。并行通信一般用于PLC的内部，如PLC内部元件之间、PLC主机与扩展模块之间或近距离智能模块之间的数据通信。,串行通信：以二进制位（bit）为单位的数据传输方式，每次传送一位，除了地线外，在一个数据传输方向上只需要一根数据线，这根线既作为数据线又作为通信联络控制线串行通信需要的信号线少，最少的只需要两三根线，适用于距离较远的场合。串行通信多用于PLC与计算机、多台PLC之间的数据通信。传输速率是评价通信速度的重要指标。在串行通信中，传输速率常用比特率来表示，其单位是比特/秒（bit/s）或bps,单工通信方式：只能沿单一方向发送或接收数据。双工通信方式：其信息可沿两个方向传送，每一个站既可以发送数据，也可以接收数据。全双工方式：数据的发送和接收分别由两根或两组不同的数据线传送，通信的双方都能在同一时刻接收和发送信息半双工方式：用同一根线或同一组线接收和发送数据，通信的双方在同一时刻只能发送数据或接收数据在PLC通信中常采用半双工和全双工通信。,按同步方式的不同，串行通信分为异步通信和同步通信异步通信：通信双方需要对所采用的信息格式和数据的传输速率作相同的约定。异步通信传送附加的非有效信息较多，它的传输效率较低，一般用于低速通信，PLC一般使用异步通信。,同步通信：以字节为单位。每次传送l2个同步字符、若干个数据字节和校验字符。同步字符起联络作用，用它来通知接收方开始接收数据。在同步通信中，发送方和接收方要保持完全的同步。在近距离通信时，可以在传输线中设置一根时钟信号线。在远距离通信时，可以在数据流中提取出同步信号，使接收方得到与发送方完全相同的接收时钟信号。同步通信方式传输效率高，但是对硬件的要求较高，一般用于高速通信。,基带传输与频带传输基带传输：按照数字信号原有的波形（以脉冲形式）在信道上直接传输，它要求信道具有较宽的通频带。基带传输时，通常对数字信号进行一定的编码，常用数据编码方法有非归零码NRZ、曼彻斯特编码和差动曼彻斯特编码等。,频带传输：是一种采用调制解调技术的传输形式。发送端采用调制手段，对数字信号进行某种变换，将代表数据的二进制“1”和“0”，变换成具有一定频带范围的模拟信号，以适应在模拟信道上传输；接收端通过解调手段进行相反变换，把模拟的调制信号复原为“1”或“0”。常用的调制方法有频率调制、振幅调制和相位调制。具有调制、解调功能的装置称为调制解调器，即Modem。PLC通信中，基带传输和频带传输两种传输形式都有采用，但多采用基带传输。,通信介质：是在通信系统中位于发送端与接收端之间的物理通路。通信介质一般可分为：导向性介质、非导向性介质导向性介质：这种介质将引导信号的传播方向，如：双绞线、同轴电缆和光纤等；非导向性介质：一般通过空气传播信号，它不为信号引导传播方向，如短波、微波和红外线通信等。,通信介质,通信介质,一、双绞线,双绞线是由两根彼此绝缘的导线按照一定规则以螺旋状绞合在一起。这种结构能在一定程度上减弱来自外部的电磁干扰及相邻双绞线引起的串音干扰。但在传输距离、带宽和数据传输速率等方面仍有其一定的局限性。,非屏蔽双绞线电缆：价格便宜、直径小节省空间、使用方便灵活、易于安装美国电器工业协会（EIA）规定了六种质量级别的双绞线电缆，其中1类线档次最低，只适于传输语音；6类线档次最高，传输频率可达到250MHz。3类线数据传输率可达10Mbps；4类线数据传输率可达16Mbps；5类线数据传输可达100Mbps。屏蔽双绞线电缆：抗干扰能力强，有较高的传输速率，100m内可达到155Mbps。但其价格相对较贵，需要配置相应的连接器，使用时不是很方便。,与双绞线相比，同轴电线抗干扰能力强，能够应用于频率更高、数据传输速率更快的情况。对其性能造成影响的主要因素来自衰损和热噪声，采用频分复用技术时还会受到交调噪声的影响。虽然目前同轴电缆大量被光纤取代，但它仍广泛应用于有线电视和某些局域网中。,二、同轴电缆,同轴电缆主要有：50电缆和75电缆。50电缆：用于基带数字信号传输，又称基带同轴电缆。电缆中只有一个信道，数据信号采用曼彻斯特编码方式，数据传输速率可达10Mbps，这种电缆主要用于局域网。