机电一体化综合设计实训教程 课件 第4章-PLC组网与通信

第4章

PLC组网与通信长安大学

张军CHANG’ANUNIVERSITY主要内容■4.1网络通信的基本概念4.2网络通信指令4.3PLC点对点通信实验■■CHANG’ANUNIVERSITY第4章PLC组网与通信-内容概述工业控制通常由多个控制系统构成，各系统之间通过通信进行信息交互，虽然各厂家采用的网络和通信协议不同，但基本原理相同。本章以S7-200PLC为对象，先介绍网络通信基础，再介绍网络通信指令及其应用。最后通过两台PLC的点对点通信实验，理解网络组成、参数设置及数据交换过程。第4章PLC组网与通信4.1网络通信的基本概念CHANG’ANUNIVERSITY4.1.1网络通信形式-常用术语通信：设备与其他设备之间的数据交换。通信介质：双绞屏蔽电缆、同轴电缆、光纤等。波特率：通信线路每秒传输的二进制位数据个数，常用9600bps、19200bps等。通信协议：通信双方对编码、同步、传输速率、纠错和控制字符等共同遵守的约定。帧与报文：帧是字符实际传输的基本单位；多个帧组成完整数据称为报文。双绞屏蔽电缆同轴电缆光纤CHANG’ANUNIVERSITY4.1.1网络通信形式-常用术语站：能进行数据交换、连接外部通信输入/输出的物理设备；主站：可主动发起通信；从站：只能响应主站访问。站、主站、从站示意图CHANG’ANUNIVERSITY4.1.1网络通信形式-并行传输与串行传输并行传输：一个字或字节的多位二进制数据同时发送或接收。特点：速度快、传输线多、成本较高，适合近距离传输的场合。如PLC内部的数据传输、计算机与打印机之间的数据传输等。串行传输：多位二进制数据按顺序一位一位发送或接收。特点：速度较慢，但传输线少、成本低，适合远距离的场合。如PLC系统间传输。工程应用：PLC之间的数据通信通常采用串行传输。CHANG’ANUNIVERSITY4.1.1网络通信形式-异步传输与同步传输异步传输：以字符（帧）为单位，每个字符由起始位(0)、数据位、校验位和停止位(可以是1位、2位)组成。电路简单、协议易实现，但通信效率较低。同步传输：字符内部和字符之间都保持同步，信息以数据块为单位进行传输，发送双方必须以同频率连续工作，并且保持一定的相位关系,以数据块为单位传输速度较高，但实现较复杂。异步传输数据同步传输数据CHANG’ANUNIVERSITY4.1.1网络通信形式-信息交互方式单工通信指信息始终保持一个方向传输，而不能进行反向传输。如无线电广播、电视广播等半双工通信指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指通信双方能够同时进行数据的发送和接收。CHANG’ANUNIVERSITY4.1.2组网和通信-典型PLC通讯组网利用RS232C和RS485通道，可组建PLC与外部计算机的通信系统。如图4.2所示，PLC接收并处理控制信息，转化为运行状态和数据后送入计算机，由计算机分析数据、监测状态，并可修改运行参数，实现对PLC的直接控制。典型的PLC通讯组网系统CHANG’ANUNIVERSITY4.1.2组网和通信-S7-200通信对象与端口S7−200系统主要与以下设备可以实现以下通讯：可以连接其他S7−200CPU的通讯口组成网络；可以与S7−300/400的MPI通讯口通讯；可以连接西门子的人机界面(HMI)设备(如TD200、TP170micro、TP170、TP270等)；S7−200CPUS7−300的MPITP170CHANG’ANUNIVERSITY4.1.2组网和通信-S7-200通信对象与端口S7−200系统主要与以下设备可以实现以下通讯：可以通过OPCServer(PCAccessV1.0)进行数据发布；可以连接其他串行通讯设备；可以与第三方HMI人机界面通讯。OPCServerHMI人机界面CHANG’ANUNIVERSITY4.1.2组网和通信-S7-200通信对象与端口S7−200系列PLC的通讯方式S7−200系列PLC的通讯端口是符合PROFIBUS标准的RS-4859针D型连接器，如图所示。S7−200CPU有两个通讯口，它们可以各自在不同的模式和通讯速率下工作，分别连接到PLC上两个通讯口上的设备，不属于同一个网络。RS-485兼容9针D型端口CHANG’ANUNIVERSITY4.1.2组网和通信-S7-200通信对象与端口西门子公司提供的PC/PPI电缆带RS232/RS485电平转换器，可以很方便地将PLC和PC机互联。常用的编程通讯方式有：PC/PPI电缆(USB/PT电缆)方式，连接PG/PC的USB端口和PLC通讯口；PC/PPI电缆(RS-232/PPI电缆)方式，连接PG/PC的串行通讯口(COM口)和PLC通讯口；CP(通讯处理卡)方式，连接MPI电缆和PLC通讯口。PC/PPI电缆(USB/PT电缆)CP(通讯处理卡)CHANG’ANUNIVERSITY4.1.2组网和通信——PPI与MPI协议S7−200支持一个或多个通讯协议，包括通用协议和公司专用协议，专用协议有PPI（点对点）、MPI（多点）、PROFIBUS、MODBUS/TCP和用户自定义协议(自由口通讯模式)等。PPI通信协议是S7-200系列PLC的传递协议，支持波特率为9600kbps、192000kbps和187500kbps，采用PC/PPI电缆用于S7-200编程和通信。CHANG’ANUNIVERSITY4.1.2组网和通信——PPI与MPI协议

