s7-200PLC編程及應用第6章200

1、第6章 PLC的通信與自動化通信網(wǎng)絡 6.1 計算機通信概述計算機通信概述6.1.1 串行通信串行通信 1并行通信與串行通信 并行數(shù)據(jù)通信以字節(jié)或字為單位傳輸數(shù)據(jù)，已很少使用。 串行數(shù)據(jù)通信每次只傳送二進制數(shù)的一位。最少只需要兩根線就可以組成通信網(wǎng)絡。 2異步通信與同步通信 接收方和發(fā)送方的傳輸速率的微小差異產(chǎn)生的積累誤差，可能使發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)錯位。異步通信采用字符同步方式（見圖6-1），通信雙方需要對采用的信息格式和數(shù)據(jù)的傳輸速率作相同的約定。接收方將停止位和起始位之間的下降沿作為接收的起始點，在每一位的中點接收信息。 奇偶校驗用硬件保證發(fā)送方發(fā)送的每一個字符的數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位中“1”的

2、個數(shù)為偶數(shù)或奇數(shù)。接收方用硬件對接收到的每一個字符的奇偶性進行校驗，如果奇偶校驗出錯，SM3.0為ON?？梢栽O(shè)置為無奇偶校驗。 同步通信的發(fā)送方和接收方使用同一個時鐘脈沖。接收方可以通過調(diào)制解調(diào)方式得到與發(fā)送方同步的接收時鐘信號。 3單工通信與雙工通信 單工通信只能沿單一方向傳輸數(shù)據(jù)，雙工通信每一個站既可以發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以接收數(shù)據(jù)。 全雙工方式通信的雙方都能在同一時刻接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。 半雙工方式通信的雙方在同一時刻只能發(fā)送數(shù)據(jù)或只能接收數(shù)據(jù)。 4傳輸速率 單位為bit/s或bps 。6.1.2 串行通信的端口標準串行通信的端口標準 1RS-232C RS-232C的最大通信距離為15m，最高傳

3、輸速率為20kbit/s，只能進行一對一的通信。RS-232C使用單端驅(qū)動、單端接收電路，容易受到公共地線上的電位差和外部引入的干擾信號的影響。 2RS-422A RS-422A采用平衡驅(qū)動、差分接收電路，因為接收器是差分輸入，兩根線上的共模干擾信號互相抵消。在最大傳輸速率10Mbit/s時，允許的最大通信距離為12m。傳輸速率為100kbit/s時，最大通信距離為1200m，一臺驅(qū)動器可以連接10臺接收器。 3RS-485 RS-422A是全雙工，用4根導線傳送數(shù)據(jù)。RS-485是RS-422A的變形，為半雙工，使用雙絞線可以組成串行通信網(wǎng)絡，構(gòu)成分布式系統(tǒng)。6.2 計算機通信的國際標準計算

4、機通信的國際標準6.2.1 開放系統(tǒng)互連模型開放系統(tǒng)互連模型 物理層的下面是物理媒體，例如雙絞線、同軸電纜和光纖等。物理層定義了傳輸媒體端口的機械、電氣功能和規(guī)程的特性。 數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)以幀為單位傳送，每一幀包含數(shù)據(jù)和同步信息、地址信息和流量控制信息等。通過校驗、確認和要求重發(fā)等方法實現(xiàn)差錯控制。 應用層為用戶的應用服務提供信息交換，為應用接口提供操作標準。6.2.2 IEEE 802通信標準通信標準 1CSMA/CD （帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問 ）的基礎(chǔ)是以太網(wǎng)。 每個站都是平等的，采用競爭方式發(fā)送信息到傳輸線上，“先聽后講”和“邊聽邊講”。其控制策略是競爭發(fā)送、廣播式傳送、載體監(jiān)聽、

5、沖突檢測、沖突后退和再試發(fā)送。以太網(wǎng)越來越多地在底層網(wǎng)絡使用。 2令牌總線 令牌繞邏輯環(huán)周而復始地傳送。要發(fā)送報文的站等到令牌傳給自己，判斷為空令牌時才能發(fā)送報文。令牌沿環(huán)網(wǎng)循環(huán)一周后返回發(fā)送站時，如果報文已被接收站復制，發(fā)送站將令牌置為“空”，送上環(huán)網(wǎng)繼續(xù)傳送，以供其他站使用。 3令牌環(huán)用得少 4主從通信方式 主從通信網(wǎng)絡有一個主站和若干個從站。主站向某個從站發(fā)送請求幀，該從站接收到后才能向主站返回響應幀。主站按事先設(shè)置好的輪詢表的排列順序?qū)恼具M行周期性的查詢。6.2.3 現(xiàn)場總線及其國際標準現(xiàn)場總線及其國際標準 1現(xiàn)場總線 IEC對現(xiàn)場總線的定義：“安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室