75电缆：是CATV系统使用的标准，它既可用于传输宽带模拟信号，也可用于传输数字信号。对于模拟信号而言，其工作频率可达400MHZ。若在这种电缆上使用频分复用技术，则可以使其同时具有大量的信道，每个信道都能传输模拟信号。,三、光纤,光纤是一种传输光信号的传输媒介光纤的结构：处于光纤最内层的纤芯是一种横截面积很小、质地脆、易断裂的光导纤维，制造这种纤维的材料可以是玻璃也可以是塑料。纤芯的外层裹有一个包层，它由折射率比纤芯小的材料制成。由于在纤芯与包层之间存在着折射率的差异，光信号才得以通过全反射在纤芯中不断向前传播。在光纤的最外层则是起保护作用的外套。通常都是将多根光纤扎成束并裹以保护层制成多芯光缆。,根据制作材料的不同，光纤可分为：石英光纤、塑料光纤、玻璃光纤等；根据传输模式不同，光纤可分为：多模光纤和单模光纤；根据纤芯折射率的分布不同，光纤可以分为：突变型光纤和渐变型光纤；根据工作波长的不同，光纤可分为：短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。,在实际光纤传输系统中，还应配置与光纤配套的光源发生器件和光检测器件。最常见的光源发生器件是发光二极管（LED）和注入激光二极管（ILD）。光检测器件是在接收端能够将光信号转化成电信号的器件，目前使用的光检测器件有光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD），光电二极管的价格较便宜，然而雪崩光电二极管却具有较高的灵敏度。,光纤的优点：1）光纤支持很宽的带宽（10141015HZ），覆盖了红外线和可见光的频谱。2）具有很快的传输速率，当前传输速率制约因素是信号生成技术。3）光纤抗电磁干扰能力强，且光束本身又不向外辐射，适用于长距离的信息传输及安全性要求较高的场合。4）光纤衰减较小，中继器的间距较大。光纤的缺点：系统成本较高、不易安装与维护、质地脆易断裂等。,PLC常用通信接口,PLC通信主要采用串行异步通信，其常用的串行通信接口标准有RS-232C、RS-422A和RS-485等。,RS-232CRS-232C是美国电子工业协会（EIA）于1969年公布的通信协议。RS-232C接口标准是目前计算机和PLC中最常用的一种串行通信接口。RS-232C采用负逻辑，用-5-15V表示逻辑“l”，用+5+15V表示逻辑“0”。噪声容限为2V，即接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”，高到-3V的信号作为逻辑“1”。RS-232C只能进行一对一的通信，RS-232C可使用9针或25针的D型连接器，PLC一般使用9针的连接器,RS-232C引脚,RS-232C通信连线,RS-232-C的电气接口采用单端驱动、单端接收的电路，容易受到公共地线上的电位差和外部引入的干扰信号的影响，同时还存在以下不足之处：1）传输速率较低，最高传输速度速率为20kbps。2）传输距离短，最大通信距离为15m3）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，与TTL电平不兼容,RS-422A针对RS-232C的不足，EIA于1977年推出了串行通信标准RS-499，对RS-232C的电气特性作了改进，RS-422A是RS-499的子集。RS-422A采用平衡驱动、差分接收电路，从根本上取消了信号地线，大大减少了地电平所带来的共模干扰。,RS-422在最大传输速率10Mbps时，允许的最大通信距离为12m。传输速率为100kbps时，最大通信距离为1200m。一台驱动器可以连接10台接收器。RS-422A是全双工，两对平衡差分信号线分别用于发送和接收，所以采用RS422接口通信时最少需要4根线。,RS-485RS-485是RS-422的变形，为半双工，只有一对平衡差分信号线，不能同时发送和接收，最少只需二根连线。RS-485的逻辑“1”以两线间的电压差为+（26）V表示，逻辑“0”以两线间的电压差为-（26）V表示。