工控網(wǎng)基礎(chǔ)講稿

1、 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上海電機(jī)學(xué)院上海電機(jī)學(xué)院 仲葆文仲葆文工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)生產(chǎn)中已得到廣泛的應(yīng)用西門子工控網(wǎng)在啤酒生產(chǎn)線中的應(yīng)用 一、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的基本概念 二、通信方式與串行通信接口 三、網(wǎng)絡(luò)的類型 四、常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 五、 構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)$1 概述 一、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的基本概念 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)是一種把整個(gè)工廠中各個(gè)生產(chǎn)流程和自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過(guò)各種通信設(shè)備組織為一個(gè)整體的一種通信網(wǎng)絡(luò)。 在這個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)中，可有各種不同結(jié)構(gòu)、遵守各種不同通信協(xié)議的通信系統(tǒng)存在，其中主要是工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線。 工業(yè)以太網(wǎng)Industrial Etherenet 按IEEE 802.3標(biāo)

2、準(zhǔn)建立的開放的通信系統(tǒng)，用于傳輸大量數(shù)據(jù)，可與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)連接 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線按現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)建立的開放的通信系統(tǒng)，用于現(xiàn)場(chǎng)控制和數(shù)據(jù)交換 點(diǎn)到點(diǎn)通信ptp用于2個(gè)點(diǎn)之間的通信，如PLC與PLC、PLC與PC、PLC與人機(jī)接口、打印機(jī)、條碼掃描器、讀卡器等設(shè)備連接。工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 1現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層 主要功能是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如分布式I/O、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和開關(guān)設(shè)備等，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制及設(shè)備間連鎖控制。 一般采用現(xiàn)場(chǎng)總線如Profibus-DP，也可用PtP。2車間監(jiān)控層 車間監(jiān)控層又稱為單元層，用來(lái)完成車間主生產(chǎn)設(shè)備之間的連接，實(shí)現(xiàn)車間級(jí)設(shè)備的監(jiān)控。 車間級(jí)監(jiān)控包括生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)控、設(shè)

3、備故障報(bào)警及維護(hù)等。通常還具有生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度等車間級(jí)生產(chǎn)管理功能。3工廠管理層 車間操作員工作站通過(guò)集線器（HUB）或交換器（SWITCH）與車間辦公管理網(wǎng)連接，將車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)送到車間管理層。 車間管理網(wǎng)又作為工廠主網(wǎng)的一個(gè)子網(wǎng)，通過(guò)交換機(jī)、網(wǎng)橋或路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到廠區(qū)骨干網(wǎng)，將車間數(shù)據(jù)集成到工廠管理層。 工廠管理層又稱信息層，一般使用以太網(wǎng)技術(shù)，這一層關(guān)注的焦點(diǎn)是高速的數(shù)據(jù)包傳輸和高容量的數(shù)據(jù)共享。返回返回提綱提綱二、通信方式與串行通信接口1. 計(jì)算機(jī)的通信方式(1)并行通信與串行通信 并行通信是以字節(jié)（8位）或字（16位）為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，有8根或16根數(shù)據(jù)線、1根公共線以傳輸

4、數(shù)據(jù)，另外還有一些通信雙方聯(lián)絡(luò)用的控制線。并行通信速度快，但因傳輸線的數(shù)量多，抗干擾性差，一般用于近距離的數(shù)據(jù)傳送，例如PLC的模塊之間的數(shù)據(jù)傳送。 串行通信是以二進(jìn)制的位（bit）為單位的傳輸方式，每次只傳送1位，最少只需要2根線（雙絞線）就可以連接多臺(tái)設(shè)備，組成控制網(wǎng)絡(luò)。串行通信需要的信號(hào)線少，適用于距離較遠(yuǎn)的場(chǎng)合。 串行通信的傳輸速度要比并行通信慢。（2）異步通信與同步通信 串行通信中，接收方和發(fā)送方應(yīng)使用相同的傳輸速率。但由于雙方使用的傳輸速率存在微小的誤差，會(huì)形成累積誤差而使發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)造成錯(cuò)位，使接收方收到錯(cuò)誤的信息。 為了解決這一問(wèn)題，需要使發(fā)送過(guò)程和接收過(guò)程同步。按同步的方

