电气控制与PLC应用技术第7章 S7-200PLC的通信与网络课件

1、第7章 S7-200 PLC通信与网络主要内容 通信及网络的基础知识 S7-200 PLC通信与网络 S7-200 PLC通信接口及网络部件 S7-200 PLC通信指令及应用 数据通信:就是将数据信息通过适当的传输线路从一台机器传送到另一台机器。 这里的机器可以是计算机、PLC或具有通信功能的其他数字设备。数据通信系统：由传送设备、传送控制设备和传送协议及通信软件等组成。7.1 通信及网络的基础知识7.1.1 串行通信的基础概念 数据通信的基本方式:并行通信与串行通信两种。 串行通信两种基本方式:异步通信和同步通信7.1.1 串行通信的基础概念串行通信数据在线路上的传送方式：单工方式、半双工

2、方、全半双工方式 差错控制方式和检错码（1）差错控制常用的差错控制方式主要有以下四种： 自动检错重传（ARQ）。 前向纠错（FEC）。 混合纠错（HEC）。 不用编码的差错控制。（2）常用的几种检错码。常用的检错码有奇偶校验码和循环冗余校验码（CRC码）等。传输介质7.1.1 串行通信的基础概念在PLC网络中普遍使用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光缆。7.1.2 串行通信的接口标准应用最广泛的串行通信接口标准有:RS-232C、RS-422A和RS-485等。 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.距离较近时只需要3根线，如图7-4所示。RS-232C

3、使用单端驱动、单端接收电路，如图7-5。7.1.2 串行通信的接口标准 RS-485实际上是RS-422A的简化变形，它与RS-422A的不同之处在于：RS-422A支持全双工通信，用两对平衡差分信号线；RS-485支持半双工通信，只用一对平衡差分信号线，一台驱动器可以连接32台接收器。 RS-422A/485接口均采用差分平衡式传送数据，其收发不共地，因此可以大大减少共地所带来的共模干扰； RS-485标准7.1.3 网络概述网络按拓扑划 总线型、星型、环型、网型、树型、星环型。网络的分类按节点间距离大小分:全域网、广域网、局域网。 工业网络是指应用于工业领域的计算机网络，是属于局域网，网络

4、中主站与从站主站：负责网络的初始化以及设置从站的地址和参数等；可以主动发起数据通信，读/写其他从站的数据，也可以对网络中其他主站的请求作出响应。从站：不能主动发起通信请求，不能访问其他从站，只能响应主站的访问，提供或接收数据。7.2.1 西门子工业网络结构 设备级控制层的主要功能是通过连接现场备，完成现场设备控制及设备间的连锁控制。 现场设备包括分布式I/O、传感器、驱动器、执行机构和开关设备等，该层主要使用AS-i（执行器传感器接口）网络。车间监控层又称单元层，用来完成车间主生产设备之间的连接，实现车间级设备的监控。 在该层通常要设立车间监控室。该层可以使用PROFIBUS或工业以太网。工厂

5、管理层主要负责生产信息管理，进行生产调度。该层可采用工业以太网通信协议或最新的PROFINET。 西门子产品所用的通信协议包括： 通用协议和公司专用协议 通用协议主要是Ethernrt协议，用于管理级的信息交换，S7-200 CPU需经专用的通信模块才能接入到相应的通用网络中。 公司专用协议是西门子公司产品之间的通信协议，通过其产品提供的通信口，经通信电缆即可以接入到相应的网络中，无需专用的通信模块。 S7-200 PLC支持多种通信协议，适应多种应用场合，使用时可以根据实际需要选择合适的通信协议。 S7-200 PLC支持的通信协议如表7-2所示。7.2.2 S7-200 PLC支持的通信协

6、议 7.2.2 S7-200 PLC支持的通信协议 2.MPI协议 MPI（Multi-Point Interface）协议是多点通信协议，可以是主/主协议或主/从协议S7-200 PLC在MPI网络中只能作为从站， S7-300/400 PLC在网络中都默认为主站。 MPI的通信速率19.2k12M/s。连接S7-200 PLC时，MPI网络的最高速率为187.5k bit/s。如果要求波特率高于187.5k bit/s，S7-200 PLC必须使用EM277模块来连接网络，PROFIBUS提供了3种通信协议：1）PROFIBUS-DP：适用于单元级（PLC和PC）与现场级分布式设备（远程式