电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性、高传输速率（10Mbps）、长的传输距离（1200m）和多站能力（最多128站）等优点，所以在工业控制中广泛应用。,以太网,RS485网络,力控组态软件,并发采集不同物理链路的设备,开放系统互连模型（OSI）为了实现不同厂家生产的智能设备之间的通信，国际标准化组织ISO提出了开放系统互连模型OSI(OpenSystemInterconnection)，作为通信网络国际标准化的参考模型，详细描述了软件功能的7个层次。每一层都尽可能自成体系，均有明确的功能。,开放系统互连模型（OSI）物理层（PhysicalLayer）物理层是为建立、保持和断开在物理实体之间的物理连接，提供机械的、电气的、功能性的和规程的特性。物理层是建立在传输介质之上，负责提供传送数据比特位“0”和“1”码的物理条件。同时，定义了传输介质与网络接口卡的连接方式以及数据发送和接收方式。接口标准RS-232C、RS-422和RS-485等就属于物理层。,开放系统互连模型（OSI）数据链路层（DatalinkLayer）数据键路层通过物理层提供的物理连接，实现建立、保持和断开数据链路的逻辑连接，完成数据的无差错传输。数据链路层的主要控制功能是差错控制和流量控制，以保证数据的可靠传输。在数据链路上，数据以帧格式传输，帧是包含多个数据比特位的逻辑数据单元，通常由控制信息和传输数据两部分组成。常用的数据链路层协议是面向比特的串行同步通信协议-同步数据链路控制协议/高级数据链路控制协议（SDLC/HDLC）。,开放系统互连模型（OSI）网络层（NetworkLayer）网络层完成站点间逻辑连接的建立和维护，负责传输数据的寻址，提供网络各站点间进行数据交换的方法，完成传输数据的路由选择和信息交换的有关操作。网络层的主要功能是报文包的分段、报文包阻塞的处理和通信子网内路径的选择。常用的网络层协议有X.25分组协议和IP协议。,开放系统互连模型（OSI）传输层（TransportLayer）传输层是向会话层提供一个可靠的端到端（end-to-end）的数据传送服务。传输层的信号传送单位是报文（Message），它的主要功能是流量控制、差错控制、连接支持。典型的传输层协议是因特网TCP/IP协议中的TCP协议。,开放系统互连模型（OSI）会话层（SessionLayer）两个表示层用户之间的连接称为会话，对应会话层的任务就是提供一种有效的方法，组织和协调两个层次之间的会话，并管理和控制它们之间的数据交换。网络下载中的断点续传就是会话层的功能。,开放系统互连模型（OSI）表示层（PresentationLayer）表示层用于应用层信息内容的形式变换，如数据加密/解密、信息压缩解压和数据兼容，把应用层提供的信息变成能够共同理解的形式。,开放系统互连模型（OSI）应用层（ApplicationLayer）应用层作为参考模型的最高层，为用户的应用服务提供信息交换，为应用接口提供操作标准。七层模型中所有其它层的目的都是为了支持应用层，它直接面向用户，为用户提供网络服务。常用的应用层服务有电子邮件(E-mail)、文件传输(FTP)和Web服务等。,开放系统互连模型（OSI）OSI7层模型中，除了物理层和物理层之间可直接传送信息外，其它各层之间实现的都是间接的传送。OSI7层参考模型只是要求对等层遵守共同的通信协议，并没有给出协议本身。OSI7层协议中，高4层提供用户功能，低3层提供网络通信功能。,IEEE802通信标准IEEE802通信标准是IEEE（国际电工与电子工程师学会）的802分委员会从1981年至今颁布的一系列计算机局域网分层通信协议标准草案的总称。它把OSI参考模型的底部两层分解为逻辑链路控制子层（LLC）、媒体访问子层（MAC）和物理层。前两层对应于OSI模型中的数据链路层，数据链路层是一条链路（Link）两端的两台设备进行通信时所共同遵守的规则和约定。