MPI协议支持主-主通信和主-从通信MPI是西门子多点通信的接口，是一种适用于少数站点间通信的网络，多用于连接上位机和少量PLC之间近距离通信。MPI协议支持主-主通信和主-从通信，与S7-200CPU通信时，STEP7-Micro/WIN建立主-从连接第4章PLC组网与通信4.2网络通信指令CHANG’ANUNIVERSITY4.2.1网络读（NETR）与写（NETW）指令S7-200PLC提供的通信指令有网络读写指令、发送与接收指令、获取指令与设置通信口地址指令。网络读指令(NETR)通过通信端口（PORT）接收远程设备上的数据并保存在表(TBL)中。网络写指令(NETW)通过通信端口向远程设备写入表(TBL)中的数据。CHANG’ANUNIVERSITY4.2.1网络读（NETR）与写（NETW）指令网络通讯协议类型SMB30.1/SMB130.1SMB30.0/SMB130.0协议类型(端口0或端口1)00点到点接口协议(PPI从站模式)01自由口协议10PPI主站模式11保留(缺省值为PPI从站模式)若使用网络读/写指令来读写其它S7-200CPU的数据，就必须在用户程序中允许PPI主站模式，此外还需使S7-200CPU作为RUN（运行）模式下的主站设备。S7-200网络通信的协议类型是由特殊继电器SMB30和SMB130的低2位决定的，其中SMB30控制自由端口0的通信方式，SMR130控制自由端口1。由表可知，只要将SMB30/SMB130的低2位设置为#10，就能允许该PLC的CPU为PPI主站模式，可执行网络读/网络写指令。CHANG’ANUNIVERSITY4.2.1NETR/NETW-指令格式与有效操作数

网络读写指令格式图网络读写指令的有效操作数网络读/网络写指令(NETR/NETW)的格式格式：NETR/NETW,TBL,PORT;TBL：数据缓冲区首地址；操作数可以是VB、MB、*VD或∗AC等；PORT：操作端口；单次网络读或网络写最多传输16个字节。输入/输出数据类型操作数TBLBYTEVB、MB、*D、LD、*ACPORTBYTE常数对于CPU221、CPU222、CPU224：0对于CPU224XP和CPU226：0或1CHANG’ANUNIVERSITY4.2.1NETR/NETW-TBL参数与错误代码