7、I/O）的高速通信。2）PROFIBUS-PA：适用于过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输3）PROFIBUS-FMS：适用于系统级和车间级的不同供应商的自动化系统之间传输数据。 3.PROFIBUS协议PROFIBUS是开放式的现场总线标准， 也是我国首个现场总线国家标准7.2.2 S7-200 PLC支持的通信协议7.2.2 S7-200 PLC支持的通信协议4.自由口协议 自由口协议是用户自定义通信协议，并通过用户程序对通信口进行操作。 通过设置特殊存储字节SM30（端口0）或SM130（端口1）可以选择自由口通信模式。 当选择自由口通信模式时，通信协议完全由用户程序控制，用户可

8、以通过发送指令（XMT）和发送中断、接收指令（RCV）和接收中断来控制通信口的操作。 自由口通信模式只限在CPU处于RUN模式时才能使用，当CPU处于STOP模式时，自由口通信被停止，通信口自动转换为正常的PPI协议模式。7.2.2 S7-200 PLC支持的通信协议5.USS协议 USS(Universal Serial Interface)协议是一个主/从协议，是专为S7-200 PLC与西门子公司生产的MicroMaster变频器等驱动设备之间实现串行通信控制而开发的通信协议。 S7-200 PLC的通信口在自由口模式下，支持USS通信协议，并且PLC在USS通信中作为主站，独占通信端口

9、0。使用USS通信协议，USS总线最多可接31台变频器作从站，使用USS协议指令可以控制变频器的启/停、参数设定和修改等操作，共有8条专门设计的USS协议指令（专门定义的子程序和中断服务程序）。7.2.2 S7-200 PLC支持的通信协议6.Modbus协议 Modbus协议是Modicon公司提出的一种报文传输通信协议。Modbus是一种单主站的主/从通信协议。主站在 Modbus 网络上没有地址，从站的地址范围为0247，其中0为广播地址，从站的实际地址范围为1247S7-200 PLC上的通信口在自由口模式下，可以实现 Modbus RTU通信协议，并且PLC只能作从站，独占通信端口0

10、。 7.2.2 S7-200 PLC支持的通信协议 在指令库中，为Modbus RTU通信提供有2条专用的从站协议指令（专门定义的子程序和中断服务程序）：初始化指令MBUS-INT：用于将PLC组态为一个Modbus RTU从站，响应指令MBUS-SLVE：对主站的请求作出响应。7.工业以太网 工业以太网是基于以太网技术和TCP/IP技术开发出来的一种工业通信网络，以太网可以实现管理-控制网络的一体化，可以集成到互联网，为全球联网提供了条件。 在S7-200 PLC端，需要通过以太网模块CP243-1（-2）或互联网模块CP243-1IT接入到工业以太网中。7.2.2 S7-200 PLC支持

11、的通信协议 8.AS-i AS-i是一种用在控制器（主站）和传感器/执行器（从站）之间双向交换信息的多站点数字通信的总线网络。 AS-i属于主从式网络，每个网段只能有一个主站，最多62个从站。S7-200 PLC需要通过AS-i接口模块CP243-2连接到AS-i网络中，并作为AS-i网络的主站。 AS-i位于工业控制网络最底层。AS-i从站是AS-i系统的输入通道和输出通道，仅在被主站访问时才被激活，当接到主站命令时，它们触发相应动作或将现场信息传送给主站。 AS-i特别适合于连接需要传送开关量的传感器和执行器。使用中继器时最长通信距离可达300m。7.2.2 S7-200 PLC支持的通信

12、协议 9.Modem调制解调器即Modem ，是计算机与电话线之间进行信号转换的装置。S7-200 PLC通过调制解调器模块EM241可以连接到电话线上，通过电话网可以和远端的PC机或装有调制解调器的PLC进行远程通信。EM241支持两种通信协议： PPI协议：用于远程编程、调试以及S7-200 PLC之间的通信； ModbusRTU从站协议：支持与上位计算机的通信。7.2.3 S7-200 PLC的几种典型网络配置 (3) 复杂的PPI网络在MPI网络中，计算机、S7-300 PLC和HMI设备都是网络中的主站，S7-200 PLC只能作网络的从站。如果要求波特率高于187.5 Kbit/s

13、，S7-200 PLC必须使用EM277模块连接网络，计算机通过通信卡来连接网络。7.2.3 S7-200 PLC的几种典型网络配置 3.PROFIBUS网络配置 S7-315-2 DP作为主站，S7-200 PLC和ET200（远程I/O）作从站，S7-200 PLC通过EM277模块连接到FROFIBUS-DP网络中。 S7-315-2 DP通过EM277读写S7-200 PLC的V存储区中的数据，HMI通过EM277监控S7-200 PLC。7.2.3 S7-200 PLC的几种典型网络配置 5.Modbus网络配置 在Modbus网络，S7-200 PLC在STEP7-Micro/WI