IEEE802的媒体访问控制子层对应于多种标准，其中最常用的为三种，即带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）协议、令牌总线（TokenBus）和令牌环（TokenRing）,IEEE802通信标准CSMA/CD协议CSMA/CD（carrier-sensemultipleaccesswithcollisiondetection）通信协议的基础是以太网（Ethernet），各站共享一条广播式的传输总线，每个站都是平等的，采用竞争方式发送信息到传输线上。当某个站识别到报文上的接收站名与本站的站名相同时，便将报文接收下来。由于没有专门的控制站，两个或多个站可能因同时发送信息而发生冲突，造成报文作废，因此必须采取措施来防止冲突。通常把这种“先听后讲”和“边听边讲”相结合的方法称为CSMA/CD，其控制策略是竞争发送、广播式传送、载体监听、冲突检测、冲突后退和再试发送；,IEEE802通信标准令牌总线令牌总线是IEEE802标准中的工厂媒质访问技术，其编号为802.4。它吸收了GM公司支持的MAP（ManufacturingAutomationProtocol，即制造自动化协议）系统的内容。在令牌总线中，媒体访问控制是通过传递一种称为令牌的特殊标志来实现的。按照逻辑顺序，令牌从一个装置传递到另一个装置，传递到最后一个装置后，再传递给第一个装置，如此同而复始，形成一个逻辑环。,IEEE802通信标准令牌总线令牌有“空”、“忙”两个状态，令牌网开始时由指定站产生一个空令牌沿逻辑环传送。任何一个要发送信息的站都要等到令牌传给自己，判断为“空”令牌时才发送信息。发送站首先把令牌置成“忙”，并写入要传送的信息、发送站名和接收站名，然后将载有信息的令牌送入环网传输。令牌沿环网循环一周后返回发送站时，信息已被接收站拷贝，发送站将令牌置为“空”，送上环网继续传送，以供其它站使用。如果在传送过程中令牌丢失，由监控站向网中注入一个新的令牌。令牌传递式总线最适合于需要进行实时通信的工业控制网络。,IEEE802通信标准令牌环令牌环媒质访问方案是IBM开发的，它在IEEE802标准中的编号为802.5，它有些类似于令牌总线。在令牌环上，最多只能有一个令牌绕环运动，不允许两个站同时发送数据。令牌环从本质上看是一种集中控制式的环，环上必须有一个中心控制站负责网的工作状态的检测和管理。,第五节可编程序控制器网络及通信,一、网络概述,（一）联网目的,（二）网络结构和通信协议,1链接结构,2联网结构,图9-35联网结构示意图,（1）星形结构,只有一个中心节点，网络上其他各节点都分别与中心节点相连，通信功能由中心节点进行管理，并通过中心节点实现数据交换。,（2）总线结构,这种结构的所有节点都通过相应硬件连接到一条无源公共总线上，任何一个节点发出的信息都可沿着总线传输，并被总线上其他任意节点接收。它的传输方向是从发送节点向两端扩散传送。,（3）环形结构,环形结构中的各节点通过有源接口连接在一条闭合的环形通信线路中，是点对点式结构，即一个节点只能把数据传送到下一个节点。若下一个节点不是数据发送的目的节点，则再向下传送直到目的节点接收为止。,3网络通信协议,在通信网络中，各网络节点，各用户主机为了进行通信，就必须共同遵守一套事先制定的规则，称为协议。,（三）通信方式,1串行数据传送与并行数据传送,（1）并行数据传送,（2）串行数据传送,2异步方式与同步方式,串行通信数据的传送是一位一位分时进行的。根据串行通信数据传输方式的不同可以分为异步方式和同步方式。,（1）异步方式,异步方式又称为起止方式。它在发送字符时，要先发送起始位，然后才是字符本身，最后是停止位。字符之后还可以加入奇偶校验位。异步传送较为简单，但要增加传送位，将影响传输速率。异步传送是靠起始位和波特率来保持同步的。PLC网络多采用异步方式传送数据。,（2）同步方式,同步方式要在传送数据的同时，也传递时钟同步信号，并始终按照给定的时刻采集数据。同步方式传递数据虽提高了数据的传输速率，但对通信系统要求较高。,（四）网络配置,网络配置与建立网络的目的、网络结构以及通讯方式有关，但任何网络，其结构配置都包括硬件、软件两个方面。,1硬件配置,（1）通信接口,（2）通信介质,2软件配置,要实现PLC的联网控制，就必须遵循一些网络协议。不同公司的机型，通信软件各不相同。