网络读写指令的TBL参数CHANG’ANUNIVERSITY4.2.1NETR/NETW-TBL参数与错误代码TBL参数的错误代码错误代码定义0无错误1时间溢出错，远程站点不响应2接收错：奇偶校验错，响应时帧或校验和出错3离线错：相同的站地址或无效的硬件引发冲突4队列溢出错：激活了超过8个NETR/NETW方框5违反通信协议：没有在SMB30中允许PPI，就试图执行NETR/NETW指令6非法参数：NETR/NETW表中包含非法或无效的值7没有资源：远程站点正在忙中(上传或下载程序在处理中)8第7层错误：违反应用协议9信息错误：错误的数据地址或不正确的数据长度A-F未用：(为将来的使用保留)CHANG’ANUNIVERSITY4.2.1NETR/NETW-网络读写指令应用举例网络读写指令举例如图给出了一个实例来解释网络读/写指令的使用，一条生产线正在灌装黄油桶并将其送到四台包装机(打包机)中的一台上，打包机把8个黄油桶包装到一个纸板箱中，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CPU221模块安装了TD200操作器接口，被用来控制分流机。CHANG’ANUNIVERSITY4.2.1NETR/NETW-网络读写指令应用举例

网络读写指令中TBL数据举例图中给出了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地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。CHANG’ANUNIVERSITY4.2.2发送(XMT)和接收(RCV)指令-发送发送指令(XMT)发送指令用于自由口模式，依靠通讯口发送数据接收指令(RCV)启动或者终止接收信息功能。接收操作必须指定开始和结束的条件。从指定的通讯口接收到的信息被存储在数据缓冲区(TBL)中。数据缓冲区的第一个数据指明了接收到的字节数。发送和接收指令的有效操作数如下表发送和接收指令的有效操作数。发送和接收指令的有效操作数输入/输出数据类型操作数TBLBYTEIBQBVBMBSMBSB*VD*LD*ACPORTBYTE常数对于CPU221、CPU222、CPU224：0对于CPU224XP和CPU226：0或1CHANG’ANUNIVERSITY4.2.2发送(XMT)和接收(RCV)指令-发送发送指令能够发送一个字节或多个字节的缓冲区，最多为255个。下图给出了发送缓冲区的格式，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，则会产生一个中断(端口0对应中断事件9，端口1对应中断事件26)。