14、N提供的指令库中使用初始化指令MBUS-INT，将S7-200 PLC组态为一个Modbus RTU从站，并在用户程序中调用响应指令MBUS-SLVE，就能完成S7-200 PLC与Modbus RTU主站的数据通信。 7.2.3 S7-200 PLC的几种典型网络配置 6.Modem网络配置 在Modem网络，每个S7-200 PLC均通过调制解调器模块EM241连接到电话线上，远端的计算机安装有外置的调制解调器，通过电话网S7-200 PLC可以与远程计算机之间进行通信，S7-200 PLC使用PPI协议；通过电话网还可以与远程S7-200 PLC之间进行通信。 7.3 S7-200 PL

15、C通信接口及网络部件 网络部件:可以把PLC的通信接口连接到网络总线。网络部件主要有：通信接口、网络连接器、通信电缆和网络中继器。7.3.1 S7-200 PLC通信接口每个S7-200 PLC上都有1个或2个串行通信接口，该通信接口是标准的RS-485兼容的9针D型接口，接口外形及引脚如图7-16所示。7.3.2.网络连接器 西门子公司提供了两种网络连接器： （1）一种标准网络连接器，其引脚分配同PLC上的串行通信接口一样，如9针D型接口（见表7-3）；（2）带编程接口的连接器，如图7-17所示。 7.3.2.网络连接器 带编程接口的连接器可将S7-200的所有信号（包括电源引脚）传到编程接

16、口，这对于那些从S7-200取电源的设备（如TD400）尤为有用。网络连接器都有网络偏置和终端匹配选择开关，选择开关在ON位置时，表示内部有终端匹配和偏置电阻，在OFF位置时，表示未接终端匹配和偏置电阻。在整个网络中，始端和终端一定要有终端匹配和偏置电阻才能减少网络在通信过程中的传输错误。因此，处在始端和终端节点的网络连接器，其选择开关应拨在ON位置，开关在ON位置时其接线如图7-18所示；而处在其他位置的网络连接器，其选择开关应拨在OFF位置。7.3.3 通信电缆通信电缆主要有两种： 1. PROFIBUS网络电缆 PROFIBUS现场总线使用屏蔽双绞线电缆。 PROFIBUS网络电缆的最大

17、长度取决于通信波特率和电缆类型。当波特率为9600bit/s时，网络电缆最大长度为1200m。 2. PC/PPI电缆 PC计算机及笔记本电脑等设备的串行口为RS-232信号，而S7-200 PLC的通信口为RS-485信号，两者之间要进行通信，必须有装置将这两种信号相互转换。PC/PPI电缆就是一种实现该功能的部件。7.3.4 中继器 在网络中使用中继器可延长网络通信距离，增加接入网络的设备，并且可以实现不同网络段之间的电隔离。 在网络中使用一个中继器可以使网络的通信距离扩展为50m，如果在两个中继器之间没有其他网络设备，则该网络的长度能达到波特率允许的最大距离（最大1000m）。最多可以使

18、用9个中继器，每个中继器最多可增加32个设备，但网络总长度不能超过9600m。7.4 S7-200 PLC的通信指令及应用7.4.1网络读/写指令及PPI通信实例 网络读/写指令，是用于S7-200 PLC之间的连网通信，网络读/写指令只能由主站的PLC执行，从站PLC只需准备通信的数据。 当某个S7-200 PLC被定义为PPI主站模式时，该S7-200 PLC就可以应用网络读/写指令对另外的S7-200 PLC（从站）进行读/写操作。 网络读NETR指令功能：通过指定的通信端口（PORT），读取远程设备（另外的S7-200PLC）的数据，并存储在数据表（TBL）中。 网络写NETW指令功能

19、：通过指定的通信端口（PORT），向远程设备（另外的S7-200PLC）写入数据表（TBL）中的数据。1. 网络读/写指令7.4.1网络读/写指令及PPI通信实例7.4.1网络读/写指令及PPI通信实例数据表TBL中的参数定义如表7-5所示。7.4.1网络读/写指令及PPI通信实例 PLC使用特殊存储器SMB30（对端口0）和SMB130（对端口1）选择通信口的通信协议等。特殊存储器SMB30和SMB130的定义如表7-6所示。 控制器的最低两位，即mm用来选择通信口的通信协议，当选择mm10时，即选择了PPI主站模式，此时才允许PLC执行NETR和NETW指令。 在PPI模式下忽略27位。P