软件一般分为两类，一类是系统编程软件，用以实现计算机编程，并把程序下载到PLC，且监控PLC工作状态。,二、S7200系列CPU与计算机设备的通信,（一）S7200系列CPU的通信性能,1SIEMENS公司的网络层次结构,SIEMENS公司S7系列PLC网络层次结构,从站：被动性,主站：主动性,令牌:持有令牌的主站对总线相有控制性,S7系列PLC通常有四种组网方式：点对点、MPI多点网络、PROFIBUS和工业以太网。,2S7系列的通信协议,（1）PPI协议,（2）MPI协议,（3）PROFIBUS协议,（4）自由口协议,（5）USS协议,（6）MODBUS协议,（7）AS-I协议,PPI、MPI、PROFIBUS都是异步基于字符传输的协议（带起始位、8位字符、偶校验和一位停止位）。通讯帧由特殊的起始和结束字符、源和目的站地址、帧长度和数据完成性检查组成。,2S7系列的通信协议,（1）PPI协议,PPI(Point-to-point-Interface)协议，即点对点接口，是一个主/从协议。协议规定主站向从站发出申请，从站进行响应。从站不能初始化信息。但当主站发出申请或查询时，从站才对其响应。,（2）MPI协议,MPI（Multi-PointInterface）即多点接口，可以是主/主协议或主/从协议，协议如何操作有赖于设备的类型。,（1）STEP7-Micro/WIN32(在0号站)可以监视2号站的状态，同时TD200(5号和1号站)和CPU224模块（3号站和4号站）可以实现通信。,（3）PROFIBUS协议,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）。,1PROFIBUS的组成,PROFIBUS由三个相互兼容的部分组成，即PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP及PROFIBUS-PA。,（1）PROFIBUS-DP（DistributedPeriphery分布I/O系统）,PROFIBUS-DP是一种优化模板，是制造业自动化主要应用的协议内容，是满足用户快速通信的最佳方案，每秒可传输12兆位。扫描1000个I/O点的时间少于lms。它可以用于设备级的高速数据传输，远程I/O系统尤为适用。位于这一级的PLC或工业控制计算机可以通过PROFIBUSEDP同分散的现场设备进行通。,（2）PROFIBUS-PA（ProcessAutomation过程自动化）,是为PA主要用于过程自动化的信号采集及控制，它是专为过程自动化所设计的协，可用于安全性要求较高的场合及总线集中供电的站点。响应时间（100ms),（3）PROFIBUS-FMS（FieldbusMessageSpecification现场总线信息规范）,是为现场的通用通信功能所设计，主要用于非控制信息的传输，传输速度中等(60ms)，可以用于车间级监控网络。FMS提供了大量的通信服务，用以完成以中等级传输速度进行的循环和非循环的通信服务。对于FMS而言，它考虑的主要是系统功能而不是系统响应时间，应用过程中通常要求的是随机的信息交换，如改变设定参数。FMS服务向用户提供了广泛的应用范围和更大的灵活性，通常用于大范围、复杂的通信系统。,2PROFIBUS协议结构,PROFIBUS协议以ISOOSI参考模型为基础。第一层为物理层，定义了物理的传输特性；第二层为数据链路层；第三层至第六层PROFIBUS未使用；第七层为应用层，定义了应用的功能。PROFIBUS-DP是高效、快速的通信协议，它使用了第一层、第二层及用户接口，第三七层未使用。这样简化了的结构确保了DP的高速的数据传输。,3传输技术,PROFIBUS对于不同的传输技术定义了惟一的介质存取协议。,(1)RS-485RS485是PROFIBUS使用最频繁的传输技术。（2）IECll58-2根据IECll58-2在过程自动化中使用固定波特率31.25kb/s的同步传输，它可以满足化工和石化工业对安全的要求，采用双线技术通过总线供电，这样PROFIBUS就可以用于危险区域了。（3）光纤在电磁干扰强度很高的环境和高速、远距离传输数据时，PROFIBUS可使用光纤传输技术。