6、內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線”。 2現(xiàn)場總線的國際標準 （1）IEC 61158 IEC 61158第4版采納了經(jīng)過市場考驗的20種現(xiàn)場總線（見表6-1）。其中約一半是實時以太網(wǎng)。 （2）IEC 62026 IEC 62026是供低壓開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備使用的控制器電氣接口標準。6.3 西門子的工業(yè)自動化通信網(wǎng)絡西門子的工業(yè)自動化通信網(wǎng)絡 1工業(yè)以太網(wǎng) 網(wǎng)絡規(guī)?？蛇_1024站，距離可達1.5km(電氣網(wǎng)絡)或200km(光纖網(wǎng)絡)，10M /100Mbit/s。S7-200使用以太網(wǎng)模塊CP 243-1或互聯(lián)網(wǎng)模塊CP-243-1 IT。 2PROFIBUS 傳輸速率最

7、高12Mbit/s，響應時間典型值為1ms，使用屏蔽雙絞線電纜（最長9.6km）或光纜（最長90km），最多可以接入127個從站。S7-200通過從站模塊EM 277接入PROFIBUS-DP（分布式外部設(shè)備），PROFIBUS-PA（過程自動化）是用于防爆區(qū)域的現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行器的低速數(shù)據(jù)傳輸。 PROFIBUS-FMS（現(xiàn)場總線報文規(guī)范）現(xiàn)在很少使用。 3AS-i（執(zhí)行器-傳感器接口） 使用屏蔽的或非屏蔽的雙絞線，由總線提供電源。響應時間小于5ms，CP 243-2是S7-200的AS-i主站模塊。 6.4 S7-200的通信功能與串行通信網(wǎng)絡的通信功能與串行通信網(wǎng)絡6.4.1 S7-20

8、0的網(wǎng)絡通信協(xié)議的網(wǎng)絡通信協(xié)議 S7-200支持點對點接口（PPI）、多點接口（MPI）和PROFIBUS協(xié)議，物理層均為RS-485。一個網(wǎng)絡中有127個地址（0126），最多32個主站。網(wǎng)絡中各設(shè)備的地址不能重疊?？梢允褂玫耐ㄐ艆f(xié)議與硬件有關(guān)，見表6-2。 1點對點接口協(xié)議（PPI） S7-200 CPU一般為從站，編程計算機或人機界面（HMI）為主站。 2多點接口協(xié)議（MPI） S7-200 CPU為從站。S7-300/400作主站，用X_GET/X_PUT指令讀寫S7-200的存儲區(qū)。通信數(shù)據(jù)包最大76B。S7-200不需要編寫通信程序。 3PROFIBUS協(xié)議 S7-200通過EM

9、277 PROFIBUS-DP從站模塊接入網(wǎng)絡。 主站周期性地讀寫指定的從站的V存儲區(qū)。 4TCP/IP 用CP 243-1或CP-243-1 IT模塊接入以太網(wǎng)。 5用戶定義的協(xié)議（自由端口模式） 由用戶自定義與其他設(shè)備通信的串行通信協(xié)議。6.4.2 S7-200的通信功能的通信功能 1西門子PLC之間的通信 S7-200之間可用PPI網(wǎng)絡、EM 241 Modem模塊、以太網(wǎng)和無線電通信。 S7-200與S7-300/400之間可通過PROFIBUS-DP、MPI、以太網(wǎng)、Modbus RTU協(xié)議通信。 2S7-200與西門子驅(qū)動裝置之間的通信 一般用USS協(xié)議，S7-200和V20之間還

