PLC应用系统相关设计、S7200通信和网络

1、PLC应用系统相关设计、S7200通信和网络7.1 PLC应用系统设计 .1.1 PLC控制系统的设计内容1.根据设计任务书，进行工艺分析，并确定控制方案。2.选择输入设7备（如按钮、开关、传感器等）和输出设备（如继电器、接触器、指示灯等执行机构）。3.选定PLC的型号（包括机型、容量、I/O模块和电源等）。4.分配PLC的I/O点，绘制PLC的I/O硬件接线图。5.编写程序并调试。6.设计控制系统操作台、电气控制柜以及安装接线图等。7.编写设计说明书和使用说明书。7.1.2 PLC I/O点数的确定统计被控制系统开关量、模拟量的I/O点数，并考虑以后的扩充(一般加上10%20%的备用量)，从

2、而选择PLC的I/O点数和输出规格7.1.3 PLC程序设计常用的方法1. 经验设计法2. 继电器控制电路转换为梯形图法 示例: 电动机Y/减压起动控制主电路和电气控制的原理图。见图7-1（1）工作原理如下：按下启动按钮SB2,KM1、KM3、KT通电并自保，电动机接成Y型起动，2s后，KT动作，使KM3断电，KM2通电吸合，电动机接成型运行。按下停止按扭SB1，电动机停止运行。（2）I/O分配 输入 输出停止按钮SB1：I0.0 KM1：Q0.0 KM2 ：起动按钮SB2：I0.1 KM3：Q0.2 过载保护FR： （3）梯形图程序图10-2转换后的梯形图程序如图7-2所示。按照梯形图语言中

3、的语法规定简化和修改梯形图。为了简化电路，当多个线圈都受某一串并联电路控制时，可在梯形图中设置该电路控制的存储器的位，如。简化后的程序如图7-3所示。如图7-3转换后的梯形图程序如图7-2所示。按照梯形图语言中的语法规定简化和修改梯形图。为了简化电路，当多个线圈都受某一串并联电路控制时，可在梯形图中设置该电路控制的存储器的位，如。简化后的程序如图7-3所示。7.2 S7-200的通信 在计算机控制与网络技术不断推广和普及的今天，对参与控制系统中的设备提出了可相互连接，构成网络及远程通信的要求，可编程控制器生产厂商为此加强了可编程控制器的网络通信能力。 7.2.1 基本概念和术语 1. 并行传输

4、与串行传输 并行传输是指通信中同时传送构成一个字或字节的多位二进制数据。特点:速度快，传输线的数量多，成本比高，故用于近距离传输的场合，如计算机内部的数据传输、计算机与打印机的数据传输。 串行传输是指通信中构成一个字或字节的多位二进制数据是一位一位被传送的。特点:传输速度慢，但传输线的数量少，成本比并行传输低，故常用于远距离传输且速度要求不高的场合 。如计算机与可编程序控制器间的通信、计算机USB接口与外围设备的数据传送。2. 异步传输和同步传输 在异步传输中，信息以字符为单位进行传输 。异步传输中一个字符中的各个位是同步的，但字符与字符之间的间隔是不确定的异步传输的特点就是收、发双方不需要严

5、格的位同步，所谓“异步”是指字符与字符之间的异步，字符内部仍为同步。 在同步传输中，不仅字符内部为同步，字符与字符之间也要保持同步。 同步传输的特点是可获得较高的传输速度，但实现起来较复杂。3. 信号的调制和解调信号的调制和解调串行通信通常传输是数字量，这种信号包括从低频到高频极其丰富的谐波信号，要求传输线的频率很高。远距离传输时，为降低成本，传输线频带不够宽，使信号严重失真、衰减，常采用的方法是调制解调技术。 调制:发送端将数字信号转换成适合传输线传输的模拟信号。解调:接收端将模拟信号还原成数字信号的过程。将调制、解调功能由一个设备完成，此设备叫调制解调器。当进行远程数据传输时，可将可编程控

6、制器的PC/PPI电缆与调制解调器进行连接以增加数据传输的距离。4. 传输速率 传输速率是指单位时间内传输的信息量，它是衡量系统传输性能的主要指标，常用波特率(Baud Rate)表示。波特率是指每秒传输二进制数据的位数，单位是bps （bit/s）。常用的波特率有19.2K bit/s 、9.6K bit/s 、 4.8K bit/s 、2.4K bit/s 、1.2K bit/s 等. 信息交互方式单工通信:信息始终保持一个方向传输。 如无线电广播、电视广播。半双工通信:数据流可以在两个方向上流动，但同一时刻只限于一个方向流动。全双工通信:通信双方能够同时进行数据的发送和接收。10.2.2