使用光纤传输的PROFIBUS总线段可以设计成星型或环型结构。现在在市面上已经有RS-485传输链接与光纤传输链接之间的耦合器，这样就实现了系统内RS-485和光纤传输之间的转换。,（4）PROFIBUS介质存取协议PROFIBUS通信规程采用了统一的介质存取协议，此协议由OSI参考模型的第二层来实现。在PROFIBUS协议设计时充分考虑了满足介质存取控制的两个要求，即：在主站间通信时，必须保证在分配的时间间隔内，每个主站都有足够的时间来完成它的通信任务，在PLC与从站（PLC或其他设备）间通信时，必须快速、简捷地完成循环，进行实时的数据传输。为此，PROFIBUS提供了两种基本的介质存取控制：令牌传递方式和主/从方式。,令牌传递方式可以保证每个主站在事先规定的时间间隔内都能获得总线的控制权。令牌是一种特殊的报文，它在主站之间传递着总线控制权，每个主站均能按次序获得一次令牌，传递的次序是按地址升序进行的。,主/从方式允许主站在获得总线控制权时，可以与从站通信，发送或获得信息。,主站要发出信息，必须持有令牌。假设有一个由3个主站和7个从站构成的PROFIBUS系统。3个主站构成了一个令牌传递的逻辑环，在这个环中，令牌按照系统预先确定的地址升序从一个主站传递给下一个主站。当一个主站得到了令牌后，它就能在一定的时间间隔内执行该主站的任务，可以按照主/从关系与所有从站通信，也可以按照主/主关系与所有主站通信。在总线系统建立的初期阶段，主站的介质存取控制(MAC)的任务是决定总线上的站点分配并建立令牌逻辑环。在总线的运行期间，损坏的或断开的主站必须从环中撤除，新接入的主站必须加入逻辑环。MAC的其他任务是检测传输介质和收发器是否损坏，检查站点地址是否出错，以及令牌是否丢失或有多个令牌。PROFIBUS的第二层按照国际标准IEC870-5-1的规定，通过使用特殊的起始位和结束位、无间距字节异步传输及奇偶校验来保证传输数据的安全。PROFIBUS第二层按照非连接的模式操作，除了提供点对点通信功能外，还提供多点通信的功能，即广播通信和有选择的广播、组播。所谓广播通信，即主站向所有站点（主站和从站）发送信息，不要求回答。所谓有选择的广播、组播是指主站向一组站点（从站）。,（4）自由口协议,在自由口模式下，主机只有在RUN方式时，用户才可以用相关的通信指令编写用户控制通信口的程序。当主机处于STOP方式时，自由口通信被禁止，通信口自动切换到正常的PPI协议操作。,5S7-200CPU接入PROFIBUS网络,S7-200CPU必须通过PROFIBUS-DP模块EM277连接到网络，不能直接接入PROFIBUS网络进行通信。,自由通信口方式使S7-200PLC可以与任何通讯协议公开的其它设备控制器进行通信，即S7-200PLC可以由用户自己定义通信协议，例ASCII协议，波特率最高为38.4kbit/s可调整，因此使可通讯的范围大大增加，使控制系统配置更加灵活方便。S7-200中两个CPU间简单的数据交换，用户可通过编程来编制通信协议来交换数据，例如具有RS-232接口的设备可用PC/PPI电缆连接起来，进行自由通信方式通信。利用S7-200的自由通信口及有关的网络通信指令，可以将S7-200CPU加入ModBus网络和以太网络。,（5）USS协议,（6）MODBUS协议,Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言，具有较广泛的应用。Modbus协议现在为一通用工业标准。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其他设备之间可以通信。该协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了控制器请求访问其他设备的过程，以及怎样检测错误并进行记录。它确定了消息域格式及内容的公共格式。,西门子PLC与变频器的通信协议,STEP7Micro/WIN指令库包含有专门为Modbus通信设计的预先定义的专门的子程序和中断服务程序，从而与Modbus主站通信简单易行。