20、PI的通信速率将在“系统块”中被设置。2.PPI通信主站定义7.4.1网络读/写指令及PPI通信实例例7-1 在图7-23所示的网络中，编程用计算机的站地址为0，两台S7-200 PLC的站地址分别为2、3。要求在RUN模式下，两台S7-200 PLC之间实现PPI通信。 控制要求：1）2号站作主站，3号站作从站。2）主站用启动按钮SB1和停止按钮SB2控制从站三相笼型异步电动机的Y/启动和停止。 3）主站监视从站电动机运行状态，并通过指示灯显示其运行状态。3.PPI通信举例7.4.1网络读/写指令及PPI通信实例7.4.1网络读/写指令及PPI通信实例解：1） 设置主站和从站使用的输入/输出

21、信号及I/O地址分配如表7-7所示。7.4.1网络读/写指令及PPI通信实例 从站三相笼型异步电动机Y/控制主电路如图 7-24所示。2）设置主站接收数据表和发送数据表如表7-8。7.4.1网络读/写指令及PPI通信实例3）主站梯形图设计主站通信程序主要由初始化程序和控制程序组成。初始化程序：完成通信协议选择、接收数据表和发送数据表参数的初始化设置；控制程序：循环执行网络读指令和网络写指令，根据读取的数据控制指示灯，根据启动按钮和停止按钮组成控制从站Y/启动和停止的命令字。设计主站梯形图如图7-25所示。7.4.1网络读/写指令及PPI通信实例7.4.1网络读/写指令及PPI通信实例7.4.1

22、网络读/写指令及PPI通信实例 4）从站梯形图设计 由于主站发来的控制命令已直接写入从站的输出端QB0，所以从站程序主要是检测电机是Y形启动或形运行，根据其运行状态设置主站要读取的数据单元。7.4.1网络读/写指令及PPI通信实例1.自由口通信模式 自由口通信模式，是用于 PLC与计算机、串行打印机或变频器等智能设备之间的连网通信。在自由端口模式下，通信协议完全由用户程序控制，并且必须编写通信程序。通信程序可以使用接收完成中断、字符接收中断、发送完成中断、发送指令和接收指令来进行通信操作。SMB30(端口0)和SMB130（端口1)是用于自由口通信选择、定义波特率、选择奇偶校验和数据位数等（见

23、表7-6）。自由端口模式只能在 PLC处于RUN模式时才能使用，当 PLC处于STOP模式时，自由口通信被禁止，通信口自动切换为正常的PPI协议模式。7.4.2 发送/接收指令及自由口通信实例 2.发送与接收指令7.4.2 发送/接收指令及自由口通信实例发送指令（XMT）功能：通过指定的通信端口（PORT），将发送数据缓冲区（TBL）中的数据发送到远程设备中，发送完成时将产生一个发送完成中断。数据缓冲区的第一个数据：指明了发送的字节数。接收指令（RCV）功能：通过指定的通信端口（PORT），从远程设备上读取数据并存储在数据缓冲区（TBL）中，接收完成时将产生一个接收完成中断。数据缓冲区的第一个

24、数据：指明了接收的字节数。3.用XMT指令发送数据用XMT指令可以发送1255个字节数据，发送前需要将要发送的数据存储到发送缓冲区中，发送缓冲区的数据格式如图7-28所示，其中字节数不发送，供计数用7.4.2 发送/接收指令及自由口通信实例判断发送完成有两种方法：通过发送中断程序；通过发送完成标志位。如果有一个中断服务程序连接到发送结束事件上，在发送完缓冲区中的最后一个字符时，则会产生一个发送完成中断(对通信口0为中断事件9，对通信口1为中断事件26)。4.用RCV指令接收数据用RCV指令可以接收1255个字节数据，接收的数据存储在接收缓冲区中，接收缓冲区的数据格式如图7-29所示，其中字节数

