西门子PLC网络与通信.ppt

1、西门子PLC网络与通信,常州技师学院 施永,一、数据通信网络的基本概念,（一）数据通信系统的基本组成 1.传送设备：包括发送器和接收器。 PLC网络称主站和从站。 2.通信介质：连接传送设备的数据线。 主要有同轴电缆、双绞线、光纤等。 3.通信协议：数据通信所必须遵守的规则。 由国际上公认的标准化组织或其他专业团体集体制定。,主要国际化组织,国际标准化组织ISO（International Standard Organization) 制定了开放式互相通讯协议OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联) 国际电子电气工程师协会IEEE（Institute o

2、f Electrical and Electronic Engineer) 建立了IEEE802通信协议标准。,美国高级研究院ARPA（Advanced Research Projects Agency） 开发了TCP（ Transmission Control Protocol )/IP （Internet Protocol）和FTP（File Transfer Protocol）通信协议 美国通用汽车公司GM（General Motor） 制定了制造自动化协议MAP（Manufacture Automation Protocol） 目前，PLC与上位计算机之间的通信可按照标准化协议进行，但

3、PLC与PLC之间、PLC与远程I/O通信协议还未标准化。,（二）数据通信方式 1.数据传送方向 （1）单工通信 数据的传送始终保持同一个方向，而不能进行反向传送。,（2）半双工通信 数据可以在两个方向上传送，但同一时刻只限于一个方向传送。,（3）全双工通信 数据可以在两个方向上同时发送和接收。,2.同步传送和异步传送 （1）同步传送（synchronous transmission） 是将很多个字符组成一个信息组（通常称 为帧），用同步字符来表示信息组的开始， 由定时信号实现发送的同步的传送方式。 传送速率高，但软、硬件价格也高。,（2）异步传送（asynchronous transmiss

4、ion） 是指按一种约定的格式将数据信息一帧一帧地不同时传送的方式。（如PLC串行通信）,3.并行通信和串行通讯 （1）并行通信 传送数据的每一位同时发送或接收。 速率快，成本高。不适合远距离传送。,（2）串行通信 将传送的数据一位一位地发送或接收的 通信方式。 适合多位数据长距离通信。 PC与PLC、PLC与现场设备、远程I/O的通 信，开放式现场总线（如三菱公司的cc- link)的通信均采用串行通信方式。,（三）PLC的通信接口 1.RS-232C串行通信接口 美国电子工业协会（EIA）于1962年公布 的一种标准化接口。 标准的25针D型连接器，也有9针的。,采用全双工方式，负逻 辑，

5、具有较强的抗干扰 能力。,2.RS-422串行通信接口 美国电子工业协会（EIA）于1977年推出的新 接口标准RS-499的一个子集。采用平衡差分传 输方式。全双工通信方式。 具有足够好的 抗干扰能力。,3.RS-485串行通信接口 在RS-422的输出端设置一个输出“使能端”，则形成RS- 485接口。半双工通信方式。一般RS-485协议的接头没有 固定的标准，可能根据厂家的不同引脚顺序和管脚功能可 能不尽相同，但是官方一般都会提供产品说明书，用户可 以查阅相关RS-485管脚图定义或者引脚图 。,RS-485可以采用两线和四线方式。,RS-485四线脚号,RS-485两线脚号,两线方式连

6、接,二、西门子工业通信技术,（一） 西门子工业通信协议 1.PPI(Point to Point Interface,点到点通信）通信协议 是西门子专为S7-200系列PLC开发的一个主-从协议。 （1）主站发送请求，从站响应，从站设备不主动发出信息。 （2）PPI协议不限制与任意一从站通讯的主站数量，但在硬件上要求整个网络中安装的主站设备不能超过32台。,（3）不需要扩展模块，通过内置的串口（也称PPI口）即可实现。 （4）S7-200作为主站时，可以通过NETR（网络读取）和NETW（网络写入）指令来读写另外一个S7-200。 （5）当S7-200作为主站时，它仍可以作为从站响应其它主站的