5、式不同，串行通信分為異步通信和同步通信。 異步通信異步通信的字符信息格式如圖，每發(fā)送1個(gè)字符（數(shù)據(jù)），由1位“起始位”開始，接著是78位“數(shù)據(jù)位”，然后是1位“奇偶校驗(yàn)位”（也可以沒有），最后是12位“停止位”。 雙方對(duì)格式和傳輸速率約定相同。 接收方在收到停止位與起始位之間的下降沿時(shí)，將它作為接收的起點(diǎn)，在每一個(gè)時(shí)鐘脈沖（代表1位）的中間接收信息。由于接收的位數(shù)不多，即使雙方的時(shí)鐘頻率有微小的誤差，其累積誤差也不會(huì)過(guò)大而造成錯(cuò)位。 同步通信同步通信以字節(jié)為單位，每次按約定傳送12個(gè)同步字符（作為通知對(duì)方開始接收）、若干個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和校驗(yàn)字符。 同步通信時(shí)，雙方采用同一個(gè)時(shí)鐘脈沖以保持完全的同步

6、。接收方通過(guò)調(diào)制解調(diào)的方式在數(shù)據(jù)流中提取出同步信號(hào)，使接收方得到與發(fā)送方同步的接收時(shí)鐘信號(hào)。 同步通信不必在每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)上加上起始位、停止位、奇偶校驗(yàn)位，因此傳輸效率較高，但對(duì)硬件要求較高。 （3）單工和雙工通信 單工方式只能沿單一方向傳輸數(shù)據(jù)，即某一方只能發(fā)送或只能接收； 雙工方式可以沿兩個(gè)方向傳輸數(shù)據(jù)，每一方既能發(fā)送也能接收。雙工方式又可分為全雙工方式和半雙工方式：全雙工方式是通信雙方在同一時(shí)間可同時(shí) 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)（同時(shí)）半雙工方式是通信雙方在同一時(shí)間只可發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)（分時(shí)）（4）傳輸速率 串行通信中傳輸速率的單位是波特（bit），又稱為波特率，符號(hào)是bit/s或bps，即每秒傳

7、送的二進(jìn)制位數(shù)。 常用的波特率有9600bps、19200bps、38.4kbps、1.5Mbps、10Mbps等2. 串行通信接口的標(biāo)準(zhǔn)（1）RS-232C 由美國(guó)EIC（電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）于1969年公布的通信協(xié)議。該協(xié)議規(guī)定采用負(fù)邏輯，用-15-5V表示邏輯“1”，+5+15V表示邏輯“0”。使用9針和25針DB型連接器。當(dāng)通信距離較近時(shí)通信雙方可直接連接。 最簡(jiǎn)單的情況，在通信中不需要控制聯(lián)絡(luò)信號(hào)，只需要3根線（發(fā)送線、接收線、信號(hào)地）便可實(shí)現(xiàn)全雙工異步串行通信。RS-232C采用共地傳送方式，容易引起共模干擾。RS-232C最大通信距離為15m，最高傳輸速率為19.2kbit/s，只能

8、進(jìn)行一對(duì)一的通信。（2）RS-422A RS-422A也是一種異步串行通信協(xié)議，它采用平衡驅(qū)動(dòng)、差分接收電路(見圖)，共模信號(hào)可以互相抵消。它從根本上取消了信號(hào)地線，從而消除了由公共地線引入的干擾。 平衡驅(qū)動(dòng)器相當(dāng)于2個(gè)單端驅(qū)動(dòng)器，其輸入信號(hào)相同，2個(gè)輸出信號(hào)互為反相信號(hào)。 外部輸入的干擾信號(hào)是以共模方式出現(xiàn)的，2根傳輸線上的共模干擾信號(hào)相同，而接收器是差分輸入，只對(duì)差模信號(hào)進(jìn)行處理，共模信號(hào)可以互相抵消。只要接收器有足夠的抗共模干擾能力，就能克服外部干擾。 RS-422A最大傳輸速率為10M Bit /S（此時(shí)允許的最大通信距離為12m）。 最大通信距離為1 200m（此時(shí)的最大傳輸速率為1