25、是接收的计数值。 7.4.2 发送/接收指令及自由口通信实例判断接收完成有两种方法：通过接收中断程序；通过接收完成标志位。如果有一个中断服务程序连接到接收结束事件上，在接收到缓冲区中的最后一个字符时，则会产生一个接收完成中断(对通信口0为中断事件23，对通信口1为中断事件24)。当接收信息超时、超界或奇偶校验错误时，接收操作会自动终止。所以必须为接收操作定义一个起始条件和一个结束条件。使用SMB87SMB94（端口0）或SMB187SMB194（端口1）可以设置接收操作的起始条件和结束条件。 各字节及内容描述如表7-9所示。 7.4.2 发送/接收指令及自由口通信实例1）RCV指令支持的几种起

26、始条件 空闲线检测； 起始字符检测； 断点检测； 对一个信息的响应； 断点和一个起始字符； 空闲和一个起始字符。2）RCV指令支持的几种结束条件 结束字符检测； 字符间超时定时器超时； 信息定时器超时； 信息定时器超时； 信息定时器超时； 用户结束。7.4.2 发送/接收指令及自由口通信实例5.用接收字符中断接收数据通信口每接收一个字符都会产生一个中断：端口0产生中断事件8；端口1产生中断事件25。 自由口通信协议支持用接收字符中断控制来接收数据。接收到的字符存储在SMB2中，奇偶校验状态（如果允许奇偶校验）存储在SM3.0中。用户可以通过中断程序访问SMB2和SMB3来接收数据。注意：SMB

27、2和SMB3是端口0和端口1共用的。7.4.2 发送/接收指令及自由口通信实例6.自由口通信举例 例7-2 在图7-23所示的网络中， 编程用计算机的站地址为0，两台S7-200 PLC的站地址分别为2、3。假设2号站称为甲站，3号站称为乙站。要求在RUN模式下，两台S7-200 PLC之间通过自由端口互相通信。控制功能：1）甲站用启动按钮SB1和停止按钮SB2控制乙站的三相笼型异步电动机的Y/启动和停止。 2）乙站用启动按钮SB3和停止按钮SB4控制甲站的三相笼型异步电动机的Y/启动和停止。7.4.2 发送/接收指令及自由口通信实例解：1）设置甲站和乙站使用的输入/输出信号及I/O地址分配如

28、表7-10所示。7.4.2 发送/接收指令及自由口通信实例两台S7-200 PLC之间的自由口通信通过接收中断和发送中断等程序实现。2）甲站通信程序设计甲站通信程序主要由主程序、初始化子程序、甲站控制子程序、定时中断程序、发送完成中断程序、接收完成中断程序组成。甲站主程序完成调用初始化子程序，循环调用控制子程序、接收状态计时、超时则暂停。7.4.2 发送/接收指令及自由口通信实例主程序。子程序SBR0。子程序SBR0。甲站控制子程序SBR1甲站控制子程序SBR1定时中断程序INT0甲站发送完成中断程序INT1甲站接收完成中断程序INT23）乙站通信程序设计乙站通信程序主要由主程序、初始化子程序

29、、乙站控制子程序、接收完成中断程序、发送完成中断程序、定时中断程序组成。乙站主程序完成调用初始化子程序，循环调用控制子程序，乙站主程序见图示。7.4.2 发送/接收指令及自由口通信实例乙站初始化子程序SBR0乙站初始化子程序SBR0乙站控制子程序SBR1乙站控制子程序SBR1乙站接收完成中断程序INT0乙站定时中断程序INT2乙站发送完成中断程序INT17.4.3 USS通信指令使用USS通信协议，用户程序可以很方便的实现PLC与变频器之间的通信，一台PLC最多可以监控31台变频器。USS通信指令用于实现PLC与变频器等驱动设备之间的通信及控制。当使用USS指令进行通信时，使用通信口0，此时通

30、信口0不能再做它用，包括与编程设备的通信或自由口通信。USS指令使用14个子程序、3个中断程序和累加器AC0AC3；需要400个字节的变量存储区，变量存储区的起始地址由用户进行设置。7.4.3 USS通信指令USS通信指令包括：1）USS_INIT：初始化指令，用于允许、初始化或禁止变频器的通信；2）USS_CTRL：控制变频器指令，每台变频器能使用一条这样的指令；3）USS_RPM_W(D、R)：读指令，读取变频器的一个无符号字类型（双字类型、实数类型）的参数；4) USS_WPM_W(D、R)：写指令，向变频器写入一个无符号字类型（双字类型、实数类型）的参数。使用USS指令对变频器控制时，必须对变频器的有关参数进行设置。同一时刻只能有一个读指令或写指令被激活；7.4.4 Modbus指令STEP-Micro/WIN指令库中专门有为Modbus通信设计的子程序和中断服务程序。其中