7、请求，但此时最好启用PPI高级协议，因为这样允许网络设备与设备之间建立逻辑连接。与EM277通信时，必须启用PPI高级协议。,2.自由口通信协议 用户自己规定协议，编程控制自由口（PORT0、 PORT1）的串行通信。 在自由口通信模式下，用户可以通过发送指令 （XMT) 、接收指令（RCV）、发送中断、接收中 断来控制通信口地操作。 检测发送完成的方法： （1）通过发送中断程序；发送：中断事件9和26 （2）通过发送完成标志位。接收：中断事件23和24,3.MPI（Multi Point Interface，多点通信） 通信协议 西门子公司开发的一种适用于小范围、近距离、 少数站点间通讯的网

8、络协议。是PPI的扩展。 S7-200可以通过内置的PPI口或EM277连接到MPI 网络上，与S7-300/400进行MPI通信。S7-200作为 从站。 基本通信-全局数据通信-扩展通信,4. PROFIBUS通信协议 PROFIBUS是西门子的现场总线（Fieldbus)协议，也是 IEC(国际电工委员会）61158国际标准中的现场总线标准之 一。 PROFIBUS由以下三个兼容部分组成： PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery,分布式外围设备） PROFIBUS-PA（Process Automation，过程自动化） PROFIBUS-FMS（Fiel

9、dbus Message Specification，现场总 线报文规范）,PROFIBUS协议结构,5.PROFINET通信协议 PROFINET是西门子的工业以太网通信协议，符 合IEEE802.3国际标准。 PROFINET以TCP/IP与其他设备交换数据，PLC 若要和工业以太网连接需通过CP通讯模块或CPU 内置的NP接口，采用标准的RJ45水晶接头连接。,6. AS-I（Actuator Sensor Interface，执行器/传感器接口）通信协议 AS-I是位于自动控制系统最底层的网络，用来连接具有 ASI接口的现场二进制设备，只能传送少量的数据，如开 关状态等。 连接采用AS

10、-I规范电缆（黄色两芯、1.5平方电缆） 主站用于连接上一级控制器，能自动地组织AS-I电缆的 数据传输，确保传感器/执行器的信号通过相应的接口能 够传送到上一级总线系统。如：S7-300的CP343-2模板。 网关AS-I与高一级现场总线的连接的接口。如： DP/AS-I Link 20E。 ASI的优势主要在于安装的便捷性。,（二）西门子PLC的PPI通信,1.S7-200 PLC与STEP7-MicroWIN间的PPI通信 计算机通过COM口或USB接口和PLC的PPI口连接 （一般为PORT0口）。 2.S7-200 PLC之间的通信 主要通过网络读写NETR/NETW指令进行通信，也

11、 可通过指令向导生成子程序（便捷），并在主程序 中用SM0.0调用子程序实现。通信口通SM30(PORT0) 和SM130(PORT1)定义。可和PORT0、PORT1和EM277 连接通信。,(三）西门子PLC的自由口通信,1.,一、现场总线（Fieldbus)概述,（一）现场总线技术的由来及定义,1.现场总线技术的由来 由于大规模集成电路的发展，许多传感器、执行机构、驱动装置等现场设备智能化，在这些智能设备上增加一个串行数据接口十分方便，在此基础上按照统一的通信协议，只需一根通信电缆就可以完成所有现场设备的数据通信。 串行通信接口-现场总线技术的原形,2.产生,用一根电缆将所有具有统一的通

12、信协议和通信接口的 现场设备连接，由数字化通信网络构成现场级与车间级 自动化监控及信息集成系统。,应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行 双向、串行、多结点的开放型数字通信技术。,3.定义,（二）典型现场总线简介 1.基金会现场总线（Foundation Fieldbus, FF) 由H1（低速）和H2（高速）两种通信速率，应用领域以过 程自动化为主，如化工、电力、水处理、石油、石化等等 行业。 2.CAN（Controller Area Network,控制局域网） 最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部 件之间的通信。现已广泛应用于离散控制领域。 3.L