9、00 kbit/s）。一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器可以連接10臺(tái)接收器。廣泛地用于計(jì)算機(jī)與終端或外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。RS-422是全雙工操作，兩對(duì)平衡差分信號(hào)線分別用于發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)通過(guò)4根導(dǎo)線傳送（4線操作）。（3）RS-485 RS485是RS-422A的變形，RS-485為半雙工，只有一對(duì)平衡差分信號(hào)線，不能同時(shí)發(fā)送和接收。使用RS-485通信接口和雙絞線可以組成串行通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)。 RS-485為半雙工2線操作，一對(duì)平衡差分信號(hào)線不能同時(shí)發(fā)送和接收。系統(tǒng)中可以有32個(gè)站。新的接口器件已允許連接多達(dá)128個(gè)站。返回提綱返回提綱三、網(wǎng)絡(luò)的類型 網(wǎng)絡(luò)可以按其傳輸媒體分類（有線網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)），也可按

10、其傳輸速率分類（低速網(wǎng)、中速網(wǎng)、高速網(wǎng)），通常按其邏輯結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類。 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指拋開網(wǎng)絡(luò)中的具體設(shè)備，把計(jì)算機(jī)等網(wǎng)絡(luò)單元抽象為點(diǎn)，把網(wǎng)絡(luò)中的通信媒體（如電纜）抽象為線，用點(diǎn)和線來(lái)抽象出網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)。1. 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 每個(gè)節(jié)點(diǎn)均以1條單獨(dú)的通道與中心節(jié)點(diǎn)相連，任何2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信必須通過(guò)中心節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接，中心節(jié)點(diǎn)是控制中心。 星形結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是建網(wǎng)容易，控制簡(jiǎn)單。它的缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)共享能力差，可靠性低。如果一旦中心節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，則會(huì)導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓。2. 環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)通過(guò)1條首尾相連的通信鏈路連接而成1個(gè)閉合環(huán)型結(jié)構(gòu)網(wǎng)，數(shù)據(jù)在環(huán)上單向流動(dòng)。由于各節(jié)點(diǎn)共享環(huán)路，因此需要采取措

11、施（如令牌控制）來(lái)協(xié)調(diào)控制各節(jié)點(diǎn)的發(fā)送。 環(huán)型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)通道選擇問(wèn)題，它的缺點(diǎn)是不便于擴(kuò)充，系統(tǒng)響應(yīng)延時(shí)大 令牌網(wǎng)：（Token Ring 或 Token Bus)l 令牌網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為令牌環(huán)和令牌總線l 在令牌網(wǎng)絡(luò)中，媒體訪問(wèn)控制是通過(guò)令牌的特殊標(biāo)志來(lái)實(shí)現(xiàn)的。令牌是一個(gè)特殊的控制幀，按照邏輯順序，令牌從一個(gè)裝置傳遞到另一個(gè)裝置。傳遞到最后一個(gè)裝置后，再傳遞給第一個(gè)裝置。l 令牌有“空”和“忙”兩種狀態(tài)。持有令牌的裝置可以發(fā)送信息。l 發(fā)送站首先把令牌的狀態(tài)置為“忙”，并寫入要傳送的信息（數(shù)據(jù) 發(fā)送站名 接收站名）送入環(huán)網(wǎng)傳輸。l 令牌沿環(huán)網(wǎng)一周后返回發(fā)送站時(shí)，信息已被接收站拷貝，發(fā)送站把令

12、牌的狀態(tài)為“空”，送入環(huán)網(wǎng)繼續(xù)傳輸，以供其它站使用。l 令牌傳遞總線能提供實(shí)時(shí)同步操作，傳送效率高，適于頻繁，較短的數(shù)據(jù)傳送。因此它更適合于需要進(jìn)行實(shí)時(shí)通信的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。3. 樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是天然的分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)成本低，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。樹型結(jié)構(gòu)非常適合于分主次、分等級(jí)的層次型管理系統(tǒng)。4. 總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 總線型結(jié)構(gòu)是最普遍使用的一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它是將各個(gè)節(jié)點(diǎn)和1根總線相連?？偩€型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活、可擴(kuò)充性好、可靠性高、資源共享能力強(qiáng)。但由于同環(huán)型結(jié)構(gòu)一樣采用共享信道，因此需處理多站爭(zhēng)用總線的問(wèn)題。 以太網(wǎng)就是采用這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。（CSMA/CD，