10、可以使用Modbus RTU協(xié)議。 3S7-200與第三方HMI（操作面板）之間的通信 如果對方支持，可用PPI、PROFIBUS-DP、MPI、Modbus RTU協(xié)議通信。 4S7-200與第三方SCADA軟件之間的通信 如果對方支持，可用PPI、MPI、PROFIBUS-DP、Modbus RTU等協(xié)議或OPC軟件PC Access通信。 5S7-200與第三方設(shè)備之間的通信 如果對方支持，可用PROFIBUS-DP、Modbus RTU協(xié)議或自由端口模式通信。6.4.3 S7-200的串行通信網(wǎng)絡的串行通信網(wǎng)絡 中繼器用來將網(wǎng)絡分段，每個網(wǎng)段最多32個設(shè)備，中繼器可擴展網(wǎng)絡長度。 終端

11、電阻可吸收網(wǎng)絡上的反射波，有效地增強信號強度。網(wǎng)絡終端的連接器上的開關(guān)應放在On位置（接入終端電阻），網(wǎng)絡中間的連接器上的開關(guān)應放在Off位置。 6.5 S7-200 的通信指令的通信指令6.5.1 網(wǎng)絡讀寫指令網(wǎng)絡讀寫指令 1NETR/NETW指令 NETR/NETW指令最多可以讀、寫遠程站點16B的數(shù)據(jù)。只有主站需要調(diào)用NETR/NETW指令。 2用網(wǎng)絡讀寫向?qū)删W(wǎng)絡讀寫程序 【例6-1】 2號站為主站，3號站為從站。要求2號站將它的VB100VB103的值寫入3號站的VB200VB203。2號站讀取3號站的VB204VB207的值，存放到本站的VB104VB107。生成一個名為“網(wǎng)絡讀

12、寫指令通信主站”的項目。 1）雙擊指令樹的“向?qū)А蔽募A中的“NETR/NETW”，打開網(wǎng)絡讀寫指令向?qū)?，設(shè)置網(wǎng)絡操作的項數(shù)為2。每一頁的操作完成后單擊“下一步”按鈕。 2）在第2頁選擇使用PLC的通信端口0，采用默認的子程序名稱“NET_EXE”。 3）在第3頁采用默認的操作“NETR”，從3號站讀取4B的數(shù)據(jù)，本地和遠程PLC的起始地址分別為VB104和VB204。 4）單擊“下一項操作”按鈕，在第4頁設(shè)置操作為“NETW”，將4B數(shù)據(jù)寫入3號站，本地和遠程PLC的起始地址分別為VB100和VB200。 5）在第5頁設(shè)置V存儲區(qū)的起始地址為VB200。 6）單擊第6頁的“完成”按鈕，生成子

13、程序NET_EXE和名為NET_SYMS的符號表。 在主站OB1中調(diào)用自動生成的NET_EXE。 生成名為“網(wǎng)絡讀寫指令通信從站”的項目，用系統(tǒng)塊設(shè)置其通信端口的PPI站地址為3，從站和主站通信的波特率相同。采用默認的設(shè)置，兩塊CPU的全部V區(qū)均被設(shè)置為有斷電保持功能。 將系統(tǒng)塊和程序塊下載到兩個CPU，用狀態(tài)表將主站要發(fā)送到從站的數(shù)據(jù)寫入VB100VB103，將數(shù)據(jù)寫入從站中主站要讀取的VB204VB207。 連接兩塊CPU的RS-485端口。將兩塊CPU切換到RUN模式，主站讀寫從站的地址區(qū)后，用USB/PPI電纜讀取雙方狀態(tài)表中接收到的數(shù)據(jù)。 6.5.2 發(fā)送指令與接收指令發(fā)送指令與接收

14、指令 1自由端口模式 自由端口模式由用戶自定義與其他設(shè)備通信的協(xié)議。Modbus RTU通信協(xié)議和USS協(xié)議就是自由端口模式的通信協(xié)議。 RS-232/PPI多主站電纜和將USB映射為COM口的國產(chǎn)USB/PPI電纜支持自由端口通信。 2自由端口模式的參數(shù)設(shè)置 CPU處于STOP模式時，自由端口模式被禁止，CPU通過PPI協(xié)議與編程設(shè)備通信。只有當CPU處于RUN模式時，才能使用自由端口模式。自由端口模式用控制字節(jié)SMB30/130設(shè)置端口的波特率和奇偶校驗等參數(shù)（見表6-8）。 3發(fā)送指令XMT 發(fā)送指令可發(fā)送1255字節(jié)的數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖區(qū)的第一個字節(jié)是要發(fā)送的字節(jié)數(shù)，它本身并不發(fā)送出去。