7、 差错控制 1. 纠错编码 纠错编码是在有效信息的基础上附加一定的冗余信息位，利用二进制位组合来监督数据码的传输情况。 （1）奇偶检验码是应用最多、最简单的一种纠错编码。奇偶检验码是在信息码组之后加一位监督码，即奇偶检验位。奇偶检验码有奇检验码和偶检验码两种。奇检验码是信息位和检验位中的个数为奇数。偶检验码是信息位和检验位中的个数为偶数。 7.2.3 传输介质 目前在分散控制系统中普遍使用的传输介质有：同轴电缆、双绞线、光缆，而其他介质如无线电、红外线、微波等，在PLC网络中应用很少。 1. 双绞线 一对相互绝缘的线螺旋形式绞合在一起就构成了双绞线，两根线一起作为一条通信电路使用，两根线螺旋排

8、列的目的是为了使各线对之间的电磁干扰减小到最小 2. 同轴电缆 同轴电缆是从内到外依次由内导体（芯线 ）、绝缘线、屏蔽层铜线网及外保护层的结构制造的。由于从横截面看这四层构成了4个同心圆，故而得名。 3. 光纤（又称光导纤维或光缆） 光纤是由石英玻璃经特殊工艺拉成细丝来传输光信号的介质，这种细丝的直径比头发丝还要细，一般直径在89m（单模光纤）及m（多模光纤，50m为欧洲标准，m为美国标准），但它能传输的数据量却是巨大的。光纤是以光脉冲的形式传输信号的，它具有的优点（1）所传输的是数字的光脉冲信号，不会受电磁干扰，不怕雷击，不易被窃听；（2）数据传输安全性好；（3）传输距离长，且带宽宽，传输速

9、度快。缺点：光纤系统设备价格昂贵，光纤的连接与连接头的制作需要专门工具和专门培训的人员。7.2.4 串行通信接口标准 RS-232C是美国电子工业协会EIA于1962年公布，并于1969年修订的串行接口标准 1 RS-232C 计算机上配有RS-232接口，它使用一个25针的连接器。2RS-232C的不足主要表现在：（1）传输速率不够快 （2）传输距离不够远(3)电气性能不佳 3RS-485 RS-485为半双工，不能同时发送和接收信号 7.3 工业局域网基础 7.3.1 局域网的拓扑结构 指网络中的通信线路和节点间的几何连接结构，表示了网络的整体结构外貌。1星形网络。2环形网络。3总线形网络

10、。3种网络如图7-4所示图7-47.3.2 网络协议和体系结构 1通信协议 。 PLC网络是由各种数字设备(包括PLC、计算机等)和终端设备等通过通信线路连接起来的复合系统 。 2体系结构 。网络的结构通常包括网络体系结构、网络组织结构和网络配置。 7.3.3 现场总线 1.概述 在传统的自动化工厂中，生产现场的许多设备和装置如：传感器、调节器、变送器、执行器等都是通过信号电缆与计算机、PLC相连的。 现场总线技术实际上是实现现场级设备数字化通信的一种工业现场层的网络通信技术 现场设备的各种运行参数、状态信息及故障信息等通过总线传输到远离现场的控制中心,而控制中心又可将各种控制维护组态命令送往

11、相关的设备,从而建立起具有自动控制功能的网络。通常将这种位于网络底层的自动化及信息集成的数字化网络称为现场总线系统。 西门子通信网络的中间层为现场总线:传输速率最大为12Mbit/s响应时间的典型值为ms使用屏蔽双绞线电缆(最长9.6km)或光缆(最长90km)最多可接127个从站7.4 S7-200通信部件介绍 在本节中将介绍S7-200通信的有关部件，包括：通信口、PCPPI电缆、通信卡及S7-200通信扩展模块等。7.4.1 通信端口 S7-200系列PLC内部集成的PPI接口的物理特性为RS-485串行接口，为9针D型，该端口也符合欧洲标准中PROFIBUS标准如图10-5所示。图7-

12、5 RS-485串行接口外形 在进行调试时，将S7-200与接入网络时，该端口一般是作为端口1出现的，作为端口1时端口各个引脚的名称及其表示的意义见表10-1表7-1 S7-200通信口各引脚名称7.4.2 PCPPI电缆 用计算机编程时，一般用PC/PPI(个人计算机点对点接口)电缆连接计算机与可编程序控制器，这是一种低成本的通信方式。PCPPI电缆外型如图10-6所示。图7-6 PCPPI电缆外型1PCPPI电缆的连接 PC/PPI电缆上的DIP开关选择的波特率见图7-7 图7-72PC/PPI电缆通信设置 : 计算机和可编程序控制器在线连接的建立 。可编程序控制器通信参数的修改，可编程序