13、帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問(wèn)）返回提綱返回提綱四、常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，須將處于同一地域或不同地域的、同類型或不同類型的網(wǎng)絡(luò)互相連接起來(lái)（網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)）。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)一般都不能簡(jiǎn)單地直接相連，而需要通過(guò)一定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行連接。 工控網(wǎng)中常用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有網(wǎng)卡、集線器、路由器及光/電交換器等。1. 網(wǎng)卡 網(wǎng)卡（網(wǎng)絡(luò)接口卡）是局域網(wǎng)的接入設(shè)備，是計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁。 網(wǎng)卡的作用： 讀入由其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)包，將其變換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)據(jù)（解包），通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PU、RAM或硬件驅(qū)動(dòng)器中； 將PC設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)打包后輸送到其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中去。2. 中繼器 中繼器是連接

14、網(wǎng)絡(luò)線路的一種裝置，用于延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度。線路上傳輸?shù)男盘?hào)會(huì)發(fā)生衰減，因此線路距離有一定的限制。中繼器可將信號(hào)進(jìn)行放大后再次發(fā)送，通過(guò)中繼器可將線路接長(zhǎng)而信號(hào)衰減仍在允許范圍內(nèi)。3. 集線器（HUB） 集線器實(shí)際上是一種中繼器的擴(kuò)展形式，它與中繼器的區(qū)別在于能夠提供多端口服務(wù)，因此可稱為多口中繼器。4. 交換器（SWITCH） 交換器類似集線器，具有多個(gè)端口，在每個(gè)端口上可連接1個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 交換器與集線器的區(qū)別：集線器相當(dāng)一個(gè)簡(jiǎn)單的共享設(shè)備，在同一段時(shí)間內(nèi)只能有2個(gè)設(shè)備通過(guò)集線器進(jìn)行通信；而交換器通過(guò)內(nèi)部的電路處理后可對(duì)各個(gè)端口提供相互通信的通道，使同一時(shí)間內(nèi)可有多臺(tái)設(shè)備同時(shí)發(fā)送信息，從而使數(shù)

15、據(jù)傳輸?shù)男矢摺?目前出現(xiàn)的交換式集線器使集線器具有交換的功能，使集線器和交換器已沒有了本質(zhì)的區(qū)別。 使用光纖進(jìn)行通信的交換器稱為光交換器（OSM），它具有光纖接口，在光纖端口上具有將光信號(hào)與電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的功能，因而可使用光纖通信，速度為100Mbit/s。 既能使用光纖，也能使用信號(hào)電纜的交換器稱為光電交換器（OSM/ESM），它既有通常的網(wǎng)線接口（如RJ-45），也具有光纖接口。6.通信處理器 常用的工業(yè)以太網(wǎng)通信處理器（CPCommunicaton Processer，通信處理單元），包括用在S7 PLC站上的處理器CP243-1系列、CP343-1系列、CP443-1系列等。 S7

16、-300系列PLC的以太網(wǎng)通信處理器是CP343-1系列，按照所支持協(xié)議的不同，可以分為CP343-1、CP343-1 ISO、CP343-1 TCP、CP343-1 IT和CP343-1 PN，如圖所示。 通過(guò)CP343-1模塊，用戶可以很方便地將S7-300系列PLC通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，并且支持使用STEP7軟件，通過(guò)以太網(wǎng)對(duì)S7-300進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)、編程和診斷。同時(shí)，S7-300也可以同S7-200、S7-400系列PLC進(jìn)行以太網(wǎng)的連接。 CP343-1 返回提綱返回提綱五、 構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)在通信雙方之間傳輸 信號(hào)的物質(zhì)常用傳輸介質(zhì)： 雙絞線 同軸電纜 光纜1.