13、onworks(Lonworks Net Works，分布式智能控制网络技术) 应用广泛，主要应用于工业控制、楼宇自动化、数据采集 等方面，国内主要应用于楼宇自动化方面。,4.HART（Highway Addressable Remote Transducer) 在模拟信号上叠加一个频率信号，可在模拟信号传输线上实 现数字信号通信。 5.CC-Link（Control and Communication Link，控制与通 信链路系统） 以三菱公司为主，在亚洲占有很大的份额。 6.Profibus 以西门子公司为主，是作为德国、欧洲和中国国家标准的现 场总线。,二、PROFIBUS现场总线,（

14、一） PROFIBUS概述 PROFIBUS由以下三个兼容部分组成： 1. PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery,分布式外围设备）： 是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分布式I/O的通信。 2. PROFIBUS-PA（Process Automation，过程自动化）：专为过 程自动化设计，可通过总线对现场设备供电，可用于防爆区域的传 感器和执行器与中央控制系统的通信。如：化工和石油生产等领域。 3. PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification，现场总线 报文规范）：是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备

15、层数据 通信与控制的现场总线。主要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，处理单元级（PLC和PC）的多主站数据通 信，为解决复杂的通信任务提供很大的灵活性。适用于纺织、楼宇 自动化等领域。,PROFIBUS提供了3种传输类型：RS-485传输（用于DP和FMS）、 IEC1158-2传输（用于PA）和光纤传输。 1.RS-485传输的基本特征 （1）网络拓扑：线型总线，两端有有源的总线终端电阻。 （2）传输速率：9.6Kb/s12Mb/s。 （3）传输介质：屏蔽双绞电缆。 （4）站点数：每分段32个站(不带中继），最多可达127个站 （带中继）。 （5）插头连接：9针D型插

16、头。,（三）PROFIBUS传输技术,（1）所有设备都通过总线电缆连接到主站。 （2）每个分段上最多可接32个站（主站和从站）。 （3）当分段站超过32个时，必须使用中继器连接各总线段。 串联的中继器一般不超过3个。 （4）每段的头和尾各有一个总线终端电阻，以确保操作运 行不发生误差。,2.RS-485传输设备安装,（四）PROFIBUS-DP现场总线,1.功能 PROFIBUS-DP现场总线经过扩展目前有3个版本：DP-V0、 DP- V1、 DP-V2。可简写为DPV0、 DPV1、 DPV2。 基本功能DPV0 （1）总线存取方法：各主站之间为令牌传送，主站与从站之 间为主-从循环传送，

17、支持单主站或多主站系统，最多126个站。 （2）循环数据交换：可实现中央控制器（PLC、PC或过程控制 系统）与分布式现场设备（从站，如阀门、变送器、分析仪等 I/O）之间的数据交换。主站发出请求报文，从站收到后返回 响应报文。,（3）诊断功能：能对站级、模板级、通道级故障进行诊断 及快速定位，诊断信息在总线上传输并由总线采集。 本站诊断操作：对本站设备的一般操作状态的诊断，如压 力过高、温度过低等。 模板诊断：对站内某个具体的I/O模板的定位。 通道诊断：对某个输入/输出通道的故障定位。 （4）保护功能：对从站的输出进行存取保护，DP主站用监 视定时器监视与从站的通信。DP从站用看门狗（WD

18、T）检测 与主站的数据传输。,（5）网络组态和控制功能： 动态激活或关闭DP从站。 对DP主站（DPM1）进行配置。 可以设置站点的数目、DP从站的地址、输入/输出地格式、报文规范的格式、检查DP从站的组态。 控制命令可以发给所有的从站。 （6）同步与锁定功能： 同步功能：接收到主站的同步命令（SYNC）后，从站进入同步模 式，这些从站的输出被锁定在当前状态。此后的用户数据传输过 程中，输出数据存储在从站，但输出状态不变。可用UNSYNC命令 解除。,锁定功能：使指定的从站组进入锁定模式（用FREEZE命令实 现），即将各从站的输入数据锁定在当前状态，直到主站发送 另一个命令时才可刷新。可用UNFREEZE命令接触锁定功能。 （7）DPM1和DP从站之间的循环数据传输：由DPM1按照确定的 顺序自动进行。（参数化、组