15、4接收指令RCV 接收指令RCV用于起動或終止接收消息的服務。接收結(jié)束后產(chǎn)生中斷。消息接收的狀態(tài)字節(jié)見表6-9。 5接收指令開始接收數(shù)據(jù)的條件見表6-10。 6接收指令終止接收的方式見表6-10。6.6 使用自由端口模式的計算機與使用自由端口模式的計算機與PLC的通信的通信6.6.1 使用接收完成中斷的通信程序設(shè)計使用接收完成中斷的通信程序設(shè)計 1通信方式 采用主從方式和異或校驗，計算機為主站，PLC為從站。 【例6-2】用RCV指令和接收完成中斷接收數(shù)據(jù)。用空閑線條件和初始字符作為消息開始的條件。 采用異或校驗保證通信的可靠性。 用消息定時器來結(jié)束消息接收。最大字符數(shù)為20。 6.6.2 串

16、口通信調(diào)試軟件的應用串口通信調(diào)試軟件的應用 1軟件的功能 可以選擇字符串、十進制或十六進制這3種數(shù)據(jù)格式，可計算常用的校驗碼，生成常用的多種協(xié)議格式的幀，具有記憶功能。 2通信參數(shù)和發(fā)送方式的設(shè)置 執(zhí)行“串口設(shè)置”菜單中的“串口屬性”命令，設(shè)置通信參數(shù)。 3組織發(fā)送幀 選用十六進制格式，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)鍵入“發(fā)送幀”文本框。數(shù)據(jù)（016#FF）用空格隔開。 5串口通信調(diào)試軟件應用實例 將例程“接收完成中斷的通信”下載到CPU，將CPU切換到RUN模式。 關(guān)閉STEP 7-Micro/WIN，打開串口通信調(diào)試軟件，設(shè)置端口的參數(shù)。 將要發(fā)送的十六進制數(shù)輸入“發(fā)送幀”文本框。單擊“計算校驗碼”按鈕，

17、單擊“計算校驗碼”對話框的“異或”按鈕，將生成的校驗碼附在“發(fā)送幀”文本框中數(shù)據(jù)字節(jié)之后。添加起始字符16#FF。單擊“發(fā)送”按鈕，應能接收到PLC返回的內(nèi)容相同的消息。關(guān)閉串口通信調(diào)試軟件，將CPU切換到STOP模式。打開編程軟件，用狀態(tài)表觀察從VB100開始的接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。 發(fā)送一個錯誤的校驗碼，顯示接收超時，校驗錯誤指示位Q1.0被置為ON。6.7 Modbus協(xié)議在通信中的應用協(xié)議在通信中的應用6.7.1 Modbus RTU通信協(xié)議通信協(xié)議 Modbus串行鏈路協(xié)議是主-從協(xié)議，有一個主站，1247個子站。RTU模式用循環(huán)冗余校驗（CRC）進行錯誤檢查，消息最多256B。通信端

18、口被Modbus通信占用時，不能用于其他用途。6.7.2 基于基于Modbus RTU主站協(xié)議的通信主站協(xié)議的通信 Modbus協(xié)議通信需要安裝STEP 7-Micro/WIN V32指令庫，實際中使用得最多的是PLC作Modbus RTU主站，變頻器等其他設(shè)備作從站。 1主站協(xié)議的初始化和執(zhí)行時間 主站向Modbus從站發(fā)送請求消息（簡稱為請求），然后處理從站返回的響應消息。 2MBUS_CTRL指令 圖6-25是主站的程序。MBUS_CTRL指令用于初始化、監(jiān)視或禁用Modbus通信。每個掃描周期都應執(zhí)行該指令。MBUS_CTRL指令設(shè)置端口0的模式（Mode）為1，啟用Modbus協(xié)議。

19、波特率為19200bit/s，無奇偶校驗（Parity為0），等待從站作出響應的時間Timeout為1000ms。 指令如果被成功執(zhí)行，輸出位Done為ON。Error包含指令執(zhí)行后的錯誤代碼，為0表示沒有錯誤。 3MBUS_MSG指令 MBUS_MSG指令用于向Modbus從站發(fā)送請求消息，以及處理從站返回的響應消息。 EN輸入和輸入?yún)?shù)First同時接通時，MBUS_MSG指令向Modbus從站發(fā)送主站請求。Slave是Modbus從站的地址（1247）。 參數(shù)RW（讀寫）為0時為讀取，為1時為寫入。 參數(shù)Addr（地址）是要讀寫的Modbus起始地址（見表6-13）。 參數(shù)Count用于