17、 雙絞線 雙絞線是最常用的傳輸介質(zhì)，通信距離可達(dá)十幾km，當(dāng)通信距離過(guò)長(zhǎng)時(shí)，要加放大器或中繼器 雙絞線電纜中封閉著1對(duì)或幾對(duì)雙絞線，在其外面再包上硬的護(hù)套。每一對(duì)雙絞線由2根絕緣銅導(dǎo)線按一定的密度互相絞合在一起，用以降低信號(hào)干擾的程度。在每根導(dǎo)線的絕緣層上分別涂上不同的顏色以示區(qū)別（如4對(duì)雙絞線的電纜中各導(dǎo)線的顏色是：白桔、桔；白綠、綠；白蘭、蘭；白棕、棕。 雙絞線分為非屏蔽的雙絞線（UTP，常稱為TP）和屏蔽雙絞線（STP，常用的有工業(yè)雙絞線ITP）。非屏蔽雙絞線常用RJ-45接頭（水晶頭）與其它設(shè)備連接，工業(yè)雙絞線ITP使用9針或15針的D型接頭） 非屏蔽雙絞線根據(jù)電氣特性分為5類，100

18、Mbps以太網(wǎng)使用的是5類線，超5類線用于千兆以太網(wǎng)。TPITP2. 同軸電纜 同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體銅芯線、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層及塑料保護(hù)層構(gòu)成。 同軸電纜分兩種：50的和75的同軸電纜。根據(jù)直徑的不同，又分為粗纜和細(xì)纜二種。 50的同軸電纜用于數(shù)字傳輸，常用于局域網(wǎng)，75的同軸電纜既可傳輸數(shù)字信號(hào)，也可傳輸模擬信號(hào)，是電視天線和寬帶網(wǎng)使用的標(biāo)準(zhǔn)電纜。3. 光纜 光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱，結(jié)構(gòu)與同軸電纜類似，只是其中心是光傳播的玻璃纖維，沒有網(wǎng)狀屏蔽層。多條光纖組成一束構(gòu)成光纖電纜。 光纖通信是利用光纖傳遞光脈沖來(lái)進(jìn)行通信，有光脈沖相當(dāng)于“1”，沒有光脈沖相當(dāng)于“0”。為使光纖能傳輸信號(hào)，光

19、纖兩端須配有光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)。光發(fā)射機(jī)用發(fā)光二極管或激光二極管把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)；光接收機(jī)用光敏晶體管把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光纖用光信號(hào)傳輸信息，不受電磁干擾影響。 光纖主要分為單模和多模兩大類。 單模光纖的纖芯直徑很?。?10m），在給定的工作波長(zhǎng)上只能以單一模式傳輸； 多模光纖的纖芯直徑較粗（50200m），在給定的工作波長(zhǎng)上能以多個(gè)模式同時(shí)傳輸。 在傳輸性能上，單模光纖要比多模光纖好，光信號(hào)損耗小、數(shù)據(jù)傳輸率高、傳輸距離長(zhǎng)（達(dá)25km）。網(wǎng)絡(luò)工程中，一般采用62.5m/125m的多模光纖，戶外布線距離大于2km時(shí)可選用單模光纖。 光纖通信時(shí)具有單向傳輸?shù)奶匦?，?duì)雙向傳輸?shù)耐ㄐ旁O(shè)備需同

20、時(shí)接入一對(duì)光纖：一根作為發(fā)送，另一根作為接收用。$2 西門子S7-300PLC的通信功能 S7-300有很強(qiáng)的通信功能：CPU模塊集成有MPI和DP通信接口，有Profibus-DP和工業(yè)以太網(wǎng)的通信模塊，以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模塊。通過(guò)MPI、Profibus-DP、工業(yè)以太網(wǎng)、PtP等通信網(wǎng)絡(luò)，在主站和從站之間、工作站和分布式I/O之間可以周期性地自動(dòng)交換數(shù)據(jù)。在各自動(dòng)化系統(tǒng)、PLC、計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面之間均可以交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信可以周期性地自動(dòng)進(jìn)行，也可由用戶程序塊調(diào)用。一、 S7-300的通信網(wǎng)絡(luò)1. MPI通信網(wǎng)絡(luò) MPI是多點(diǎn)接口的簡(jiǎn)稱。 S7-300 CPU都集成 了MPI通信協(xié)議和MPI

