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文档简介
1、江南大学通信与控制工程学院电气控制与可编程控制器应用(第9章),第9章,可编程控制器的通信与网络,了解通信与网络的基本知识,掌握S7系列可编程控制器的网络类型与配置,掌握S7-200网络与应用,学习目标:教学内容:9.1通信与网络基础9.2 S7系列可编程控制器网络类型与配置9.3 S7-200网络与应用,第9章可编程控制器的通信与网络, 9.1通信与网络基础在实际工作中,计算机之间或中央处理器与计算机外部设备之间经常需要进行数据交换。 通信是指不同的独立系统通过传输线路相互交换数据,构成整个通信的线路称为网络。通信独立系统可以是计算机、可编程控制器或其他具有数据通信功能的数字设备,称为数据终
2、端设备。传输线的介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤或无线电波。9.1.1数据通信模式,数据传输模式:根据数据传输的时空顺序,数据通信可分为并行通信和串行通信:并行通信:每一位传输的数据同时发送或接收。串行通信:传输的数据按顺序一点一点地发送或接收。9.1.1数据通信模式,数据传输模式:串行通信按照信息传输格式:分为同步通信和异步通信。异步通信:异步传输也叫启停传输,采用启停方式实现发送和接收的同步。同步传输:同步传输由数据开头的同步字符(通常为12)表示。9.1.1数据通信模式,数据传输方向:根据通信线路上串行通信数据传输的方向,可分为三种:单工通信模式:单工通信意味着数据传输始终保持同一方向,
3、但不能反向。半双工通信模式:半双工通信意味着信息流可以双向传输,但同时只能单向传输。全双工通信模式:全双工通信可以双向同时发送和接收。9.1.1数据通信模式,波特率:波特率,即数据传输速率,表示每秒传输的二进制码位数,单位为位/秒。假设数据传输速率为120个字符/秒,每个字符包含10个码位(一个起始位、一个结束位和八个数据位)。此时,传输的波特率为10b/字符120字符/秒=1200 b/秒,9.1.1数据通信模式,传输介质3360。目前,常用的传输介质包括同轴电缆、双绞线和光缆,而其他介质如无线电和红外微波在PLC网络中很少使用。双绞线(带屏蔽)成本低,安装简单;光缆体积小、重量轻、传输距离
4、长,但成本高,安装和维护需要专用仪器。9.1.1数据通信模式,串行通信接口:RS-232接口:C接口是E1电子工业协会于1969年发布的串行通信接口标准。它采用逐位串行方式,具有单端传输和单端接收。RS-422接口:RS-422接口的传输线路采用差分接收和差分发送方式传输数据,通信速率高(波特率可达10MB以上),抗干扰能力强。485接口:485接口是422的变种。9.1.2网络概述由多台具有独立功能的计算机组成的计算机系统,分散在不同的地理位置,通过通信设备和通信线路连接,称为计算机网络。可编程控制器与计算机之间或多个可编程控制器之间的网络也可以直接或通过通信处理器形成,实现信息交换;每个可
5、编程控制器或远程输入输出模块根据其功能放置在生产现场进行分散控制,然后通过网络连接形成分布式网络进行集中管理。互连和通信是网络的核心,网络拓扑、传输控制、传输介质和信道利用是网络的四大要素总线式结构:所有节点通过总线连接,其特征是所有站点共享一条公共通信总线。星型结构:以中心节点为中心,与各个节点连接而成,网络中任意两个节点之间的通信由中心控制站控制和转换。环路结构:它是由环形网络中的每个节点首尾相连而形成的。9.1.2网络概述,媒体访问控制,也称为传输控制,是指对网络信道拥有的管理和控制。在本地网络上交换信息有两种方式:电路交换,即在发送节点和接收节点之间有一个固定的物理信道,这个信道一直保