发送缓冲区的格式CHANG’ANUNIVERSITY4.2.2发送(XMT)和接收(RCV)指令-发送也可以不使用中断来执行发送指令(例如：向打印机发送信息)，直接通过监视SM4.5或者SM4.6信号判断发送是否完成。把字符数设置为0并执行XMT指令，可以产生一个BREAK状态。产生的BREAK状态，在线上会持续一段等同于以当前波特率传输16位数据所需要的时间。当BREAK完成时，产生一个发送中断并且SM4.5或者SM4.6反映发送操作的当前状态。CHANG’ANUNIVERSITY4.2.2RCV-接收控制字节与状态字节接收指令（RCV）接收指令能够接收一个字节或多个字节的缓冲区，最多为255个。图4.11给出了接收缓冲区的格式。如果有一个中断服务程序连接到接收信息完成这一事件上，在接收完缓冲区中的最后一个字符时，S7-200会产生一个中断(对端口0为中断事件23，对端口1为中断事件24)。也可通过监视SMB86(端口0)或者SMB186(端口1)来接收信息。当接收指令未被激活或者已经被中止时，这一字节不为0；当接收正在进行时，这一字节为0。接收缓冲区的格式CHANG’ANUNIVERSITY4.2.2RCV-接收控制字节与状态字节如表中所示，接收指令允许您选择信息的起始和结束条件。使用SMB86至SMB94对端口0进行设置，SMB186至SMB194对端口1进行设置。当超限或有校验错误时，接收信息功能会自动终止。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)。CHANG’ANUNIVERSITY4.2.2RCV-接收控制字节与状态字节CHANG’ANUNIVERSITY4.2.2RCV-接收信息的起始条件空闲线检测：空闲时间到后，后续字符开始存入接收缓冲区。起始字符检测：接收到指定起始字符后开始一条信息。断点检测：检测到大于一个完整字符传输时间的低电平后开始接收。断点+起始字符：先满足断点条件，再寻找指定起始字符。任意字符：空闲线时间设置为0，可立即接收任意字符。CHANG’ANUNIVERSITY4.2.2RCV-接收信息的结束条件结束方式可以单独使用，也可以组合使用：•结束字符检测：结束字符是表示信息结束的任意字符。找到起始条件后，接收指令会检查每个接收到的字符是否与结束字符匹配。若匹配，则将其存入信息缓冲区，接收结束。•字符间隔定时器：字符间隔时间是指从一个字符的结尾(停止位)到下一个字符的结尾(停止位)之间的时间。如果两个字符之间的时间间隔(包括第二个字符)超过了SMW92或者SMW192中指定的毫秒数，接收信息功能结束。接收到字符后，字符间隔定时器重新启动。使用字符间隔定时器来结束接收指令CHANG’ANUNIVERSITY4.2.2RCV-接收信息的结束条件•信息定时器：从信息的开始算起，在经过一段指定的时间之后，信息定时器结束一条信息的接收。接收信息功能的启动条件一满足，信息定时器就启动。当经过的时间超出SMW92或者SMW192中指定的毫秒数时，信息定时器时间到。

使用信息定时器来结束接收指令CHANG’ANUNIVERSITY4.2.2RCV-接收信息的结束条件•最大字符计数：必须告诉接收指令接收字符的最大个数(SMB94或者SMB194)。当达到或者超出这个值，接收信息功能结束。即使不会被用作结束条件，接收指令要求用户指定一个最大字符个数。这是因为接收指令需要知道接收信息的最大长度，这样才能保证信息缓冲区之后的用户数据不会被覆盖。•校验错误：当接收字符的同时出现硬件信号校验错误时，接收指令会自动结束。只有在SMB30或者SMB130中使能了校验位，才有可能出现校验错误。没有办法禁止此功能。•用户结束：用户可以通过程序来结束接收信息功能，先将SMB87或SMB187中的使能位置为0，再次执行接收指令即可。这样可以立即终止接收信息功能。第4章PLC组网与通信4.3PLC点对点通信实验CHANG’ANUNIVERSITY4.3PLC点对点通信实验-实验内容与硬件组成（1）实验内容两台S7-200系列PLC之间通过RS232电缆(或USB接口)组成一个使用PPI协议的单主站通信网络，通过通讯实现两个PLC之间的数据交换。具体内容：将主站的I0.0~I0.7的状态映射到从站的Q0.0~Q0.7，将从站的I0.0~I0.7的状态映射到主站的Q0.0~Q0.7。（2）硬件组成通过RS232电缆(或USB接口)将两台S7-200系列PLC组成一个使用PPI协议的单主站通信网络。将主站的地址设为2，从站的地址设为6。CHANG’ANUNIVERSITY4.3PLC点对点通信实验-实验内容与硬件组成（3）软件设计1）通信口设置通信前需要设置自由口模式控制指令。自由口模式控制字节如下表所示，其中SMB30控制自由端口0的通信方式，SMB130控制自由端口1的通信方式。位编号(0~7)备注功能(6~7)校验选择00=不校验；01=偶校验；10=不校验；11=奇校验。(5)每个字符的数据位0=8位/字符；1=7位/字符(2~4)自由口波特率(kbit/s)000=38.4;001=19.2;010=9.6;011=4.8;100=2.4;101=1.2;110=115.2;111=57.6.(0~1)协议选择：00=PI从站模式；01=自由口协议10=PPI主站