21、的 物理層RS-485接口。最大傳輸速率為12M Bit /S。 PLC通過(guò)MPI能同時(shí)連接 運(yùn)行STEP 7 的編程器 計(jì)算機(jī) 人機(jī)界面（HMI） 及其它SIMATIC S7 M7 和C7。2. PROFIBUS工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS是用于車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)層的通信系統(tǒng)。 S7-300 PLC可以通過(guò)通信 處理器或集成在CPU上的Profibus - DP接口連接到Profibus - DP網(wǎng)上。 通過(guò)ProfiBus網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)高速和使用方便的分布式I/O控制。 Profibus 的物理層是RS-485接口。最大傳輸速率為12M Bit/S，最多可以與127個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)絡(luò)中可

22、以串接中繼器，用光纖通信距離可達(dá)90Km。 主站設(shè)備帶有PROFIBUS-DP接口（或帶有通信模塊）的S7-300/400的CPU PG和OP。 從站設(shè)備分布式I/O設(shè)備ET200；配置通信處理器或帶有DP接口的S7-300 S7-400；帶有EM277通信模塊的S7-200；數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)械手、變頻器及其它非西門子的裝置。3.工業(yè)以太網(wǎng) 工業(yè)以太網(wǎng)用于工廠管理層和單元層的通信系統(tǒng)。用于對(duì)時(shí)間要求不太嚴(yán)格，需要傳送大量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。 西門子的工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸速率為10M /100M bit /s，最多可以達(dá)到1024個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)的最大范圍為150km。 S7-300通過(guò)通信處理器CP 343-

23、1及光纖、雙絞線與工業(yè)以太網(wǎng)連接。4. 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接(Point to Point) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接可以連接兩臺(tái) PLC、或PLC連接計(jì)算機(jī) 打印機(jī)和條碼閱讀器等。 可通過(guò)CPU 313C-2PtP、CPU 314C-2PtP集成的通信接口，或CP340、CP341等通信處理模塊建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的接口可以是20mA電流環(huán)（TTY） RS-232C RS-422和RS-485，可以使用的通信協(xié)議有ASCII、3964（R）、RK512等。 全雙工模式（RS-232C）最高傳輸速率19.2 Kbps，半雙工模式（RS-485）最高傳輸速率38.4 Kbps。二、 S7 通信的分類S7通信可以

24、分為三類:l全局?jǐn)?shù)據(jù)通信l基本通信l擴(kuò)展通信。全局?jǐn)?shù)據(jù)通信全局?jǐn)?shù)據(jù)（GD）是指整個(gè)系統(tǒng)中可以共享的數(shù)據(jù) 全局?jǐn)?shù)據(jù)通信通過(guò)MPI接口在CPU間循環(huán)交換數(shù)據(jù)。 用全局?jǐn)?shù)據(jù)表來(lái)設(shè)置各CPU之間需要交換的數(shù)據(jù)存放的地址區(qū)和通信的速率，通信是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，不需要用戶編程。 S7-300 CPU 每次最多可以交換4個(gè)含有22B的數(shù)據(jù)包，最多可以有16個(gè)CPU參與數(shù)據(jù)交換。2. 基本通信（非配置的連接） 這種通信可以用于所有的S7-300 CPU ，通過(guò)MPI或站內(nèi)的通信總線來(lái)傳遞最多76B的數(shù)據(jù)。 在用戶程序中用系統(tǒng)功能（SFC）來(lái)傳送數(shù)據(jù)。在調(diào)用SFC時(shí)，通信連接被動(dòng)態(tài)地連接。3. 擴(kuò)展通信（配置的連接）

25、 這種通信可以用于所有的S7-300 CPU ，通過(guò)MPI，PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)最多可傳遞64KB的數(shù)據(jù)。 在用戶程序中用系統(tǒng)功能塊（SFB）來(lái)傳送數(shù)據(jù)。在S7-300中可以用SFB14 “GET”和SFB15 “PUT” 來(lái)讀/寫遠(yuǎn)端CPU的數(shù)據(jù)。 這種方式需要用連接表配置連接，被配置的連接在站啟動(dòng)時(shí)建立并一直保持。一、Profibus總線和站點(diǎn)之間的連接l Profibus-DP總線以RS-485為底層的通信協(xié)議，用光纜或屏蔽雙絞線作為傳輸媒介。使用屏蔽雙絞線電纜時(shí)最長(zhǎng)通信距離為9.6KM，使用光纜時(shí)最長(zhǎng)通信距離為90KM。傳輸速率9.6K12Mbps, 一個(gè)總線段最多可以接32個(gè)