6、持到呼叫结束,如电话系统。“报文交换”或“分组交换”,其中寻址的数据组从一个交换节点传输到另一个交换节点,直到目的站。发送节点和接收节点之间没有固定的物理信道。9.1.2网络概述目前,局域网中广泛使用的传输控制有两种,即令牌传输模式和竞争模式:令牌传输模式,其中对介质的访问控制权限由令牌来标记。令牌是一组二进制代码。网络上的节点按照一定的规则进行排序。令牌依次从一个节点转移到下一个节点。只有获得令牌的节点才有权控制和使用网络。发送信息或没有信息的节点将令牌发送给下一个节点。在令牌传输中,没有控制站,也没有主从关系。该控制方法结构简单,易于实现,成本低廉,可在任何拓扑结构上实现。但它通常用于令牌
7、总线和令牌环。由于这种结构便于实现集中管理和分散控制,适用于工业控制领域。9.1.2网络概述,竞争模式,允许网络中的每个节点自由发送信息。但是,当两个以上的节点同时发送时,会出现线路冲突,因此有必要做出一些约定和约束。目前,普遍使用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问协议,即CSMA/光盘协议。该协议要求每个发送节点“发送前监听,发送时监听”,即发送前监听。在监控期间,如果总线是空的,它可以发送,如果它很忙,它可以停止发送。在发送的过程中,我们应该随时倾听。一旦发现线路冲突,我们将停止发送消息,所有发送的内容都将无效,并将发送一个短的冲突标志(阻止代码序列)。CSMA/光盘允许所有电台平等竞争,
8、但不支持优先实时访问。轻负载下,控制分散,效率高,实时性好,适用于工业控制计算机网络。9.1.2网络概述,有两种常用的信道利用模式:基带模式,利用传输介质的整个带宽进行信号传输。优点是价格低廉,设备简单,可靠性高,缺点是信道利用率低,长距离传输衰减大。宽带模式:将通信信道分成几个载频不同的信道,在同一传输介质上同时传输多个信号。优点是信道利用率高,但由于需要添加调制解调器,成本高。9.1.2网络概述,国际标准化组织在1978年提出了开放系统互连的现场视察参考模型,其通信协议一般为7层:物理层;实际的通信是通过物理层在互联网上进行的。数据链路层;负责两个相邻节点之间链路的错误控制。网络层;分组分
9、段、分组阻塞处理和通信子网路径选择。传输层;负责从会话层接收数据并将其传输到网络层。会话层;支持流量管理,实现终端用户应用流程同步。表示层;用于应用层信息内容的正式交换。应用层。为用户的应用服务提供信息交换。9.1.2网络概述,9.2 S7系列可编程控制器的网络类型和配置,简单网络:指由作为主站的个人计算机和作为从站的一个或多个相同型号的可编程控制器组成的简单分布式控制系统。在这个系统中,个人计算机多级复杂网络:现代大型工业企业的PLC控制系统一般采用多级网络的形式。不同的可编程控制器制造商的自动化系统网络结构中,各层的层数和功能分布有所不同。9.2.1可编程控制器网络类型,返回,9.2.2通
10、信协议,可编程控制器网络中使用的通信协议包括通用协议和公司专用协议:通用协议:在可编程控制器网络的所有级别中,通用协议一般用于高级子网,如可编程控制器网络之间的互连以及可编程控制器网络与其他局域网之间的互连,这表明工业网络正朝着标准化和通用化的方向发展。公司专用协议:子网一般采用公司专用协议,尤其是最底层的子网。因为传输过程数据和控制命令,所以该信息很短,但实时性要求很高。返回、9.2.2通信协议、可编程控制器网络通用通信协议、生产者价格指数协议:生产者价格指数通信协议是西门子公司专门为S7-200系列可编程控制器开发的通信协议。MPI协议:MPI允许主从通信和主从通信,S7-200可以通过通
11、信接口连接到MPI网络,主要用于S7-300/400中央处理器和S7-200之间的通信网络。现场总线协议:现场总线协议通常用于实现分布式输入输出设备(远程输入输出)的高速通信。9.2.2通信协议、可编程逻辑控制器网络的通用通信协议:自定义协议(自由端口通信模式):自由端口模式是指CUP串行通信端口可由用户程序控制和定制的通信协议。USS协议:USS协议是西门子传输产品(变频器等)的通信协议。),S7-200提供相应的指令。TCP/IP协议:S7-200将能够通过以太网扩展模块CP243-1和互联网扩展模块CP243-1IT支持TCP/IP以太网通信。9.2.3通信设备,以下网络设备和自由口通信