使用一个Modbus从站指令可以将S7-200组态为一个Modbus从站，与Modbus主站通信。当在用户编制的程序中加入Modbus从站指令时，相关的子程序和中断程序自动加入到所编写的项目中。,3通信设备,（1）通信口,S7200CPU主机上的通信口是符合欧洲标准EN50170中的PRO-FIBUS标准的RS485兼容9针D型连接器。,（2）网络连接器,（3）通信电缆,通信电缆主要有网络电缆和PC/PPI电缆。,网络连接器可以用来把多个设备连接到网络中。网络连接器有两种类型：一种仅提供连接到主机的接口；另一种则增加了一个编程接口。通过网络连接器上的选择开关可以对网络进行偏置和终端匹配（电阻）。两种连接器都有两组螺丝端子，可以连接网络的输入和输出。,（4）网络中继器,网络中继器在PROFIBUS网络中，可以用来延长网络的距离，允许在网络中加入设备，并且提供一个隔离不同网络段的方法。每个网络中最多有9个中继器，每个中继器最多可再增加32个设备。,（5）其他设备,除了以上设备之外，常用的还有通信处理器CP、多机接口卡（MPI卡）和EM277通信模块等。,第三节S7-200的通信指令,S7-200的通信指令包括用于PPI协议的网络读写指令、用于自由通信模式的发送和接受指令以及用于控制变频器的USS协议指令等。,一、网络通信运行,（一）控制寄存器和传送数据表,1、控制寄存器,将特殊标志寄存器中的SMB30和SMB130中的内容设置为（2）16，则可将S7200CPU设置为点到点接口PPI协议主站模式。,2、传递数据表的格式及定义,执行网络读写指令时，PPI主站与从站之间的数据以数据表的格式传送。,网络读写数据表,D表示操作是否完成，D=1表示完成，D=0表示末完成；A表示操作是否排队，A=1表示排队有效，A=0表示排队无效；E表示操作返回是否有错误，E=1表示有错误，E=0表示无误。E1、E2、E3、E4错误编码，执行指令后E=1时，则由这4位返回一个错误码。,（二）网络运行指令,二、S7200系列PLC自由口通信,自由口模式通信是指用户程序在自定义的协议下，通过端口0控制PLC主机与其他的带编程口的智能设备（如打印机、条形码阅读器、显示器等）进行通信。,（一）相关的特殊功能寄存器,1自由端口的初始化,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的对应数据位功能相同，每位的含义如下：,（1）PP位：奇偶选择,00和10表示无奇偶校验；01表示奇校验；11表示偶校验。,（2）D位：有效位数,0表示每个字符有效数据位为8位；1表示每个字符有效数据位为7位。,（3）BBB位：自由口波特率,000表示38.4kb/s；001表示19.2kb/s；010表示9.6kb/s；011表示4.8kb/s；100表示2.4kb/s；101表示1.2kb/s；110表示600b/s；111表示300b/s。,（4）MM位：协议选择,00表示点到点接口PPI协议从站模式；01表示自由口协议；10表示点到点接口PPI协议主站模式；11表示保留（默认设置为PPI从站模式）。,2特殊标志位及中断事件,（1）特殊标志位,SM4.5和SM4.6分别表示口0和口1处于发送空闲状态。,（2）中断事件,字符接收中断：中断事件8（端口0）和25（端口1）；发送完成中断：中断事件9（端口0）和26（端口1）；接收完成中断：中断事件23（端口0）和24（端口1）。,3特殊存储器字节,接收信息时用到一系列特殊功能存储器。端口0用SMB86到SMB94；端口1用SMB186到SMB194。,（1）接收信息状态字节,状态字节SMB86和SMB186的位数据含义：,N=1表示用户通过禁止命令结束接收信息操作。R=1表示因输入参数错误或缺少起始结束条件引起的接收信息结束。E=1表示接收到字符。T=1表示超时，接收信息结束。C=1表示字符数超长，接收信息结束。P=1表示奇偶校验错误，接收信息结束。,（2）接收信息控制字节,接收信息控制字节SMB97和SMB187主要用于定义和识别信息的判据，各数据位的含义：,EN表示接收允许。