26、站點(diǎn)或有源網(wǎng)絡(luò)元件（中繼器、OLM等）。帶中繼器最多可以接127個(gè)站，中繼器一般不超過(guò)3個(gè)。$3 PROFIBUS-DP的應(yīng)用D型總線連接器PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)總線推薦總線站與總線的相互連接使用9針D型連接器。 總線終端器幾乎所有標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS總線連接器上都集成了總線終端器，可以由跳接器或開關(guān)來(lái)選擇使用它。ProfiBus-DP網(wǎng)絡(luò)中的從站是進(jìn)行輸入信息采集和輸出信息發(fā)送的外圍設(shè)備，它只與組態(tài)它的DP主站交換用戶數(shù)據(jù)。DP從站分為3類： 分布式I/O（非智能型I/O） PLC智能DP從站（I從站） 具有PROFIBUS-DP接口的其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（1）分布式I/O（非智能型I/O） 分布式

27、I/O單元中沒有程序存儲(chǔ)和程序執(zhí)行功能，它只能接收主站的指令，按主站指令驅(qū)動(dòng)I/O，并將I/O輸入及故障診斷等信息返回給主站。 通常分布式I/O單元由主站（如S7-300）在STEP 7的硬件組態(tài)中統(tǒng)一進(jìn)行I/O編址，在主站的編程中將分布式I/O當(dāng)作主站本身的I/O一樣進(jìn)行使用。 常用ET200M作為分布式I/O使用，它可以使用S7-300全系列的模塊，最多可以擴(kuò)展8個(gè)模塊，連接256個(gè)I/O通道。使用ET200M時(shí)需要1塊ET200M接口模塊（IM153）來(lái)實(shí)現(xiàn)與主站的通信。 還可使用非西門子系列的I/O模塊作為分布式I/O，如VIPA（德國(guó)惠朋公司）的遠(yuǎn)程I/O模塊SM153。ET200M

28、VIPA SM153（2）智能DP從站（I從站）： 可以用另外的PLC（智能型I/O）作為智能從站。該從站本身具有獨(dú)立執(zhí)行程序的能力，同時(shí)還可與主站交換數(shù)據(jù)，在它的存儲(chǔ)器中有一片特定區(qū)域作為與主站通信的共享數(shù)據(jù)區(qū)。 在設(shè)立智能從站時(shí)，需先在STEP 7的硬件組態(tài)中對(duì)主站和從站分別定義數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)域和輸出區(qū)域的地址。（3）具有PROFIBUS-DP接口的其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 如西門子的SINUMERIK數(shù)控系統(tǒng)、SITRANS現(xiàn)場(chǎng)儀表、MicroMaster變頻器、SIMOREG DC-Master直流傳動(dòng)裝置等都可配置PROFIBUS-DP接口，可以作DP從站，受主站控制。 其它公司支持DP接口的輸入/

29、輸出、傳感器、執(zhí)行器或其它智能設(shè)備，也可以接入PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。二、硬件及通信組態(tài)硬件及通信組態(tài) 連接在Profibus電纜線上的站點(diǎn)需在編程軟件STEP7上通過(guò)硬件組態(tài)才能與主站建立通信關(guān)系。 硬件組態(tài)時(shí)要按照實(shí)際配置的硬件設(shè)備進(jìn)行設(shè)置。 先設(shè)置站點(diǎn)，再建立網(wǎng)絡(luò)，然后在網(wǎng)絡(luò)上依次掛上各個(gè)從站，并對(duì)主站及各個(gè)從站設(shè)置地址。添加I/O，修改I/O地址編譯并保存，下載實(shí)例介紹： 觸摸屏遠(yuǎn)程控制電機(jī)控制要求： 通過(guò)觸摸屏界面編程，在界面上繪制啟動(dòng)、停止、點(diǎn)動(dòng)三個(gè)按鈕；繪制速度設(shè)定文本框，要求通過(guò)數(shù)字鍵盤輸入給定頻率（050HZ）；繪制頻率監(jiān)視以及故障監(jiān)視文本框，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)頻率和變頻器故障監(jiān)視