13、控制器信息的读取 7.4.3 网络连接器 两个连接器中的一个连接器仅提供连接到CPU的接口，而另一个连接器增加了一个编程接口如图10-8所示,这个连接器对于连接从CPU取电源的设备(如TD200)很有用。7.4.4 PROFIBUS网络电缆当通信设备相距较远时，可使用PROFIBUS电缆进行连接，表7-2列出了PROFIBUS网络电缆的性能指标 PROFIBUS网络的最大长度有赖于波特率和所用电缆的类型表7-3列出了规范电缆时网络段的最大长度 网络中继器 西门子公司提供连接到PROFIBUS网络环的网络中继器，如图10-9所示利用中继器可延长网络的通信距离，并且提供了一种隔离不同网络环的方法。

14、7.4.6 EM277 PROFIBUS-DP模块 EM277 PROFIBUS-DP模块是专门用于PROFIBUS-DP协议通信的智能扩展模块。它的外形如图7-10所示。EM277机壳上有一个RS-485借口，通过接口可将S7-200系列CPU连接至网络，它支持PROFIBUS-DP和MPI从站协议。PROFIBUS-DP是由欧洲标准和国际标准定义的一种远程I/O通信协议。遵守这种标准的设备，即使是由不同公司制造，也是兼容的。DP表示分布式外围设备，即远程I/O。PROFIBUS表示过程现场总线。EM277模块作为PROFIBUS-DP协议下的从站，实现通信功能。图7-11 表示有一个CPU

15、 224和一个EM 277 PROFIBUSDP模拟的PROFIBUS 网络 7.5 S7-200PLC的通信 本节介绍与S7-200联网通信有关的网络协议，包括PPI，MPI，PROFIBUS，ModBus等协议7.5.1 概述 S7-200的通信功能强，有多种通信方式可供用户选择。在运行Windows或Windows NT 操作系统的个人计算机（PC）上安装了编程软件后，PC可作为通信中的主站。 1单主站方式单主站与一个或多个从站相连, 见图10-122多主站方式, 见图10-133使用调制解调器的远程通信方式 利用PC/PPI电缆与调制解调器连接，可以增 加数据传输的距离。4 S7-20

16、0通信的硬件选择 表7-4给出了可供用户选择的STEP-Micro/WIN 32支持的通信硬件和波特率。 表7-4 SETP-Micro/WIN 32支持的硬件配置 7.5.2 利用PPI协议进行网络通信 PPI 通信协议 是西门子专为S7-200 系列PLC 开发的一个通信协议，可通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网，波特率为和kbit/s。PPI是一种主从协议，主站设备要求发送到从站设备，从站设备响应。 7.5.3 利用MPI协议进行网络通信 MPI协议允许主主和主从两种通信方式。选择何种方式依赖于设备类型 7.5.4 利用PROFIBUS协议进行网络通信 西门子S7通过PROFIBUS现场

17、总线构成的系统，其基本特点如下：（1）PLC、I/O模板、智能仪表及设备可通过现场总线连接，特别是同厂家的产品提供通用的功能模块管理规范，通用性强，控制效果好。（2） I/O模板安装在现场设备（传感器、执行器等）附近，结构合理。（3）信号就地处理，在一定范围内可实现互操作。（4）编程仍采用组态方式，设有统一的设备描述语言。（5）传输速率可在12Mb/s间选择。（6）传输介质可以用金属双绞线或光纤。1 1PROFIBUSPROFIBUS的组成的组成 （1)PROFIBUS-DP1)PROFIBUS-DP（Distributed Periphery Distributed Periphery 分布

18、分布I/OI/O系统）系统）（2 2）PRORBLIS-PAPRORBLIS-PA（Process Automation Process Automation 过程自过程自动化动化） (3)PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification 现场总线信息规范） 2PROFIBUS协议结构 3传输技术 (1).RS-485(2).光纤(3) PROFIBUS介质存取协议:令牌传递方式和主从传递方式令牌传递方式：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主从传递方式：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 7.5.5 利用ModBus协议进行网络通信 STEP7 MicroWIN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 工业以太网 工业以太网有以下的一些优点：1）以太网可以满足控制系统各个层次的要求，使企业信息网与控制网得以统一。2）可