12、设备主要与S7-200有关:通信端口;S7-200主机有一个或两个串行通信端口。网络连接器。通信电缆;主要有现场总线和个人电脑/公共接口电缆。网络中继器;调制解调器;Profibus-DP通信模块;工业以太网CP243-l通信处理器;工业以太网CP243-2通信处理器;EM241调制解调器模块。9 . 2 . 4 S7系列可编程控制器产品形成的几个典型网络。S7系列可编程控制器常用的通信网络主要包括作为主站的计算机或编程器、作为主站的操作面板和作为主站的可编程控制器等。这些类型可分为:单主站PPI;编程站可以通过PC机/PPI电缆或通信卡(CP)与S7-200通信,形成一个单一的主PPI网络。
13、多主生产者价格指数;编程站可以通过PC机/PPI电缆或通信卡(CP)和S7-200与多个主站和单个从站组成PPI网络。复杂的PPI网络。9.2.4 S7系列可编程控制器产品,形成几个典型的网络,单主生产者价格指数;编程站可以通过PC机/PPI电缆或通信卡(CP)与S7-200通信,形成一个单一的主PPI网络。单主站PPI网络,由9.2.4 S7系列可编程控制器产品形成的几个典型网络,多主站PPI;编程站可以通过PC机/PPI电缆或通信卡(CP)和S7-200与多个主站和单个从站组成PPI网络。多主站只有一个从站,由9.2.4 S7系列可编程控制器产品形成的几个典型网络,多主站PPI;编程站可以
14、通过PC机/PPI电缆或通信卡(CP)和S7-200与多个主站和单个从站组成一个PPI网络。多个从站和多个主站、由9.2.4 S7系列可编程控制器产品形成的几个典型网络以及复杂的PPI网络。图9-12和图9-13显示了一个多主站网络的例子,其中有多个从站用于点对点通信。点对点通信、9.2.4 S7系列可编程控制器产品、几种典型网络和复杂的PPI网络。图9-12和图9-13显示了一个多主站网络的例子,其中有多个从站用于点对点通信。人机界面设备和点对点通信、9.2.4 S7系列可编程控制器产品形成几个典型的网络。S7-200、S7-300和S7-400设备用于配置网络,网络的波特率小于187.5K
15、 S7-200通信由9.2.4 S7系列可编程控制器产品构建的几个典型网络,PROFIBUS网络配置示例:S7-315-2DP作为Profibus主站,EM277作为Profibus从站网络,9.2.4 S7系列可编程控制器产品作为几个典型网络,PROFIBUS网络配置示例:包含STEP7-Micro/WIN和HMI的网络,由9.2.4 S7系列可编程控制器产品构建的几个典型网络,以太网和互联网设备的网络配置:STEP7-Micro/WIN通过以太网连接两个S7-200通信,和9不同的网络配置有不同的通信参数设置,因此通信参数应该执行。您可以通过单击“向导栏”中的“通信”图标进入此对话框。进入
16、“设置PG/PC接口”对话框,按照以下步骤安装或删除通信接口。9 . 2 . 6 S7-200的参数设置,设置通信参数后,根据需要为S7-200设置参数,主要包括设置站址、波特率、间隔更新系数等参数。在将系统块下载到S7-200之前,需要确认STEP7-Micro/WIN32通信端口的参数是否与当前S7-200的参数相匹配,主要取决于站地址、波特率等参数是否一致。下载成功后,您可以打开“通信设置”对话框,双击对话框右上角的刷新图标,在网络上搜索并连接S7-200。9.3 S7-200网络和应用程序,以及S7-200之间通信常用的PPI协议。S7-200的默认操作模式是从站模式,但在用户应用程序中可以设置为主站操作模式,与其他从站通信,用相关网络指令在其他从站读写数据。9.3.1网络指令和应用,返回,9.3.2自由端口指令和应用,自由端口模式允许应用程序控制S7-200的串行通信端口。当S7-200处于运行模式时,当选择自由通信端口模式时,用户程序通过接收中断和发送中断来发送指令,用户程序通过发送指令、接收指令和发送接收中断指令来控
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