30、。（如圖） 觸摸屏通過(guò)MPI電纜同PLC連接，并通過(guò)PLC對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。 PLC的CPU模塊選用CPU314C-2DP，用DP接口連接分布式I/O模塊和1臺(tái)西門子MicroMaster 440變頻器作為從站，通過(guò)DP通訊控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、變速、停止。并讀取MM440啟動(dòng)、停止、故障狀態(tài)及頻率到PLC，并且以數(shù)字表的形式在觸摸屏上顯示（1） 變頻器的Profibus通信協(xié)議（USS）數(shù)據(jù)通信格式（報(bào)文格式）為：協(xié)議頭用戶數(shù)據(jù)協(xié)議尾PKWPZDPKW區(qū)是參數(shù)識(shí)別數(shù)值區(qū)，最多可包括4個(gè)字： PKE主站請(qǐng)求的任務(wù)識(shí)別標(biāo)記及參數(shù)號(hào)PKW IND 參數(shù)分組編號(hào)及分區(qū)選擇 PWE1 PWE2變頻器的參數(shù)

31、值 PZD區(qū)用于控制和監(jiān)測(cè)變頻器，最多可有10個(gè)字：PZD1PZD10 按USS通信協(xié)議規(guī)定可選用5 種類型的結(jié)構(gòu)，如下圖所示，從PPO1PPO5：MM440 僅支持PPO1 和PPO3 ，本例選擇PPO3，由0PKW/2PZD 組成；在PZD1中有2種定義：PZD2中也有2種定義：主站（PLC）發(fā)送給從站（變頻器）的數(shù)據(jù)為任務(wù)報(bào)文（指令），此時(shí)PZD1=STW（控制字），PZD2=HSW（主設(shè)定值）；主站接收到的從站數(shù)據(jù)為應(yīng)答報(bào)文，此時(shí)PZD1=ZSW（狀態(tài)字），PZD2=HIW（主實(shí)際值） 控制字STW和狀態(tài)字ZSW的定義為參見“MM440的控制字和狀態(tài)字”（MM440的操作手冊(cè)中） 由M

32、M440控制字中各位的定義，可編制各種控制命令： 停止命令： 047E: 0000, 0100, 0111, 1110 正轉(zhuǎn)啟動(dòng)命令： 047F: 0000, 0100, 0111, 1111 反轉(zhuǎn)啟動(dòng)命令： 0C7F: 0000, 1 100, 0111, 1111 正向點(diǎn)動(dòng)命令： 057E: 0000, 0101 , 0111, 1110 反向點(diǎn)動(dòng)命令： 067E: 0000, 011 0, 0111, 1110 故障確認(rèn)： 04FE： 0000, 0100, 1111, 1110位數(shù)：15 14 13 12 , 11 10 9 8 , 7 6 5 4 , 3 2 1 0 當(dāng)從變頻器讀入應(yīng)答報(bào)文到PLC的位存儲(chǔ)區(qū)MW14和MW16時(shí)，MW14（MB14,MB15）中為狀態(tài)字ZSW。 則： M15.2=1表示變頻器正在運(yùn)行； M15.2=0表示變頻器停止運(yùn)行； M15.3=1表示變頻器故障； M14.5=0表示電動(dòng)機(jī)過(guò)載； M14.7=0表示變頻器過(guò)載。（2） 變頻器的參數(shù)設(shè)置 用PLC控制變頻器的輸出頻率時(shí)，可通過(guò)各種不同的途徑來(lái)加以控制：可用PLC的輸出端口代替按鈕實(shí)現(xiàn)多段速固定頻率運(yùn)行； 也可用模擬量輸出模塊輸出010V電壓或420mA電流接到變頻器的模擬量輸入端口控制運(yùn)行頻率。 如由PLC作為主站對(duì)變頻器從站進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時(shí)，就要按照通信協(xié)議通過(guò)通信模板