0，禁止接收信息；1，允许接收信息。SC表示是否使用SMB88或SMB188的值检测起始信息。0忽略；1，使用。EC表示是否使用SMB89或SMB189的值检测结束信息。0忽略；1，使用。IL表示是否使用SMB90或SMB190的值检测空闲信息。0忽略；1，使用。,C/M表示定时器定时性质。0，内部字符定时器；1，信息定时器。TMR表示是否使用SMB92或SMB192的值终止接收。0忽略；1，使用。BK表示是否使用中断条件来检测起始信息。0忽略；1，使用。,通过对接收控制字节各个位的设置，可以实现多种形式的自由口接收通信。,（二）自由口发送接收指令,三、USS指令,USS指令包括在STEP7-Micro/WIN指令库中。用户可以利用USS指令控制实际变频器，并读取写入变频器参数。这些变频器包括MicroMaster3（MM3）和Micromaster4（MM4）。STEP7-Micro/WIN指令库通过包括专门设计使用USS协议与驱动器通讯的预配置子程序和中断例行程序的方法，使控制MicroMaster驱动器的作业更加简便。在STEP7-Micro/WIN指令树的“库”文件夹中找到这些指令。当选择一条USS指令时，会自动增加一个或多个相关子程序（USS1至USS7）。,第四节S7-200的通信扩展模块,EM241调制解调器模块,EM241调制解调器扩充模块是一个模拟线路调制解调器，作为S7-200扩充模块。,CP243-1以太网模块,利用该模块可增加S7-200系列CPU的输入、输出点数。,CP243-2AS-I模块,EM277(PROFIBUS-DP)在S7-200中用于PROFIBUS和MPI的从站。,EM277PROFIBUSDP模块的技术规范,EM277PROFIBUS-DP模块前视图,DP从站接口引脚图,组态特性,（4）当EM277PROFIBUS-DP模块用作MPI通讯时，其MPI主站必须使用DP模块的站址向S7-200发送信息，发送到EM277DP模块的MPI信息，将会被传送到S7-200上。EM277模块是从站模块，它不能使用NETR和NETW功能在S7-200间通讯。尽管自由口是S7-200的一个特性，但EM277模块不能用作自由口方式通讯。,（3）与许多DP站不同的是，EM277模块不仅仅是传输I/O数据。EM277能读写S7-200CPU中定义的变量数据块。这样，使用户能与主站交换任何类型的数据。首先将数据移到S7-200CPU中的变量存储器，就可将输入、计数值、定时器值或其它计算值传送到主站。类似地，从主站来的数据存储在S7-200CPU中的变量存储器内，并可移到其它数据区。EM277PROFIBUS-DP模块的DP端口可连接到网络上的一个DP主站上，但仍能作为一个MPI从站与同一网络上如SIMATIC编程器或S7-300/S7-400CPU等其它主站进行通信。,（1）EM277经过串行I/O总线连接到S7-200CPU。PROFIBUS网络经过其DP通信端口，连接到EM277模块。这个端口支持9600b/s12Mb/s之间的任何传输速率。,（2）EM277模块在PROFIBUS网络中只能作为PROFIBUS从站出现。,使用EM277将S7-200CPU作为DP从站连接到网络,举例：双主站单从站的PROFIBUS-DP网络,一类主站完成总线通信控制与管理，完成周期性数据访问，包括PLC、PC或可做一类主站的控制器。,二类主站完成非周期性数据访问，如数据读写、系统配置、故障诊断等，包括操作员工作站(如PC机加图形监控软件)、编程器、HMI等。,(1)硬件:带SiemensCP5611卡的PC机两台，CPU224一块，带SiemensEM277DP通讯模块;三个网络连接器;连接线为双绞线。(2)软件:用于软件编程的STEP7-MICROWIN3.2和用于实现PROFIBUS-DP协议网络配置的SIMATICNET6.0。,PROFIBUS-DP主站和从站的组态,一类主站的组态,在PC1(一类主站)使用SIMATICnet6.0软件来组态整个PROFIBUS-DP网络。具体步骤如下:,(1)使用SIMATIC程序组中的Co