20、設(shè)置要讀寫的位數(shù)據(jù)類型的位數(shù)或字數(shù)據(jù)類型的字數(shù)。最多120個字或1920個位。實際的上限與從站有關(guān)。 參數(shù)DataPtr是間接尋址的地址指針，指向主站CPU中保存與讀/寫請求有關(guān)的數(shù)據(jù)的V存儲區(qū)。Modbus地址表中的保持寄存器對應于S7-200的V存儲器，保持寄存器以字為單位尋址。 CPU在發(fā)送請求和接收響應時，Done（完成）輸出為OFF。響應完成或MBUS_MSG指令因為錯誤中止時，Done（完成）輸出為ON。字節(jié)Error中為錯誤代碼。某一時刻只能有一條MBUS_MSG指令處于激活狀態(tài)。 4使用Modbus主站協(xié)議通信的步驟 1）生成一個名為“Modbus主站協(xié)議通信”的項目，OB1中

21、的程序見圖6-25。 2）執(zhí)行“文件”菜單中的“庫存儲區(qū)”命令，打開“庫存儲器分配”對話框，為Modbus指令分配284B的V存儲區(qū)地址?？梢灾苯虞斎隫存儲區(qū)的起始地址。 5從站的程序 用S7-200作Modbus從站，其程序見圖6-30。其V存儲區(qū)（保持寄存器）的起始地址HoldStart為VB200，庫存儲區(qū)的起始地址為VB2200。圖6-25中MBUS_MSG指令的Modbus地址40001對應于從站的VB200；40005對應于VB208。3個Max參數(shù)是主站可訪問的I、Q和保持寄存器的最大個數(shù)。 6程序的執(zhí)行過程 1）首次掃描時，用FILL_N指令將保存讀取的數(shù)據(jù)的地址區(qū)VW108V

22、W114清零，復位MBUS_MSG指令的使能標志M2.0和M2.1。 2）在I0.0的上升沿置位M2.0，執(zhí)行第一條MBUS_MSG指令，將主站的VW100VW106的值寫入保持寄存器4000140004，即從站的VW200VW206。 3）第一條MBUS_MSG指令執(zhí)行完時，Done（M0.1）變?yōu)镺N，M2.0被復位，停止執(zhí)行第一條MBUS_MSG指令。M2.1被置位，開始執(zhí)行第二條 MBUS_MSG指令，讀取保持寄存器4000540008（從站VW208開始的4個字），保存到主站從VW108開始的4個字。指令執(zhí)行出錯則置位Q0.1。 4）第二條MBUS_MSG指令執(zhí)行完時，Done（M0

23、.2）變?yōu)镺N，M2.1被復位，停止執(zhí)行第二條MBUS_MSG指令。指令執(zhí)行出錯則置位Q0.2。6.7.3 基于基于Modbus RTU從站協(xié)議的通信從站協(xié)議的通信 實際工作中PLC做從站的情況較少。6.8 S7-200 與變頻器的與變頻器的USS協(xié)議和協(xié)議和Modbus協(xié)議通信協(xié)議通信6.8.1 V20變頻器變頻器USS通信的硬件接線和參數(shù)設(shè)置通信的硬件接線和參數(shù)設(shè)置 1連接宏和應用宏 連接宏類似于配方，V20變頻器的手冊提供了每種連接宏的外部接線圖，選中某種連接宏后，有關(guān)的參數(shù)被自動設(shè)置為該連接宏的默認值，用戶只需按自己的要求修改少量的參數(shù)值。應用宏針對某種特定的應用提供一組相應的參數(shù)設(shè)置。有水泵、風機、壓縮機和傳送帶4個應用宏。 2硬件接線見圖6-44，兩側(cè)的0V端子不能通過保護接地網(wǎng)絡相連。 4設(shè)置連接宏、應用宏和其他參數(shù) 用V20內(nèi)置的基本操作面板設(shè)置變頻器的額定參數(shù)，選中USS連接宏Cn010，通信參數(shù)見表6-15。 6.8.2 USS通信的編程通信的編程 1U